鋼筋籠滾焊機(jī)在地鐵車站深基坑支護(hù)施工中的應(yīng)用

胡 世 亮

(上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司，上海 200032)

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的加快，我國的地鐵建設(shè)市場規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。相關(guān)資料顯示，“十三五”期間全國城市軌道交通總建設(shè)里程將超過3 000 km，總投資將超過15 000 億元，毋庸置疑，中國已成為世界最大的地鐵工程建設(shè)市場。以鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的明挖地鐵車站深基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量是確保基坑開挖安全的重要措施，而鋼筋籠加工質(zhì)量是評價(jià)鉆孔灌注樁優(yōu)劣的主要依據(jù)之一。鉆孔灌注樁鋼筋籠是由主筋和纏繞箍筋共同組成的鋼筋骨架，受存儲成本、半成品保護(hù)、生產(chǎn)工藝以及施工場地等因素影響，鉆孔灌注樁鋼筋籠一般很難實(shí)現(xiàn)工廠化提前制作，傳統(tǒng)工藝一般采用人工加工制作鋼筋籠，由于人工操作水平參差不齊，鋼筋籠制作質(zhì)量、生產(chǎn)效率等均難以得到有效保證，這就對現(xiàn)場施工工藝優(yōu)化提出了新的要求。

長期以來，鋼筋籠滾焊機(jī)加工鉆孔灌注樁鋼筋籠因效率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益較好等優(yōu)點(diǎn)在橋梁、公路等施工領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用[1]，工程經(jīng)驗(yàn)表明該工藝更利于實(shí)現(xiàn)規(guī)范施工、以人為本、安全環(huán)保的管理要求[2]。因此，在以鉆孔灌注樁為支護(hù)形式的地鐵車站深基坑施工過程中采用鋼筋籠滾焊機(jī)加工制作鋼筋籠是保障質(zhì)量安全和提高生產(chǎn)速度的有效手段之一。

2 滾焊機(jī)工藝原理及工藝流程

2.1 工藝原理

鋼筋籠滾焊機(jī)是一種數(shù)控加工鋼筋籠的設(shè)備，主要由鋼筋調(diào)直機(jī)構(gòu)、鋼筋籠支架以及傳動機(jī)構(gòu)幾個部分組成，能夠?qū)摻畹某C直、彎曲成型、滾焊成型等工藝有機(jī)的融合在一起，首先通過人工將鋼筋籠主筋固定在加勁箍上，然后把螺旋箍筋(盤筋)端頭與主筋焊接在一起，利用滾籠支架轉(zhuǎn)動采用人工方式將盤筋均勻的纏繞在主筋上，同時進(jìn)行焊接，采用自動化或半自動化方法完成纏繞及成型等工序，最終形成鋼筋籠成品[3]。設(shè)備可直接加工直徑范圍為φ5～φ16的箍筋，螺旋箍筋間距可通過手動方式在50 mm～450 mm范圍內(nèi)任意調(diào)整。

2.2 工藝流程

鋼筋籠滾焊機(jī)的工藝流程大致可分為加勁箍制作與固定、主筋下料、螺旋箍筋下料并固定、焊接成型、卸籠等主要工序，施工工藝流程如圖1所示。

1)加勁箍制作與固定。

半自動式鋼筋籠滾焊機(jī)在主筋下料前需按照圖紙要求加工制作加勁箍并固定在滾動支架上，加勁箍間距一般2 m/個。而全自動滾焊機(jī)先成型籠后置內(nèi)加勁箍，更有利于確保鋼筋籠的同心度。

2)主筋下料。

通過人工方式將主筋按圖紙間距要求均勻分布并固定在加勁箍上，焊接牢固。鋼筋籠一次成型長度取決于滾動支架安裝長度及設(shè)備滾動電機(jī)負(fù)荷，對于分段制作的鉆孔灌注樁鋼筋籠可一次性加工制作15 m長度范圍的鋼筋籠。

3)螺旋箍筋下料。

鉆孔灌注樁鋼筋籠對螺旋箍筋的纏繞間距要求十分嚴(yán)格，施工時首先將螺旋箍筋纏繞在繞絲機(jī)上，然后將鋼筋穿過矯直機(jī)構(gòu)，并將螺旋箍筋端頭與鋼筋籠主筋交叉焊接固定。為防止纏繞過程中發(fā)生脫落，螺旋箍筋端頭可做彎鉤與主筋焊接牢固。

4)焊接成型。

預(yù)啟動滾焊機(jī)，鋼筋籠端部(500 mm范圍內(nèi))焊接可在螺旋箍筋并排連續(xù)纏繞幾圈后采用滿焊(點(diǎn)焊)與主筋牢固焊接在一起。

端部焊接完成后正式啟動鋼筋籠滾焊機(jī)和繞絲機(jī)，隨滾動支架帶動主筋籠轉(zhuǎn)動，按圖紙間距要求將螺旋箍筋均勻的纏繞于主筋上，局部間距不滿足要求的位置需進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。纏繞完成后可采用梅花焊的形式將螺旋箍筋與主筋焊接牢固。

