裝配化施工技術在廈門交通工程建設中的應用

劉寶森

（廈門路橋工程投資發展有限公司,福建 廈門 361000）

0 引言

“十三五”規劃以來，廈門市綜合交通體系日臻完善。隨著廈門交通基礎設施建設的加快推進，廈門臨近地市（廈漳泉金）“一小時生活圈”、廈門市域“半小時通勤圈”已然基本形成，其中包括廈門新機場、福廈高鐵有條不紊地建設，為周邊地市交通創造更多便利。海滄隧道、翔安大橋建成后，廈門市域形成“五橋兩隧”的交通新局面，“兩環八射”的快速路網逐漸形成，軌道交通逐步運營，陸續實現軌道交通廈門島內外三向跨島聯系……這一系列交通基礎設施的不斷完善，均有力地支撐著跨島發展[1]。當然，在這一系列“島內大提升、島外大發展”的廈門市綜合交通基礎設施建設中，裝配式施工技術在各個項目中均起著關鍵性作用。

1 裝配式施工概念及優劣勢

1.1 裝配式概念

作為建設工程中的重要組成部分，裝配式結構在設計中應注重概念設計、結構分析模型的建立以及預制構件的連接設計。2017 年住建部頒布的《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T 51231—2016）和《裝配式鋼結構建筑技術標準》（GB/T 51232—2016）中明確給出了裝配式施工的定義，即指采用干式工法將工廠生產的構件在現場進行組合安裝的施工方式。

裝配式建筑結構系統，則是指通過可靠的連接方式，將用于承受或傳遞荷載作用的結構或構件，通過工廠預制、車輛運輸、現場組裝等環節，裝配而成的整體結構系統。裝配式施工是指將大量構件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等）從施工現場轉移到工廠，在工廠加工和制造，運輸到施工現場后，在現場通過可靠的連接、組裝、安裝完成的施工工藝。

一個工程施工是否規劃為裝配式施工，主要通過現場施工的“預制裝配率”來判斷。預制裝配率，即PC 率，是指建設工程主體結構施工過程中，預制構件采用的混凝土用量，與建設工程施工混凝土總量的體積比。

1.2 裝配式應用場景

如今，建筑工程領域的裝配式產品應用范圍已經從局部應用逐漸發展到全體系應用，且有日益拓寬的趨勢。從建設性質上講，新建工程的建設和既有建筑的改造，均在加大裝配式構件的投入使用。從工程領域上看，建筑工程、交通工程等多個領域中，裝配式構件也全面推廣使用。從結構類型上看，混凝土結構、鋼結構等均因裝配式構件具有傳統施工無法比擬的優勢而逐漸被接受。

早期，在我國裝配式施工最常見用于混凝土建筑施工，其作為采用工廠進行預制和加工構配件，然后在施工現場進行安裝的施工方式，不僅質量可靠，而且在很大程度上保障了城市建設的綠色、節能發展。隨著城市建設和經濟的發展，為緩解城市交通擁堵，提高城市車輛通行率，越來越多的地區采用建設城市快速路，作為提高城市空間通行效率的解決方案，高架橋也因此成為城市快速路建設的主流設計方案。傳統高架橋梁施工主要分為下部結構、上部結構以及附屬結構三個部分。其中，下部結構施工一般采用現場支模和澆筑的方法。該方法在施工過程中會對城市周邊交通環境產生惡劣影響，且時間較長。因此，國內外研究人員提出高架橋梁下部結構采用裝配式施工的方法，如立柱和蓋梁主要采用工廠集中預制、現場拼裝、連接部位壓漿等，以實現縮短施工周期、降低施工成本，解決傳統高架橋梁下部現場施工帶來的諸多問題。

1.3 裝配式建筑優缺點

裝配式建筑優點包括：

（1）量化生產。構件可以標準化量產，不會受天氣等其他不確定因素影響。

（2）節能環保。裝配式建筑的配構件由工程標準化生產，很大程度上節省了材料，減少了資源浪費，也減少了現場的建筑垃圾。

（3）減少人力。構件是由生產車間完成后直接運到現場裝配，減少了人力需求。

（4）縮短工期。預制構件加工完成后，直接拉到施工現場組裝，加快了施工進度。根據國外經驗，裝配式施工模式與傳統現澆模式工期相比，工期可縮短30%以上。

（5）降低安全風險。裝配式建筑構件的生產由工廠統一機械化生產，極大地降低了現場安全生產風險。

裝配式建筑的缺點如下：

（1）和普通建筑相比，裝配式建筑的構造價格相對較高，特別是構件從工廠運到施工現場，由于距離太遠，運輸費用明顯增加。

（2）由于生產設備的限制，尺寸較大的構件在生產上有一定的困難，尚未能實現全面推廣。

2 裝配化施工技術在廈門翔安大橋項目建設中的應用

隨著社會的快速發展，在交通工程建設方面，各單位大力推進綠色公路、品質工程建設，在現代化工業發展進程中，工程行業“裝配化”施工也備受各單位推廣，特別是在涉海工程中，裝配化施工已逐漸常態化。廈門翔安大橋項目通過工藝技術的改進與優化，不僅在海上墩臺安裝、鋼箱梁安裝方面采用預制安裝技術，而且在互通區墩柱及現澆箱梁施工中，也采用了裝配式支架和模塊化梯籠，既保證了施工精度，又提高了安全保障和施工進度。

