劉慧明

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第六工程有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，綠色節(jié)能建筑施工標(biāo)準(zhǔn)化水平日趨提高，裝配式混凝土建筑已經(jīng)成熟，逐漸向縱深發(fā)展； 形狀復(fù)雜化、體量增大化、精度提高化、產(chǎn)能擴(kuò)大化的新型混凝土構(gòu)件已成為我國(guó)未來裝配式建筑發(fā)展的新要求。本文通過裝配式地鐵車站D型、E型預(yù)制構(gòu)件闡述高精度、大體量、形狀復(fù)雜的新型混凝土預(yù)制構(gòu)件流水化生產(chǎn)技術(shù)； 如何實(shí)現(xiàn)高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土預(yù)制構(gòu)件高效生產(chǎn)。

1 技術(shù)背景

目前，國(guó)內(nèi)裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件大多數(shù)為形狀規(guī)則的橋梁預(yù)制箱梁，房屋建筑工程的梁、板、柱、剪力墻及樓梯，預(yù)制管樁，以及一部分混凝土管等；中小型混凝土預(yù)制件基本已實(shí)現(xiàn)工廠流水化生產(chǎn)，但大型混凝土構(gòu)件多數(shù)以梁場(chǎng)、大型預(yù)制廠為主，暫不能形成工廠內(nèi)流水線生產(chǎn)； 大型不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件更是多以現(xiàn)澆為主； 裝配式地鐵車站拱頂結(jié)構(gòu)D型、E型構(gòu)件為大型不規(guī)則曲體混凝土結(jié)構(gòu)，裝配后凈跨度19.1m，環(huán)寬2m，與其他預(yù)制塊榫卯相接，并設(shè)置有手孔、張拉槽、防水凹槽及大量的預(yù)埋件； 整體體量分別為24.05m、26.49m； 整體精度要求高。D、E結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。

圖1 D、E結(jié)構(gòu)模型圖

2 生產(chǎn)難點(diǎn)

由于構(gòu)件為高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土結(jié)構(gòu)，其鋼筋籠加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、入模，鋼筋籠與之過程中預(yù)埋件的避讓，鋼筋籠、鋼筋保護(hù)層、模板尺寸精度保證，混凝土構(gòu)件的成品精度、外觀質(zhì)量，以及如何滿足供應(yīng)需求都成了生產(chǎn)難點(diǎn)。由此，大型的鋼筋半成品檢測(cè)加工案板、鋼筋胎具、大型鋼筋籠翻轉(zhuǎn)支架、混凝土模具、大型混凝土構(gòu)件生產(chǎn)流水線應(yīng)運(yùn)而生。

3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流水線

流水線生產(chǎn)車間選址： 大型不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件生產(chǎn)線選址主要考慮兩點(diǎn)因素； 一是遠(yuǎn)離市區(qū)，避免給城鎮(zhèn)居民日常生活帶來負(fù)面影響； 二是選址宜在交通便利、臨近主干路的位置，以方便原材料的進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸以及成品構(gòu)件出廠運(yùn)輸； 另外遠(yuǎn)離市區(qū)的用地費(fèi)用相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。

預(yù)制構(gòu)件的流水化生產(chǎn)與國(guó)內(nèi)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流水線大體相同，主要是通過底模的循環(huán)從而形成流水作業(yè)； 為滿足供需要求，保證生產(chǎn)車站每天1 環(huán)～1.5環(huán)的產(chǎn)能； 并兼顧建廠的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)方案對(duì)比分析后，生產(chǎn)線共計(jì)投入6 套底模板、1 套側(cè)模板；常規(guī)養(yǎng)護(hù)時(shí)，日產(chǎn)能1 環(huán)，每6d 一個(gè)循環(huán)； 進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，日產(chǎn)能1.5 環(huán)，每4 天1 個(gè)循環(huán)； 從配合比方面著手，適配出一種工作性能好、短期內(nèi)能夠達(dá)到較高強(qiáng)度、不宜產(chǎn)生開裂的混凝土，從而減少構(gòu)件在生產(chǎn)車間內(nèi)的停留時(shí)間，盡早達(dá)到脫底模條件，轉(zhuǎn)運(yùn)至存放場(chǎng)地。生產(chǎn)線流程如圖2。

