移動式臺座預制梁智能化生產技術及其應用

廖盛榮 周 哲 陳軍鋒 鄭藍迪

（1.中交路橋建設有限公司，北京 101100；2.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528403；3.河南理工大學，河南 焦作 454003）

0 引言

傳統預制梁場采用鋼筋混凝土上覆鋼板作為固定底座，制梁時工人在側模模板及不同臺座間移動施工作業[1]。為保證施工進度，提高生產效率，一方面傳統預制梁場需提高占地規模，投入大量固定底座及模板，這將極大地影響施工進度；另一方面該工藝的機械化程度低，投入人員多，極大地提高了施工成本，并對預制梁的質量管控造成一定的影響[2]。本文對移動式臺座預制梁智能化生產技術進行研究和探索，將其應用場和傳統預制梁場進行對比，為類似工程的規劃選擇提供參考。

1 移動式臺座預制梁智能化生產技術

1.1 流程設計

項目采用移動臺座工廠化流水線作業的預制梁新技術具有分區施工、流水線作業的特點[3]。通過移動臺座將廠區分為：鋼筋綁扎區、混凝土澆筑區、蒸汽養護區、張拉區和存梁區。施工工藝流程如下：移動臺座停至混凝土澆筑區，將綁扎好的鋼筋籠吊至移動臺座，啟動智能液壓模板，完成一鍵合模；移動臺座仍繼續保持原位，并進行混凝土澆筑；待混凝土達到相應的拆模條件后，拆除側模和端模；然后將梁通過移動臺座移至養護棚內進行蒸汽養護；確認梁體達到相應強度條件后，將其移至張拉區進行預應力張拉，完成后吊至存梁區。在第一輛移動臺座完成本節段進入下一工序時，緊跟后面一輛移動臺座隨即進入，依次進行，實現工廠化流水線作業預制梁施工。而且鋼筋綁扎區、混凝土澆筑均設置在廠房內部，改變了傳統露天梁場無法在雨天等惡劣天氣施工的局限，大大提高了生產效率。其主要廠區如圖1所示。

圖1 廠區圖

1.2 工藝流程

移動臺座的施工工藝流程如下：廠區建設→鋼筋加工及綁扎→吊裝鋼筋籠→模板安裝→移動臺座就位→澆筑混凝土→拆除側模及端模→臺座移至蒸養棚→養生→達到強度條件后張拉壓漿→移至存梁區，其關鍵施工環節如下。

1.3 關鍵施工環節

1.3.1 移動臺座

摒棄傳統混凝土固定臺座，采用軌道移動式鋼臺座，移動臺座由底模模板和底模小車組成，由移動臺座變頻行走控制系統控制移動，信息采集系統定位臺座，實現移動臺座在各施工節段流水作業，有效避免了施工工序交叉的問題，充分發揮了機械設備和勞動力的使用價值，生產效率得到了顯著的提高。

1.3.2 鋼筋綁扎及吊裝

鋼筋半成品在綁扎區進行腹板和頂板鋼筋籠的制作，同時安裝預應力管道和預埋件，然后用龍門吊將梁鋼筋骨架依次移至臺座上。與傳統工藝相比較，避免了在固定臺座綁扎鋼筋而影響模板的清理及打磨工作，加快了施工進度。

1.3.3 模板安裝及混凝土澆筑

（1）模板安裝。采用全自動液壓模板，智能化控制[4]。主要包括側模板及底模臺車，側模附著在排架結構兩側，起到穩定側模和加勁側模的作用，可通過手持終端、手機APP或控制電腦等措施實現外模自動橫移、調整并定位，大大降低了勞動強度，提高了模板安裝效率和精度。為了實現模板的自動運行和拆卸，液壓管路和控制系統的設計和布置必須同步配合模板的設計和制造。在傳統控制器的基礎上，引入微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通信技術，形成了新一代工業控制裝置。

（2）混凝土澆筑。混凝土由配送中心集中拌制供應，攪拌車運輸至現場，混凝土用龍門吊結合料斗進行放料，且混凝土坍落度控制在120～140mm，并進行現場試驗。預制梁混凝土澆筑采用斜層法澆筑；澆筑順序：由一端的底板→腹板→頂板，向另一端推進，最后進行梁頂板的澆筑。混凝土振搗時，橋面施工人員根據布料長度及厚度，通過電腦操作界面控制腹板上均勻布設的附著式振搗設備，每臺附著式振搗器編號與操作界面按鈕一一對應，振搗時間根據方案進行設定，智能控制系統自動計時并控制，保證混凝土振搗質量。

（3）模板拆除。當混凝土芯部與梁體表面、箱體與箱體外、表面與環境溫差不大于15℃且溫度無急劇變化時，可拆除端模，并需保證梁體棱角完整。先拆除頂部拉桿，然后啟動全自動液壓模板控制程序，完成一鍵拆模。注意事項：拆除模板時要注意不撬傷、鑿傷、碰傷、壓傷混凝土，拆除模板應小心輕放，不得進行暴力拆除。