2.1 跨海大橋裝配化施工技術攻關

翔安大橋全長12.371 km，全橋包括橋梁和隧道，其中隧道長2.8 km，跨海段橋梁長4.5 km，其余為陸域段現澆橋梁。海中段中有3.27 km 為全預制裝配式橋梁形式，其中包括210 根鋼管復合樁、83 件墩臺及墩身的預制安裝、36 榀大節段鋼箱梁標準工廠化加工。墩臺單件最大吊重近2 600 t，鋼箱梁吊裝單件最長108 m、最寬53 m、最大吊重約3 300 t。項目施工通過陸上預制后，再由半潛駁船運至橋位，經4 000 t 起重船吊裝就位，整個過程就像“搭積木”一般[2]。為了達到毫米級安裝的精度要求，項目團隊積極開展了裝配化技術的研究，通過研發三層可伸縮抱樁臂船載式導向架沉樁、三維千斤頂高精度調位、梁頂臨時支撐調位系統等一系列新工藝，打造了毫米級精度的裝配化施工方法，并順利完成跨海段裝配化施工建造，主橋完成時間，比交通部批復合同工期整整提前了5 個月。

2.2 裝配化施工技術應用

翔安大橋建設團隊，沿用裝配化的施工思路來對翔安大橋建設進行思考和挖掘，不僅在海中預制裝配區使用裝配化技術，而且在陸域現澆墩柱和箱梁施工上也對裝配化施工進行了推廣應用。

（1）現澆墩柱鋼筋籠裝配化施工技術應用。常規墩柱鋼筋籠采用現場散綁工藝，綁扎效率低，綁扎質量不保證。采用墩柱鋼筋籠裝配化施工技術，將鋼筋籠由現場綁扎改為工廠內加工，采用定型胎架進行鋼筋定位控制，綁扎完成后運輸到現場，由起重設備整體吊裝。工廠化鋼筋籠加工，鋼筋間距合格率可達97%以上，現場安裝的墩柱鋼筋籠，通過精準定位胎架，可精準地控制鋼筋籠垂直度和平面位置，并提高墩柱施工效率近50%。

（2）裝配式現澆支架體系施工技術應用。傳統現澆箱梁支架基礎為條形基礎，不僅一次性投入大，而且支架鋼管樁之間、鋼管樁與平聯斜撐之間為焊接工藝，施工進度慢。采用裝配式現澆支架，將條形基礎改為預制混凝土塊基礎，一聯施工完成后周轉使用，周轉效率高，施工成本降低近20%。鋼管立柱采用模數式定尺下料加工，立柱之間連接采用法蘭盤連接，鋼管樁與平聯斜撐之間采用抱箍方式連接，減少了平聯斜撐的切割和焊接作業，提高了現澆支架施工作業效率，降低了材料損耗，提高了材料周轉效率[3]。

（3）現澆橫梁裝配化施工技術應用。常規匝道橫梁鋼筋為現場綁扎，鋼筋綁扎效率低。采用現澆梁橫梁裝配化施工技術，將現場散綁的匝道橫梁鋼筋轉為工廠化生產，固定胎架綁扎，綁扎鋼筋質量合格率高，流水線生產效率高。鋼筋綁扎完成運輸到現場整體安裝，提高工效近30%。

3 裝配化施工技術在廈門的發展方向

廈門雖有一些橋梁部分采用裝配化施工工藝，如海滄大橋全漂浮鋼箱梁懸索橋施工、集美大橋在國內首次采用“短線匹配法節段預制懸拼”海上箱梁施工，但整體建設中，裝配式施工的應用比例還比較低，主要原因包括：①結構自重大，尺寸大，受運輸和大型吊裝設備制約，裝配式施工受限于在大型橋梁應用；②裝配化橋梁拼裝接頭是結構的薄弱環節，不易推廣。