圖2 生產(chǎn)線流程圖

為保證各型號(hào)構(gòu)件生產(chǎn)均衡，針對(duì)各個(gè)型號(hào)構(gòu)件體量大小建設(shè)八個(gè)閉環(huán)生產(chǎn)流水線，八條線共用兩條回移通道，其中A塊、B塊、C塊共用一條底?；剞D(zhuǎn)通道； D塊、E塊共用一條底模回轉(zhuǎn)通道； 每條生產(chǎn)線有各自構(gòu)件生產(chǎn)窯，每個(gè)生產(chǎn)窯起端區(qū)域?yàn)閭?cè)模組拼、混凝土澆筑及振搗、構(gòu)件靜停蒸汽養(yǎng)護(hù)工位，剩余區(qū)域?yàn)闃?gòu)件常規(guī)養(yǎng)護(hù)區(qū)； 為保證蒸汽養(yǎng)護(hù)質(zhì)量區(qū)域兩端設(shè)置可開啟是密閉門，頂部設(shè)置可開啟保溫蓋板； 生產(chǎn)窯兩端為底模平移區(qū)，主要借助軌道平移小車推拉載運(yùn)功能實(shí)現(xiàn)底模模板車的橫向平移。軌道平移小車及底模模板車均在軌道上移動(dòng)，從構(gòu)件原位靜停養(yǎng)護(hù)到窯內(nèi)灑水養(yǎng)護(hù)區(qū)域（即生產(chǎn)窯內(nèi)） 軌道應(yīng)精平無縫，避免混凝土初期強(qiáng)度低因?yàn)檎饎?dòng)而產(chǎn)生裂縫，底模流轉(zhuǎn)圖如圖3 所示。

圖3 底模流轉(zhuǎn)圖

4 高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件鋼筋籠

構(gòu)件的外形特點(diǎn)使得鋼筋籠的預(yù)制存在一定的難度，首先是鋼筋籠的外形尺寸精度保證，鋼筋籠制作時(shí)繁多的預(yù)埋件位置避讓； 其次是不同形狀尺寸鋼筋半成品種類數(shù)量達(dá)百余種，定位難度大； 再次是弧形的鋼筋半成品加工存在一定的困難，工效低； 最后是成品鋼筋籠轉(zhuǎn)運(yùn)、存放過程中如何控制變形。

弧形鋼筋半成品加工： 設(shè)立不規(guī)則鋼筋半成品外形百分之百比對(duì)檢測(cè)程序，制作不規(guī)則鋼筋半成品外形檢測(cè)、矯正案板，所有外形不規(guī)則的鋼筋半成品必須進(jìn)行檢測(cè)矯正，避免外形尺寸、角度不合格的半成品安裝在鋼筋籠中而造成整體鋼筋籠的不合格，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

鋼筋半成品外形檢測(cè)、矯正案板的制作既要能保證半成品尺寸精度，又要保證自身的強(qiáng)度、剛度及抗變形能力； 把精準(zhǔn)的半成品外形放樣到鋼質(zhì)臺(tái)案上主要是應(yīng)用全站測(cè)控技術(shù)，架立好全站儀后無需建立新的坐標(biāo)系，直接利用原有坐標(biāo)系采集案板角點(diǎn)坐標(biāo)，然后利用虛擬坐標(biāo)再CAD模型中確定案板在虛擬坐標(biāo)系中的位置，再把精確的鋼筋半成品圖形描繪在CAD模型中的案板上，進(jìn)而計(jì)算出案板上半成品外形定位點(diǎn)的坐標(biāo)； 最后通過全站儀利用虛擬坐標(biāo)進(jìn)行放樣。注意采集案板位置的虛擬坐標(biāo)系與放樣的坐標(biāo)系一定是同一坐標(biāo)系，整個(gè)測(cè)量放樣過程切勿移動(dòng)全站儀，半成品檢測(cè)矯正案板如圖4 所示。

