自動滾焊機在軌道交通工程中的應用

竇從越，劉 城

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266000）

1 工程背景

隨著城市現代化不斷發展，在城市軌道交通工程施工中，受城市規劃、發展、作業空間等影響，鉆孔灌注樁廣泛應用于工程樁、圍護樁等基礎工程中，且灌注樁鋼筋籠需求量愈來愈大、質量要求愈來愈高，鋼筋籠制作成為灌注樁施工質量管控的重要環節之一。目前國內鉆孔灌注樁鋼筋籠制作多采用胎具制作、人工綁扎傳統施工工藝，該施工工藝生產效率低，且易受到胎具制作質量、作業人員操作水平等影響，往往導致鋼筋籠制作質量穩定性差，特別是主、箍筋的間距、保護層厚度、焊接質量等容易出現質量缺陷，最終影響工程施工質量[1]。

采用何種鉆孔灌注樁鋼筋籠制作工藝，使之既滿足質量要求，又提高生產效率且節約成本，是擺在每一個工程建設者面前的一道難題。為改進鋼筋籠傳統制作工藝，提高工程質量，經項目部對國內科技成果、技術裝備等進行市場調研，并進一步結合多年施工經驗，在青島地鐵13號線二期工程建設中引進了自動滾焊機與CO2氣體保護焊，并加以升級改造，實現自動化、械化作業、工廠化生產，不僅提高了鋼筋籠制作質量、生產工效，還節約了施工成本。

2 工藝原理

2.1 傳統人工綁扎工藝

傳統人工綁扎采用胎具制作、人工綁扎工藝。利用槽鋼、角鋼和鋼板焊等組合成綁扎胎具，每組胎具由底梁、底梁端部大樣板、加強筋位置弧板等3個部分構成。在大樣板上用定位凹槽確定加強箍外輪廓及主筋位置；在底梁上按每節鋼筋骨架加強箍數量和設立弧形板胎具，弧形胎具上對應大樣板主筋位置設置定位凹槽。將加勁箍筋就位于每道弧板胎具的同側，按弧形胎模的凹槽擺焊主筋和箍筋，弧形胎模上的主筋全部焊完后，滾動鋼筋骨架至下一段1/3弧，如此往復，直至全部焊完。然后吊起骨架擱于支架上，按設計位置布置好螺旋筋并將其綁扎或焊接于主筋上。

2.2 自動滾焊機工藝

根據設計樁長確定鋼筋籠制作尺寸，首先將鋼筋籠主筋通過人工穿過固定旋轉盤相應模具孔至移動旋轉盤的相應模具孔進行固定，把箍筋端頭先焊接在一根主筋上，然后通過固定旋轉盤及移動旋轉盤轉動把箍筋纏繞在主筋上（其中，移動盤是一邊旋轉一邊后移），同時利用CO2氣體保護焊進行焊接，從而形成產品鋼筋籠——這就是鉆孔灌注樁鋼筋籠滾焊機，即“鋼筋籠成型機”的工作原理。

自動滾焊機構造：移動滾筒（右滾筒）、固定滾筒（左滾筒）、移動小車、移動滾筒伺服電機、移動滾筒減速機、移動小車伺服電機、移動小車減速機、鏈條、鏈輪。

3 工藝流程

該工程鋼筋籠制作采用的是長線法施工工藝，根據鋼筋籠設計長度進行分節制作，基本節長度一般為9m或12m，最后一節為調整節，鋼筋籠主筋連接方式采用滾軋直螺紋套筒連接。自動滾焊機工藝流程如下所述：