近年來，大噸位的海上浮吊（半潛船、4 000 t 起吊船）、大噸位吊具、高精度三維千斤頂等新設備的研發與投入使用，一定程度上解決了大噸位、高精度的裝配式施工難點。鋼管復合樁、高性能混凝土、高性能環氧鋼筋、長效防腐涂料等新材料的應用，有效解決了復雜海域跨海橋梁耐久性、抗震及優化受力體系等一系列問題[4]。同時，工廠化建造的大節段鋼箱梁的裝配式應用，日益顯示出“重量輕、跨度大、施工快、耐久性好”等優勢，裝配式施工越發受到國內橋梁界所推廣使用。

3.1 注重設計源頭管理

作為裝配化施工產業鏈的源頭，在設計階段就需對裝配化生產進行策劃，并貫穿整個設計和施工過程。裝配化設計時需充分考慮安全、適用、耐久、美觀、環保、經濟、先進等相關因素，堅持大型化、標準化、工廠化、裝配化的設計理念，加強新材料、新工法、新技術的應用，提高裝配化設計水平，為全過程裝配化施工創造條件。

3.2 不斷研究結構之間的力學性能

廈門海域具有高鹽、高濕、高溫的特點，對橋梁結構的耐久性要求較高。除海工高性能混凝土提高其結構耐久性以外，應針對性采用新工藝、新材料以保障裝配式施工結構間的力學性能，如采用高性能環氧鋼筋提高橋梁結構的鋼筋耐腐蝕性能、采用硅烷浸漬防腐涂裝提高橋梁結構的耐久性等。裝配式施工，應從設計使用年限方面進行考慮，明確涂層性能與質量指標等要求，精細設計，采取準確的防腐措施。

3.3 建立區域預制廠

建立區域預制廠，可以在預制構件生產過程中，實現“海中施工轉移到陸上施工，陸上施工轉移到工廠施工”。同時，為了提升廈門地區預制裝配化集中生產的優勢，未來應持續提高裝配式施工專業化水平、質量管理和監督的可控性，使預制構件的生產進度、質量和安全得到保障，進而提高工程質量的耐久性，減少后期運營、維護費用[5]。

3.4 建設管養一體化

從建設、運營、養護管理角度，通過科學、合理地規劃與分析，實現全壽命周期內項目營運的高品質功能定位。構建交通工程建養一體化平臺，通過“橋隧結構按單元、附屬設施按段、設備按件”三個維度建立施工和檢測信息檔案，將施工過程中的結構監控量測、質量檢測數據形成完整信息納入一體化平臺，有效指導交通工程運營維護管理。

4 廈門交通工程建設綠色發展方向

4.1 加強新技術推廣應用

以創新驅動發展為引領，從施工技術難點和質量安全控制難點著手，開展科研課題攻關，開展課題成果創新，組織質量控制小組進行設備微改造、工法微改良、工藝微改進的二次創新。注重成果轉化的同時，堅持將總結成果與推廣應用并重、開發與引進消化并舉作為技術創新推廣。在積極申請知識產權成果保護的同時，用新技術、新材料、新工藝、新設備，把技術創新成果轉化為生產力。

4.2 構件生產工廠化

借鑒港珠澳大橋、翔安大橋裝配化設計、施工的成功經驗，結合工程建設條件，以《福建省高速公路橋梁設計標準化指南》為基礎，深化標準化設計的同時，積極推行橋梁裝配化設計。

4.3 施工指導數字化

結合當下大數據、物聯網、5G、人工智能等互聯網技術，建設一套具有先進工程管理理念、信息化頂層建設思路、技術卓越、功能強大的工程管理一體化平臺。采用BIM+GIS 技術實現從設計到施工的模型信息管理，將項目管理模式從傳統人工粗放型向現代信息化精確型轉變，將橋梁建造從傳統的作業方式向現代化施工模式提升，減輕橋梁在建造、使用、拆除的全生命周期內對環境資源的壓力，提高交通工程的現代化建設管理水平[6]。

4.4 施工裝備智能化

施工實現設備配置GPS 定位精調系統，精準定位；鋼箱梁的原材切割采用數控下料，合理規劃材料的匹配和使用，鋼箱梁板單元的切割、機器人自動化噴涂和熱軋變厚度U 肋機器人焊接檢測，鋼橋面澆筑式瀝青采用北斗無人駕駛自動攤鋪和碾壓，實現下料、焊接、噴涂、瀝青混凝土、焊縫的均質化，全面提升施工過程質量管理水平。

5 結語

裝配化施工技術在廈門翔安大橋的成功應用，充分驗證了裝配化施工技術的先進性和適用性，為翔安大橋順利完成奠定了堅實的基礎。裝配化施工技術不僅縮短施工周期，提高施工效率，降低施工成本，而且減少現場作業工序和作業人員數量，大幅度降低施工過程中的安全風險，減少了對海洋生態環境的影響。翔安大橋采用了大量的新技術、新材料并全面推進裝配化施工技術的落地生根，取得了較好的經濟效益和社會效益，對類似項目的實施推廣具有借鑒意義。