圖4 半成品檢測(cè)矯正案板

鋼筋籠預(yù)制： 鋼筋籠制作是整個(gè)高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件生產(chǎn)過程中的難點(diǎn)； 根據(jù)鋼筋籠外形尺寸、每根鋼筋的位置、預(yù)埋件位置等設(shè)計(jì)制作鋼筋胎具； 鋼筋胎具的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮安全性、鋼筋籠外形尺寸精度，再者是胎具的易用性、強(qiáng)度、剛度、抗變形能力； 胎具設(shè)計(jì)前，對(duì)鋼筋籠、預(yù)埋件進(jìn)行三維建模、通過碰撞測(cè)試找出鋼筋籠與預(yù)埋件沖突部位，與設(shè)計(jì)溝通重新調(diào)整位置關(guān)系； 鋼筋胎具上主筋位置主要是通過固定的限位卡槽，底板下鐵設(shè)計(jì)為固定卡槽，頂板上鐵設(shè)計(jì)為可拆卸卡槽； 以利于鋼筋籠出模； 鋼筋胎具設(shè)計(jì)不僅要考慮主筋定位、所有的箍筋（高度不等） 位置也需要在鋼筋胎具上有標(biāo)記，確保每根箍筋對(duì)號(hào)入座，鋼筋籠制安胎具如圖5 所示。

圖5 鋼筋籠制安胎具

鋼筋籠吊運(yùn)、存放： 鋼筋籠吊運(yùn)過程變形控制，一是采用扁擔(dān)進(jìn)行多斷面起吊方案，受力部位設(shè)在頂板上層主筋，每個(gè)斷面設(shè)置抗變形能力好的穿杠使每根主筋均勻受力； 計(jì)算鋼筋籠在入模姿態(tài)重心位置，扁擔(dān)上設(shè)置4 個(gè)吊點(diǎn)，通過調(diào)整4 個(gè)吊點(diǎn)上鋼絲繩長(zhǎng)度以使鋼筋籠起重吊裝姿態(tài)平穩(wěn)； 二是提高鋼筋籠自身剛度，利用三角形穩(wěn)定性原理連接鋼筋籠頂板上層及底板下層主筋以提高鋼筋籠吊運(yùn)過程中抗變形能力，對(duì)吊裝斷面左右5 排的箍筋與主筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全斷面點(diǎn)焊加固。為保證生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)，成品鋼筋籠須存有余量，制作鋼筋籠存放支架，存放支架各受力橫桿宜設(shè)置在鋼筋籠制作過程底板下鐵卡槽對(duì)應(yīng)位置，下設(shè)支撐，受力橫桿斷面連線與鋼筋籠底板下弧度相契合。

鋼筋籠入底模： 底模平移至回轉(zhuǎn)通道處理完成后，先行安裝帶齒槽道，以及固定塑料螺栓套、對(duì)拉連接器的雙面螺絲工裝； 調(diào)整鋼筋籠姿態(tài)落入底模后進(jìn)行塑料螺栓套、連接器以及其他預(yù)埋件安裝。

5 高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件模板

高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件采用組合式鋼模具，模具分為底模、側(cè)模； 每型號(hào)構(gòu)件配置6 套底模、1 套側(cè)模； 底模在生產(chǎn)線上流轉(zhuǎn)，側(cè)模固定在混凝土澆筑工位； 鋼筋籠入底模后通過平移小車移動(dòng)至混凝土工位進(jìn)行模板組拼及剩余預(yù)埋件安裝。

模板精度控制： 模板精度控制的目的是控制成品構(gòu)件的外形尺寸； 成品構(gòu)件外形尺寸不達(dá)標(biāo)主要提現(xiàn)在首先是長(zhǎng)、寬、高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求； 其次是構(gòu)件扭曲。