鋼筋籠尾部(500 mm范圍)焊接需暫停焊接后繼續(xù)啟動滾焊機(jī)，連續(xù)纏繞數(shù)圈后再將螺旋箍筋末端與鋼筋籠主筋焊接固定。需要指出的是，對于分段制作加工的鋼筋籠在后期接籠過程中需將螺旋箍筋按間距拉長，故其末端連續(xù)纏繞圈數(shù)需根據(jù)接長需要通過計(jì)算確定，以保證鋼筋籠接長后螺旋箍筋的整體間距滿足要求。

5)鋼筋籠加工完成后可通過吊裝或人工滾動的方式從滾動支架上移動至成品堆放區(qū)。

3 優(yōu)勢分析

3.1 相比人工作業(yè)，鋼筋籠生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠

施工經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)人工生產(chǎn)的鋼筋籠經(jīng)常出現(xiàn)纏繞間距誤差偏大、鋼筋纏繞不緊導(dǎo)致鋼筋籠整體松散，并且會出現(xiàn)鋼筋因焊接產(chǎn)生熱變形而導(dǎo)致鋼筋籠整體變形的情況，對于直徑大于10 mm以上的螺旋箍筋或箍筋間距較密時，人工生產(chǎn)更難保證加工質(zhì)量,如圖2所示。

20世紀(jì)中葉開始，英國率先開始采用滾焊機(jī)加工制作鋼筋籠，它是集鋼筋矯直、彎曲纏繞、滾焊成型等功能于一體數(shù)控機(jī)加工設(shè)備。滾焊機(jī)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)人工制作而無法避免的質(zhì)量通病，并且實(shí)現(xiàn)了鋼筋籠機(jī)械化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。滾焊機(jī)采用滾動支架帶動主籠旋轉(zhuǎn)，螺旋箍筋與主筋固定更緊密，間距均勻且精度更高，鋼筋籠直徑保持一致，分段制作時后期接籠施工更容易控制，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，基本可實(shí)現(xiàn)“免檢”，如圖3所示。

3.2 節(jié)省材料

為保證鋼筋籠的生產(chǎn)質(zhì)量符合規(guī)范要求，傳統(tǒng)人工加工制作鋼筋籠經(jīng)常因螺旋箍筋纏繞間距不均勻、局部纏繞不緊密等原因需將鋼筋切斷后矯正，再次生產(chǎn)時需要將螺旋箍筋搭接后才能繼續(xù)纏繞加工，因此搭接長度便造成了一定程度上的材料浪費(fèi)(如箍筋、焊材等)。采用滾焊機(jī)制作鋼筋籠螺旋箍筋無需搭接，一次加工成型，總體上可節(jié)約材料約1%。

3.3 生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本大幅降低

生產(chǎn)效率方面，傳統(tǒng)人工制作效率往往取決于工人數(shù)量，例如一個8人的生產(chǎn)班組，其單工日生產(chǎn)鋼筋籠長度最多為100 m以內(nèi)，并且工人操作水平的參差不齊導(dǎo)致鋼筋籠質(zhì)量較難得到保證。采用滾焊機(jī)加工制作鋼筋籠精度高，單臺滾焊機(jī)在配置4個人工的情況下單工日鋼筋籠生產(chǎn)長度即能達(dá)200 m左右，完全可滿足現(xiàn)場樁基成孔作業(yè)的進(jìn)度要求。

表1表明，采用滾焊機(jī)加工制作鋼筋籠單工日總產(chǎn)能是傳統(tǒng)人工制作的2倍，人工可節(jié)省1/2，在人均工資相同時每米鋼筋籠人工生產(chǎn)成本節(jié)約3/4。相關(guān)研究資料[2]表明，在加工約1 500 t以上鋼筋籠后即可完成全部設(shè)備投資回收。

綜上所述，采用機(jī)械制作鋼筋籠具有無與倫比的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)勢。

表1 機(jī)械制作與人工制作鋼筋籠經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比(單工日)

4 結(jié)語

1)鋼筋籠滾焊機(jī)是集多道鋼筋加工工序于一體的數(shù)控加工設(shè)備，機(jī)械化程度高，箍筋間距分布均勻，鋼筋籠制作質(zhì)量穩(wěn)定可靠。全自動鋼筋籠滾焊機(jī)可確保鋼筋籠的同心度，更利于分段制作的鋼筋籠在后期接籠時保證主筋有效搭接。

2)采用鋼筋籠滾焊機(jī)可使鋼筋籠加工基本上實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，減少了傳統(tǒng)人工生產(chǎn)各個工序間的工藝時間和配合偏差，生產(chǎn)效率較人工制作可提高1倍，生產(chǎn)成本僅為人工制作的1/4左右，生產(chǎn)成本大幅降低，設(shè)備投資回報(bào)率較高。

3)以鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式的地鐵車站深基坑，采用鋼筋籠滾焊機(jī)加工制作鋼筋籠是保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的有效措施之一，在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、成本控制以及進(jìn)度控制方面均具有明顯優(yōu)勢，因此在地鐵車站深基坑施工過程中推廣應(yīng)用滾焊機(jī)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

4)鋼筋籠滾焊機(jī)是多軸協(xié)同作用的數(shù)控機(jī)加工設(shè)備，因此開展多軸協(xié)調(diào)控制精度方面的研究對滾焊機(jī)的發(fā)展與推廣具有重要意義。