基于工業化生產的小箱梁預制施工關鍵技術研究

摘要 為探究基于工業化生產的小箱梁預制生產關鍵工藝，文章依托海鹽射線1標項目，對基于工業化的小箱梁橋智能生產關鍵技術進行了研究，探討了基于工業化生產的主要工藝要點，形成了基于數控設備加工的鋼筋精細化加工方法，明確了基于流水線生產的鋼筋工程操作要點，形成了一種可采用液壓側模與移動底模相結合的方式組成生產模板系統的小箱梁流水線生產，提出了基于智能控制的小箱梁蒸汽養生控制關鍵基礎與控制參數，實現了小箱梁的快速施工。形成的預應力混凝土小箱梁工業化生產工藝有效提升了小箱梁的生產效率和生產質量，可為類似工程提供參考。

關鍵詞 小箱梁；預制施工；工業化；施工技術

中圖分類號 U445.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0074-03

0 引言

隨著橋梁技術的進步，橋梁工業化建造已經成為橋梁工程發展的主要方向之一，近年來，我國在橋梁工業化建造方面已經取得了一定的成績。工業化建造的優勢也被廣泛認知，周良等人的研究表明：與傳統現澆方法相比，工業化全預制橋梁設計施工關鍵技術可在建設成本持平的情況下，縮短現場工期達50%，減少現場工作人員數量達到80%以上，具有良好的社會與環境效益[1]。

對于小箱梁的施工工藝國內外已有較多的研究，但大多是針對傳統施工方法下的工藝以及質量控制技術的相關研究[2-3]。也有學者針對小箱梁的場建技術進行了研究，分析了梁場建設要點及基于經濟性研究的合理布置方法等[4-5]。

胡紅梅等人從臺座施工、鋼筋連接、模板安裝、混凝土及張拉灌漿等施工環節總結分析預制小箱梁施工工藝關鍵點，并提出了相應的質量控制要點[6]。胡巖峰對混凝土小箱梁鋼筋綁扎胎架設計并對其工藝進行了研究，表明采用改進后的鋼筋綁扎胎架可以在施工質量、用工成本與施工效率上具有顯著優勢[7]。高學軍針對預應力鋼筋混凝土預制小箱梁施工中的質量控制問題，通過工廠化集中預制生產，標準化、規范化施工的技術改進，實現了對混凝土強度、保護層厚度等質量的提升效果[8]。

結合現有研究技術可以發現，對小箱梁的施工工藝及質量提升技術的相關研究主要集中在采用傳統生產模式下的研究，對采用工業化模式進行生產條件下預應力混凝土小箱梁的施工工藝相關研究很少。為研究基于工業化生產的小箱梁預制施工關鍵技術，該文以海鹽射線1標項目為依托，結合工程實施情況開展了相關研究。

1 工程概況

1.1 項目概況

海鹽射線1標段全長10.996 km，起訖樁號為K11+517.035～K22+512.7，設計標準為雙向六車道，標準段橋梁寬度27.0 m，鹽于公路互通高架橋終點落地段K21+478～K22+233.5寬度為19.5 m，匝道開口處根據匝道設置情況加寬。項目為連續高架橋，其中新建高架道路約10.716 km，改建地面道路約0.28 km，標準段范圍上部結構采用鋼筋混凝土預制小箱梁，下部結構采用Y型墩、門架墩配合大懸臂的預應力蓋梁，基礎采用群樁基礎。項目共設置六座高架橋，分別為：永泰路互通高架橋、創新路高架橋、鹽百線高架橋、海鹽互通高架橋、邱家浜高架橋、鹽于公路互通高架橋。

該項目的小箱梁預制縱梁為2985片，其中，25 m預制箱梁844片，包括中梁655片，邊梁188片；30 m預制箱梁2 141片，包括中梁1 671片，邊梁470片。預應力混凝土標號為C50混凝土，混凝土總方量達到10.5萬立方米。預制25 m箱梁和30 m箱梁梁高保持一致，具有高度的標準化，適宜采用工業化模式進行生產，以提高生產效率。

1.2 場地選址與布置

結合周邊場地調查，綜合分析該項目的生產需求，最終選定了原齊家水泥廠作為該項目箱梁預制場址。該廠舊址東側、南側為農業用地，北側距離村民住宅約200 m。西側緊鄰鹽嘉塘航道，原材料具有良好的水運條件，北側運輸道路良好，滿足產品出廠運輸要求。廠區內均已換填并用混凝土硬化，地質條件較好，改造便捷。