構(gòu)件外形尺寸控制措施一： 保證混凝土澆筑前模板精度，底模平移至混凝土工位后，先是進(jìn)行底模調(diào)平，通過水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)校對(duì)底模板沿長(zhǎng)度方向任意橫斷面兩端點(diǎn)處于同一水平； 其次是側(cè)模組拼，組拼后校對(duì)側(cè)模沿長(zhǎng)度方向任意橫斷面與側(cè)模板面交線處于豎直狀態(tài)； 再次是組拼端模板； 最后是側(cè)模板線型校對(duì)，此步驟也是對(duì)模板組拼精度復(fù)核在調(diào)整，利用全站儀測(cè)設(shè)側(cè)模面板上緣沿線型方向任意三點(diǎn)在水平面的投影處于同一直線上（需借助CAD畫圖軟件進(jìn)行）。組拼模板的全過程都要在確定模板拼縫沒有夾雜雜質(zhì)異物的條件下進(jìn)行。

構(gòu)件外形尺寸控制措施二： 保證混凝土澆筑過程中模板不變形，主要是在模具制作過程中要保證模具的剛度，再者是澆筑工位上設(shè)置輔助固定措施、或是支頂措施。

構(gòu)件外形尺寸控制措施三： 采用PDCA循環(huán)工作原則，即P計(jì)劃階段： 制定模板精度測(cè)控方案； D實(shí)施階段： 按照擬定的模板精度測(cè)控方案進(jìn)行模板精度測(cè)量及尺寸校正； C成果檢查： 檢查構(gòu)件成品外觀尺寸形狀是否符合要求； A結(jié)果處理： 對(duì)于尺寸不合格的部位進(jìn)行修整處理，同時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模板精度測(cè)控方案調(diào)整，在下一循環(huán)中進(jìn)行實(shí)施。往復(fù)循環(huán)，精益求精。

構(gòu)件外形檢測(cè)： 首先是構(gòu)件脫側(cè)模后，檢測(cè)并調(diào)整使得底模處于水平狀態(tài)，利用全站儀測(cè)設(shè)構(gòu)件側(cè)面上緣沿線型方向任意三點(diǎn)在水平面的投影是否處于同一直線上（需借助CAD畫圖軟件進(jìn)行）； 然后是在構(gòu)件脫底模后，利用大型游標(biāo)卡尺檢測(cè)構(gòu)件寬度是否達(dá)標(biāo)，再用直角拐尺量測(cè)構(gòu)件側(cè)面與底面夾角是否垂直。

高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件模板尺寸測(cè)控技術(shù)、構(gòu)件外形尺寸檢測(cè)技術(shù)未來發(fā)展導(dǎo)向；目前高精度模板測(cè)控技術(shù)、構(gòu)件外形尺寸檢測(cè)技術(shù)還處于摸索實(shí)踐階段； 但方向已經(jīng)明晰，未來高精度模板測(cè)控技術(shù)將與自動(dòng)化向結(jié)合，全面實(shí)行計(jì)算機(jī)操控大型液壓模板裝備系統(tǒng)，將高精度模板測(cè)控技術(shù)推行國(guó)際先進(jìn)水平； 成品構(gòu)件外形檢測(cè)，未來重點(diǎn)發(fā)展構(gòu)件激光掃描建模技術(shù)，利用激光設(shè)備精密測(cè)量構(gòu)件表面尺寸在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模成像，通過掃描建立的模型與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行校對(duì)計(jì)算出構(gòu)件尺寸缺陷部位，進(jìn)而進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

6 高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件混凝土

預(yù)制構(gòu)件采用自拌混凝土能夠較好的供應(yīng)生產(chǎn)線需求，另一方面要就近選擇一家備用混凝土供應(yīng)商，預(yù)防拌合站故障時(shí)因混凝土供應(yīng)問題產(chǎn)生廢件。

裝配式地鐵車站內(nèi)部為免裝修飾面，即要求構(gòu)件必須達(dá)到清水混凝土效果； 為達(dá)到這一效果，一是調(diào)整構(gòu)件澆筑姿態(tài)，除底板塊外各型號(hào)構(gòu)件的澆筑姿態(tài)均為外露面向下（貼合底模），以利于氣泡向上排出；二是要求構(gòu)件混凝土具有一定的自密實(shí)性及良好的擴(kuò)展度； 三是選用一種適合的、效果良好的脫模劑； 四是制定行之有效的混凝土振搗方案； 五是脫?？刂?，保證脫模過程中模板受力方向與混凝土模板接觸面垂直，嚴(yán)禁發(fā)生斜拉歪拽使構(gòu)件混凝土局部受力造成缺棱掉角。

