模塊化裝配式成型鋼筋骨架技術在橋梁工程中的應用

李 陽，楊廣軍，王培森，趙而年

（1. 山東省公路橋梁建設有限公司，山東 濟南 250014；2. 山東建筑大學 土木工程學院，山東 濟南 250101）

引言

交通工程工業化、標準化是施工行業進行新舊動能轉換、產業升級的必由之路，按照大工業生產方式改造交通基礎建設，使之逐步從手工業生產轉向社會化大生產過程。交通工業化的基本途徑是交通工程基礎建設的標準化，構配件生產工廠化，施工機械化和組織管理科學化，以提高勞動生產率，加快建設速度，降低工程成本，提高工程質量[1-3]。

目前，交通基礎建設模塊化鋼筋骨架應用技術尚不成熟，尤其橋梁建設構件鋼筋加工工業水平低，僅為鋼筋下料、彎曲半成品階段采用較為先進加工設備。傳統鋼筋骨架也僅限于簡單連接，且連接過程耗時較長，連接處質量不易控制，且無法實現多模塊的連接，制約交通基礎建設工業化水平。本文結合具體橋梁工程項目，探索模塊化裝配式成型鋼筋骨架技術的施工應用。

1 工程概況

項目所在地為湖區，地形復雜、河道交錯，施工作業空間狹窄，施工期間材料、設備的組織及運輸困難，施工交叉、干擾嚴重，施工組織難度大。項目關鍵工程京杭運河主航道橋為95 m+210 m+95 m 雙塔三跨預應力混凝土斜拉橋，雙面索布置，上部主梁采用雙邊箱混凝土和H 型雙柱鋼筋混凝土橋塔，橋塔高66.2 m。主線橋采用現澆連續箱梁，橋墩采用矩形實心墩。

工程1#、2#主索塔為H 型橋塔，鋼筋混凝土結構，分為方形墩柱、上塔柱和下塔柱，見圖1。方形墩柱高6.5 m，橋塔上塔柱高66.2 m，1#下塔柱高13.7 m，2#下塔柱高11.5 m。順橋向上塔柱寬7 m，下塔柱寬7 ～9 m，按照圓弧形變化。上塔柱壁厚為80/90 cm，下塔柱底部壁厚120 cm，底部設2 m 高實心段。橫橋向上塔柱寬3.5 m，下塔柱寬3.5 ～6m。橋塔中部設置兩道橫梁，下橫梁長40.65 m，寬6.60 m，高4.0 m；頂底板厚0.8 m，腹板壁厚1.0 m；上橫梁長34.05 m，寬6.80 m，高3.20 m；頂底板厚0.7 m，腹板壁厚0.7 m。橫梁為預應力混凝土結構，下橫梁兩側跟隨塔柱同步進行澆筑，上橫梁兩側跟隨塔柱采用爬模系統同步進行澆筑，澆筑完成后進行鋼絞線張拉。橋塔頂部塔冠構造選取荷花花蕾造型，設兩層階梯擴大構造，每層分別長1.9 m，塔冠采用鋼結構。

圖1 主索塔構造/cm

2 新型錐套鎖緊鋼筋機械接頭

工程主索塔的墩柱和塔柱鋼筋加工制作在后場鋼筋加工車間進行，普通鋼筋為直徑16、20、22、32 mm 的HRB400 鋼筋，主筋采用直徑32 mm 的HRB400 鋼筋，按照同一斷面上接頭錯開50%，上、下斷面間距不小于45 d（d 為鋼筋直徑）。主筋采用錐套鎖緊接頭連接[4]。

2.1 新型錐套鎖緊鋼筋接頭設計

鋼筋連接采用錐套鎖緊接頭，見圖2。錐套接頭由2 個錐套、3 片鎖片、1 個保持架組成。將待連接鋼筋插入鎖片兩端、頂緊保持架，然后將錐套套入鎖片的兩端，用專用工具軸向擠壓錐套至錐套鎖緊，連接完成。錐套軸向夾緊的同時，推動鎖片徑向緊緊抱住鋼筋，鎖片自帶螺牙會咬入鋼筋肋部，從而實現連接鋼筋的目的，且同一斷面無需錯開接頭，提高鋼筋利用率。

圖2 新型錐套鎖緊鋼筋接頭

錐套鎖緊接頭連接技術的優勢：機械化作業，節省人力成本；適應模塊化鋼筋構件的整體連接，解決連接難點；質量優異、穩定，人為管控因素少，保證連接安全。

2.2 新型錐套鎖緊鋼筋接頭力學性能試驗研究

根據《鋼筋機械連接技術規程》（JGJ 107—2016）[5]中對于鋼筋機械接頭試驗要求，對直徑為32 mm 的HRB400 鋼筋試件和錐套鎖緊接頭試件的力學性能進行試驗測試，研究并檢驗錐套鎖緊接頭的連接性能。試驗中分別對新型錐套鎖緊鋼筋接頭進行單向拉伸、高應力反復拉壓、大變形反復拉壓試驗，測試其極限抗拉強度、殘余變形、最大力總伸長率等，研究其強度指標和變形性能。試驗結果見表1 ～表4。