預制梁場共設7條生產線，預制梁場分為鋼筋加工廠、底腹板鋼筋綁扎區、頂板鋼筋綁扎區、液壓生產區、內模拼裝區、蒸汽養護區、張拉工作區、存梁區。每條生產線需配置4個移動臺座。每條生產線各配置2套智能型蒸養房，共14套。每個鋼筋加工區配置3臺10 t桁吊，存梁區暫定按1個月產能存梁，預留30 m箱梁存梁區2個，共設置52道存梁臺座，設計可存梁數為236片。每個存梁區配置2臺90 t龍門吊，如圖1所示。

2 鋼筋智能加工與精細綁扎

2.1 鋼筋智能加工

鋼筋加工采用全智能化裝備進行生產，配備了智能數據鋼筋調直機、數控完全中心、數控鋼筋彎箍機和數控鋼筋切割生產線及智能套絲生產線，實現鋼筋下料與半成品加工智能化生產。

生產前利用BIM模型進行虛擬綁扎，準確確定每一根鋼筋的尺寸、型號和規格，并進行細部編號，建立生產數據庫，進行精確下料生產。采用數控鋼筋切斷機批量下料，先下長料后下短料，可以有效降低損耗。在切斷機后標出長度標尺，準確控制下料長度。鋼筋下料完成后，在鋼筋加工場采用數控彎曲機加工，以提高鋼筋加工精度，鋼筋半成品檢測結果表明，采用全數控智能生產的鋼筋半成品合格率可達到100%。

2.2 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎采用專用的鋼筋綁扎臺架進行綁扎，箱梁鋼筋骨架拆分為底腹板骨架和頂板骨架單獨綁扎后再合并組裝。底腹板鋼筋架在專用的鋼筋綁扎臺架上進行綁扎，見圖2。半成品鋼筋在鋼筋加工場制作完成后，運送至施工現場，底腹板鋼筋直接在臺座軌道車上使用特定的橫移式胎架上整體綁扎成鋼筋骨架。在每片梁板鋼筋綁扎前，檢查已加工好鋼筋規格、形狀、數量是否正確。

安裝梁肋水平鋼筋時，鋼筋中穿入半徑為3 cm與箱梁同強度的穿心混凝土墊塊，墊塊穿心孔大小與梁體腹板水平筋的直徑大小相同，數量每平方米不得少于4個，單側墊塊呈梅花形布置。兩側墊塊對稱設置，防止梁肋鋼筋傾斜，影響鋼筋籠的安裝精度。梁肋的水平鋼筋通過定形胎架定位，并與梁肋站立鋼筋綁扎成形，底腹板鋼筋綁扎臺架如圖2所示。

頂板鋼筋采用專用臺架進行綁扎施工，首先安裝頂板橫向環形鋼筋，橫向鋼筋以胎架齒板為模板安裝，保證位置準確，并準確控制鋼筋外露長度。再從兩端穿入頂板縱向鋼筋，縱向鋼筋先通過點焊（間距1 m）固定在頂板橫向鋼筋上，然后再與橫向鋼筋綁扎。為提高縱向鋼筋的定位精度，該項目開發了一種移動式定位裝置，可在頂板鋼筋綁扎臺架上移動，對不同位置的水平鋼筋進行輔助定位，能有效提升頂板水平鋼筋的定位精度，如圖3所示。

3 設備與資源配置

3.1 自動液化模板施工

該項目小箱梁加工預制采用流水線式生產方式進行生產，底板采用移動式臺車系統在不同工序之間進行移動，箱梁模板采用不銹鋼液壓模板，面板厚度6 mm，由專業的模板廠家加工制作成形，模板設計時，考慮足夠的強度、剛度，既要保證尺寸平整度、又要保證光潔度，同時側模考慮高低邊設計，側模橫坡控制同設計要求。

中梁模板采用固定液壓模板，即側模固定，控制好側模橫坡，邊梁模板內側（靠近中梁生產線）模板采用固定液壓模板，外側（遠離中梁生產線）模板采用移動液壓模板，通過外側模板移動可達到既預制邊梁又預制中梁的目的，以匹配邊梁與中梁片數比例。芯模的安裝在底板鋼筋、腹板鋼筋綁扎及波紋管安裝完畢后進行，芯模安裝時，采用龍門吊分塊吊裝入位。芯模落在底板事先已焊好的定位鋼筋上，通過鋼筋與外模頂緊固定，內模內側采用撐桿及螺桿進行加固。箱梁頂板鋼筋吊裝完成后，進行端模安裝。