構(gòu)件裂縫控制，混凝土初期水化熱反應(yīng)迅速、集中，增加了產(chǎn)生裂縫的幾率； 為此，首先是將預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)為空腔薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部采用輕質(zhì)的泡沫混凝土（簡(jiǎn)稱芯模） 預(yù)制塊進(jìn)行填充； 其次是優(yōu)化混凝土配合比，混凝土要有一定的微補(bǔ)償收縮性能，避免一次性整體澆筑的薄壁腔體混凝土構(gòu)件陰角因混凝土收縮產(chǎn)生拉裂； 三是從施工上進(jìn)行控制，進(jìn)行二次壓光、埋設(shè)測(cè)溫線監(jiān)控混凝土內(nèi)外溫差等措施。

構(gòu)件養(yǎng)護(hù)，構(gòu)件養(yǎng)護(hù)共分為三個(gè)階段： 一是原位靜停蒸汽加溫養(yǎng)護(hù)，二是灑水養(yǎng)護(hù)，三是自然養(yǎng)護(hù)；蒸汽加溫養(yǎng)護(hù)階段要根據(jù)混凝土配合比，混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)時(shí)間制定專項(xiàng)的升溫方案； 不同的配合比蒸汽加溫養(yǎng)護(hù)方案不盡相同； 蒸汽養(yǎng)護(hù)初期監(jiān)測(cè)構(gòu)件混凝土內(nèi)部溫度變化，混凝土構(gòu)件原位靜停蒸汽加溫養(yǎng)護(hù)階段蒸養(yǎng)窯內(nèi)溫度要隨混凝土內(nèi)部溫度的逐漸升高進(jìn)行同步加溫； 控制構(gòu)件蒸汽加溫養(yǎng)護(hù)期間溫度均衡，避免因混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)不均衡，導(dǎo)致混凝土應(yīng)力集中造成裂縫。原位靜停蒸汽加溫養(yǎng)護(hù)完畢后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)14d，灑水養(yǎng)護(hù)結(jié)束后進(jìn)入自然養(yǎng)護(hù)階段。

7 高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土預(yù)制構(gòu)件在城市軌道交通中的應(yīng)用

裝配式地鐵車站突破常規(guī)工法，突破性的將裝配式工法應(yīng)用到地鐵領(lǐng)域； 利用拱形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將不規(guī)則曲線融入在裝配式地鐵車站預(yù)制構(gòu)件中，使車站站廳層實(shí)現(xiàn)了無柱化，極大地增加了地鐵站內(nèi)空間，同時(shí)賦予車站裝飾設(shè)計(jì)更大的發(fā)揮空間，給城市居民帶來更好的乘車體驗(yàn)。

裝配式地鐵車站預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用，使城市地鐵車站建設(shè)節(jié)約了大量的木材，在全面響應(yīng)國(guó)家及黨中央實(shí)現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的大背景下，鋼材、水泥的有效利用率更高，城市軌道交通設(shè)施建設(shè)變得更加綠色、安靜，建設(shè)過程對(duì)市民日常出行影響更低，施工更加快速； 推動(dòng)了城市軌道交通建設(shè)水平又上了一個(gè)新臺(tái)階。

8 結(jié)語

目前，高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土預(yù)制構(gòu)件流水化生產(chǎn)技術(shù)使大型構(gòu)件流水線生產(chǎn)成為了現(xiàn)實(shí)，使不規(guī)則曲體混凝土構(gòu)件精度得到提高接軌國(guó)際化水平，同時(shí)已在國(guó)內(nèi)部分省市的城市軌道交通領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，高精度大型空腔式不規(guī)則曲體混凝土預(yù)制構(gòu)件流水化生產(chǎn)技術(shù)填補(bǔ)了裝配建筑領(lǐng)域空白，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)裝配式建筑行業(yè)發(fā)展新篇章，為國(guó)家城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)保質(zhì)、提速。