表1 母材力學指標試驗結果

表2 單向拉伸性能試驗結果

表3 高應力反復拉壓結果

表4 大變形反復拉壓試驗結果

試驗結果表明，采用的新型錐套鎖緊鋼筋接頭滿足技術規程的各項指標要求。

3 鋼筋模塊化施工技術

對于大型橋梁工程的主索塔施工，鋼筋的安裝通常采用節段單根機械連接接長的方式。本工程結合自身結構特點，針對不同構件、位置鋼筋加工采取不同模塊化方式，優化模塊式鋼筋骨架場地規劃、骨架綁扎、構件的起吊、運輸、安裝，提高大直徑、大體量鋼筋的安裝效率，降低人力、資金投入及安全風險，縮短施工工期。方形墩柱、塔柱分別構建模塊化鋼筋骨架，按照工藝要求與預應力混凝土結構、鋼結構協同施工。

3.1 施工設備選擇

針對主索塔特殊結構形式，將施工流程分為方形墩柱、下塔柱、橫梁、上塔柱和塔冠分步進行。由于墩柱和塔柱為鋼筋混凝土結構，橫梁為預應力混凝土結構，塔冠為鋼結構，在墩柱和上、下塔柱施工時采用鋼筋模塊化技術，將主筋與箍筋在場地內拼裝成塊，利用大型起重設備一次運輸起吊到位，再通過人工快速固定，實現主索塔鋼筋模塊化安裝。所需主要設備見表5。

表5 主要施工機械設備

3.2 墩柱、下塔柱鋼筋模塊化施工

鋼筋骨架的模塊化加工順序為先安裝并接長主筋，再安裝環向水平筋，最后安裝拉鉤鋼筋。主筋之間通過錐套鎖緊接頭連接，見圖3，嚴格按照設計圖紙進行操作，確保滿足設計及規范規定，鋼筋骨架加工完畢后，塔吊吊起骨架，將其與下部主筋對接，再根據主筋位置將主筋定位固定。墩柱、下塔柱施工流程見圖4。

圖3 主筋錐套鎖緊接頭連接

圖4 墩柱、下塔柱施工流程

3.3 上塔柱鋼筋模塊化施工

上塔柱施工流程見圖5。由于上塔柱被橫梁分為兩部分，針對不同位置的構件，鋼筋加工采取不同的模塊化方式，其骨架的模塊化加工順序與墩柱和下塔柱類似，主筋之間通過錐套鎖緊接頭連接。

與下塔柱不同，上塔架采用輕型液壓自動爬模體系四面爬升施工，共13 段，從上塔柱底部到塔冠由下而上高度為4.6 m+5×4.8 m+4.9 m+5.2 m+4×4.8 m+5.1 m，爬模自升逐節段施工過程中，及時安裝、接高塔柱水平支撐、塔吊附著、爬梯導軌、及水電管路等，用于完成混凝土澆筑、養護等橋塔施工的全部工作。

圖5 上塔柱施工流程

主索塔的墩柱和塔柱鋼筋以大直徑鋼筋為主，鋼筋、鋼筋骨架剛度較大，采用傳統的鋼筋墊塊無法確保鋼筋的保護層厚度滿足《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010（2015 版））[6]中的相關要求。因此，在勁性骨架安裝完成后，設置上下兩層定位筋進行保護層厚度控制。在施工過程中，隨時監測鋼筋骨架尺寸、主筋間距、箍筋間距、混凝土強度、混凝土保護層厚度、塔柱傾斜度等參數，確保工程安全、可靠。

4 結語

（1）模塊化裝配式成型鋼筋骨架及連接技術能夠解決目前交通基礎建設行業鋼筋模塊式施工技術問題，提高模塊式鋼筋骨架工業化生產，解決交通基礎建設模塊式鋼筋骨架生產水平低、工業程度不高等問題。（2）模塊化鋼筋成套骨架及連接技術突破了鋼筋連接的技術瓶頸限制，可以提高交通基建建設預制構件種類、比例，以及在特殊環境下，如海上作業、跨江河、峽谷作業的特大型橋梁高墩柱、索塔作業，模塊化鋼筋成套骨架安裝可以有效解決施工環境不利因素，提高施工質量、解決安全隱患、提高施工進度。（3）以本橋梁工程主索塔為例，采用模塊化鋼筋成套骨架施工技術，單節塔柱澆筑節可節約2 ～3 d 時間，整座橋預計提前竣工1 個月，具有較高的經濟、社會效益。