（1）下料、上料：根據設計樁長先將主筋進行下料，并將主筋放在主筋料架、箍筋放在箍筋料架上。

（2）穿筋、固定：將主筋通過分料盤穿過固定盤到移動盤，并將其通過螺栓固定在固定盤、移動盤上。

（3）起始焊接：將箍筋和主筋交叉焊接固定，箍筋并排連續繞兩圈，并與主筋焊接牢固。

（4）正常焊接：兩個盤同步旋轉，使箍筋連續在主筋上纏繞，并進行焊接，焊接方式可設置為人工或自動模式。

（5）終止焊接：根據設定參數，箍筋纏繞至設計位置后，將其并排纏繞在主筋上兩圈并進行焊接。

（6）切斷箍筋。

（7）分離固定：移動鋼筋籠，使鋼筋籠和固定盤分離。

（8）松筋：松開固定主筋和移動盤的螺栓。

（9）分離移動：移動鋼筋籠，使鋼筋籠和移動盤分離。

（10）卸籠：把加工好的鋼筋籠移離支撐架。

（11）降下支撐：支撐架降下歸位。

（12）移動盤歸：移動盤歸位，準備生產下一個鋼筋籠。

4 質量控制要點

4.1 自動滾焊機安裝與調試

（1）安裝前首先檢查各接線端在運輸過程中是否存在松動或脫落等問題，特別要查看控制器系統和各接插件有無脫落。

（2）設備安裝的環境條件、安裝位置、工作場地不僅要符合使用說明書中的有關規定及要求，還要滿足生產的需要，方便制作加工，確保施工人員的人身安全。

（3）滾焊機安裝時距墻壁應≥800mm，留有足夠的工作場地和運輸通道。

（4）設備機座必須保證水平，以防引起振動，導致運行不穩，主機座、主驅動電機座、變壓器座與基礎可靠緊固。

4.2 滾軋直螺紋套筒連接

（1）絲頭加工。鋼筋絲頭螺紋滾軋加工工藝流程：鋼筋端面平頭→滾軋螺紋加工→絲頭質量檢查→帶帽保護→存放→絲頭質量抽檢。鋼筋下料前，應檢查鋼筋待加工的端部是否有彎曲，出現彎曲時應調直。鋼筋下料時，宜采用砂輪機切平，嚴禁采用氣割或熱加工方法。鋼筋端面應平整并與鋼筋軸線準直，不得有馬蹄形或扭曲。絲頭尺寸采用專用的螺紋環規檢驗，應能順利地旋入并達到要求的擰入長度，環止規旋入長度不得超過3P。

（2）套筒連接。鋼筋籠接頭采用套筒連接，連接工藝流程：鋼筋就位→擰下絲頭保護帽→接頭擰緊→做標記→檢查驗收。將檢驗合格的絲頭鋼筋放置于待連接處，按規定位置就位，擰下鋼筋絲頭保護帽和套筒保護蓋，使用管鉗等工作扳手將連接接頭擰緊并用扭矩扳手校核扭矩值，最小扭矩值應符合相關規定，如表1所示。

表1 直螺紋接頭安裝時的最小扭矩值

5 實施效果

5.1 成品質量

該工程采用自動滾焊機+CO2保護焊加工制作鉆孔灌注樁鋼筋籠，實現了自動化、工廠化生產，由于采用機械化作業，鋼筋籠主筋、箍筋間距較傳統人工綁扎均勻，加工制作質量穩定可靠；采用自動旋轉的方式，螺旋筋與主筋纏繞緊密，受力體系更為合理[2]；采用CO2氣體保護焊較普通電弧焊焊接引弧性能好，能量集中，引弧容易，抗裂性能好，受熱變形小。

5.2 效益評估

自動滾焊機與傳統人工綁扎制作在工效、人工費用以及加工制作費用等方面的效益分析分別如表2、表3、表4所示。

青島地鐵13號線二期工程運用自動滾焊機進行鉆孔灌注樁鋼筋籠加工制作，實現了機械化、自動化、工廠化生產，同時與傳統人工成型方式相比，提高了工效，節約了成本，成型鋼筋籠剛度好、精度高，現場易于連接。由于螺旋箍筋不需搭接，較之手工作業節省材料1%，進一步降低了施工成本。

經進一步測算，該工程灌注樁總計鋼筋用量約4000t，按照配備1套自動滾焊機設備計算，總計可節約成本約113.5萬。

表2 工效分析表

表3 人工費用分析表

表4 加工制作費用分析表

6 升級與改造

根據設計圖紙可知，該工程鉆孔灌注樁設計樁徑均為1.2m，項目部采購數控式自動滾焊機鋼筋籠制作最大樁徑為1.2m。項目實施后設計部門將高架車站、連續梁鉆孔灌注樁設計樁徑變更為1.5m。

為確保鋼筋籠制作質量且充分利用現有機械設備，經項目部多次研究，在原有設備基礎上進行升級、改造。在自動滾焊機固定盤、移動盤上分別安裝了1套設計樁徑1.5m模具，如此一來，既能滿足設計樁徑為1.2m鋼筋籠，又能滿足設計樁徑為1.5m鋼筋籠，而且可以不差別進行轉換，提高了工作效率。

7 結束語

就該工程而言，在質量要求高、工期壓力大的情況下，采用了自動滾焊機結合CO2氣體保護焊的施工工藝進行鉆孔灌注樁鋼筋制作，不僅滿足了工期、質量要求，而且進一步提高了經濟效益，同時也提升了該項目在同行中的技術核心競爭力。通過自動滾焊機在青島地鐵13號線二期工程的成功應用，為其他類似工程實施提供一定的參考價值。