1.3.4 蒸汽養護

待混凝土達到一定強度后，啟動液壓模板自動脫膜，將梁通過移動臺座移至養護棚內，養護棚提供恒溫恒濕的養護環境，對其進行蒸汽養護至設計強度的90%。本文提出的一種養生棚蒸汽養生是搭設養生棚進而提供一種密閉性、保溫性良好的環境，最后向養生棚內通入蒸汽進行養護即可，如圖2所示。該方法能加速預制梁水化反應，可加快模板周轉、縮短工期，并能在短時間內提早達到所需的抗壓強度，且不受外界環境的影響，不僅養生效果較好，養生棚又能重復利用[5]。

圖2 蒸氣養護室

智能蒸汽養護棚集蒸汽發生裝置與溫濕度測試裝置于一體，基于信息化傳遞，可全天候實時監控棚內參數變化，快速、精準地對棚內溫濕度進行精確控制，為預制梁提供一個舒適的養護環境。蒸汽養護棚可實現預制梁的智能化養護[6]，密閉的蒸汽養護棚可令梁體周圍的溫度和濕度相對穩定。該養護棚主要由溫度監測系統、濕度監測系統和自動噴淋系統等組成。預制梁蒸汽養生采用框架式固定養生棚，配備蒸汽鍋爐、鋪設蒸汽管道(保溫)、燃料、檢測器材等設備。通過對養護棚內的溫度、濕度等數據進行監控，控制系統會根據設置蒸養參數控制蒸汽發生器釋放蒸汽的溫度和改變噴淋速度，可實時調節養生環境。

1.3.5 預應力張拉及壓漿

梁片通過蒸汽養護并且強度達到張拉強度要求后，移動臺座運載梁至張拉區進行預應力張拉施工，張拉完成后吊運至存梁區，待條件滿足后進行壓漿封錨。隨后將移動臺座吊至回流軌道完成循環施工作業，加快移動臺座的周轉速度與施工效率[7]。

2 工程應用及功效對比分析

2.1 工程應用

本文依托的實際工程項目為巴馬-憑祥公路巴馬至田東No2合同段，全長23.4km，主線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度100km/h，路基寬度26m。由于本工程為新建工程，項目路線雙線總長46800m，施工任務重且工期緊，為了圓滿完成橋梁架設工作，需要完成3000片預應力鋼筋混凝土梁的預制工作。為按期圓滿、高質量完成該預應力鋼筋混凝土梁預制任務，使后續橋梁架設和橋面施工任務如期跟進，項目組利用信息控制技術，就地建設智慧預制梁場，梁場全景如圖3所示。

圖3 智慧梁場全景

2.2 對比分析

2.2.1 預制梁施工

傳統的預制梁需要在固定臺座上完成，包括鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑、拆模、噴淋養護、預應力張拉等一系列施工工序。因此該方法需要提前建設大量的固定臺座，導致占地面積過大；由于整個工序都需要在固定臺座上完成后方可進行下一片梁的預制，導致臺座的使用效率低，模板周轉速度慢，給梁生產速率產生了很大制約。移動臺座施工實現移動臺座在各施工節段流水作業，有效避免了施工工序交叉的問題，充分發揮了機械設備和勞動力的使用價值，生產效率得到顯著的提高。

2.2.2 養護工藝

傳統預制梁主要采用持續噴淋養護技術，該養護方法通常需要在臺座周圍布置灑水管線以及排水管道，用水量大。該過程一般會持續5～7d，如遇較低氣溫則需要加長養護時間，才能使混凝土達到張拉強度要求，嚴重制約了梁的生產速度。而移動臺座預制梁施工技術將有效解決所遇到的問題，預制梁模板拆除后，可通過移動臺座移至蒸汽養護棚進行養護。恒溫恒濕養護環境能迅速提升混凝土強度。達到強度后，可進行預應力張拉。張拉完成后，可吊裝至存梁區，完成后續工作。在蒸養棚進行養生具有全天候、全季候的施工優勢，可以克服雨天、氣溫較低等各種不利因素，實現預制梁的快速養護，加快工廠內流水線作業速度。傳統工藝與移動臺座的預制梁施工技術的功效對比如表1所示。

表1 預制梁施工技術功效對比

3 結束語

綜上所述，傳統固定式臺座預制梁施工工藝受外界因素影響明顯，不可避免地會對大型預制梁工程生產速度產生嚴重影響。而移動臺座系統可實現施工工序的固定，工人在不同區域完成單一的工序任務，即流水線作業模式，可以更好地解決工藝穿插作業對生產效率的不利影響，充分利用勞動力和機械設備，提高工裝設備使用效率，節約梁場占地面積，提高制梁效率，滿足橋梁快速施工的需要，特別適用于受氣候環境影響大、施工任務重、工期短、預制場地有限的工程，具有良好的應用和推廣前景。當信息化、數字化技術與移動式臺座預制梁生產技術相結合，預制梁生產過程必然實現智能操作控制，實現材料、工程進度、質量驗收等工程信息的集成和追溯，在成本控制，生產效率的提高上如同插上騰飛的翅膀，創造出更好的效益。