在混凝土達到拆模強度后，先利用龍門吊抽出芯模，再利用液壓系統拉開側模與梁體之間的間隙，再吊移動定形端模板。模板拆除后現場照片如圖4所示。模板拆除后底膜臺車攜帶梁體進入養生房進行養生。

3.2 混凝土澆筑與振搗

混凝土澆筑入模采用罐車運輸、龍門吊吊料斗，采用“分層澆筑，逐級推進”的澆筑方法，即“水平分層、縱向分段、斜向推進”，一次灌注完成，不設施工縫。再澆筑時，縱向分段長度一般控制為20 m，由梁的一端向另一端水平分層澆筑，并先澆筑底板再澆筑腹板。第一次澆筑不超過底板，澆筑腹板時水平分層，水平分層厚度按照25～30 cm進行控制。相鄰層間控制以確保下層混凝土初凝或能重塑前澆筑完成上層混凝土為原則。一層混凝土澆筑完成后，先利用附著式振搗器振搗20～30 s，后采用插入式振搗器相距3～5 m前后振搗兩次，按此步驟循環澆筑至頂板底部，頂板部分混凝土整段澆筑。

梁體混凝土澆筑采用附著式振動器側振為主與振動棒插入振搗為輔的聯合振搗工藝。振搗與下料交錯進行，每次振搗按混凝土所灌筑的部位使用相應區段上的振動器。附著式振動器安裝在側模上下各一個，縱向交叉設置，共56個。混凝土入模后方可開始振動。

在使用振搗棒振搗時，采用快插慢拔，垂直點振的方式進行振搗，振動棒之間的距離不大于40 cm，插入深度以進入前次灌筑的混凝土面層下5 cm為宜。對于倒角、交界面以及鋼筋密集部位進行加強振搗，振搗過程中需要保護波紋管，嚴禁用振動棒振搗波紋管。混凝土的振動時間控制在20～30 s，以混凝土表面不再下沉、沒有氣泡逸出和表面泛漿為度。

3.3 智能蒸汽養生

為了提高小箱梁的生產效率，充分發揮流水線優勢，該項目的小箱梁預制生產養生采用智能蒸汽養生工藝進行養生。在養生區域內配置固定式蒸汽養護棚，如圖5所示，通過智能控制系統調整蒸汽的溫度。在養生過程中需要控制以下工藝要點：

（1）養護棚內恒定溫度應控制在40℃～50℃的高溫范圍。

（2）蒸汽養護分靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。靜停期間應保持環境溫度不低于5℃，灌注結束4 h后方可升溫，升溫速度不宜大于8℃/h，恒溫期間溫度不宜超過50℃，混凝土配合比情況以及環境條件等通過試驗確定，降溫速度不宜大于5℃/h。

（3）混凝土澆筑完成后，利用蒸養棚中高濕型溫濕度傳感器不間斷監測混凝土內部外部溫度以及養護棚內溫度，在蒸養棚上電子顯示屏實時顯示，并上傳至梁場控制系統。

4 結束語

該文依托海鹽射線1標項目，對基于工業化的小箱梁橋智能生產關鍵技術進行了研究，探討了基于工業化的主要施工工藝與施工要點，得到了以下結論：

（1）結合基于既有場地改建工業化智能梁廠的合理布置形式，滿足了小箱梁橋工業化生產的需求。

（2）形成基于數控設備加工的鋼筋精細化加工方法，明確了小箱梁鋼筋籠加工控制要點。

（3）小箱梁流水線生產可采用液壓側模與移動底模相結合的方式組成生產模板系統，端模和芯模采用可拆卸式定形模板結構。

（4）提出了基于智能控制的小箱梁蒸汽養生控制關鍵基礎與控制參數，實現了小箱梁的快速施工。

（5）形成的預應力混凝土小箱梁工業化生產工藝有效提升了小箱梁的生產效率和生產質量，可為類似工程參考。

參考文獻

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[8]高學軍 . 橋梁工程預應力鋼筋混凝土預制小箱梁施工方法 [C].2023年智慧城市建設論壇深圳分論壇論文集.中國智慧城市經濟專家委員會.2023：55-56.

收稿日期：2024-04-17

作者簡介：石龍海（1971—）男，本科，高級工程師，研究方向：橋涵工程。