黃躍，楊炎華，荀東亮

（長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430040）

大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室反力墻及反力臺(tái)座施工關(guān)鍵技術(shù)

黃躍，楊炎華，荀東亮

（長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430040）

反力墻及反力臺(tái)座是進(jìn)行各種材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的擬靜力或擬動(dòng)力試驗(yàn)的重要設(shè)施，中交二航局實(shí)驗(yàn)基地結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室布置反力墻及反力臺(tái)座，其內(nèi)部布置560個(gè)加載孔、76個(gè)抗剪鍵、128套預(yù)埋螺栓等大量預(yù)埋件。預(yù)埋件安裝定位精度要求高，安裝精度為毫米級(jí)。為保證反力墻及反力臺(tái)座施工質(zhì)量達(dá)到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)要求，且不影響14個(gè)月總工期，在建設(shè)過(guò)程中關(guān)于預(yù)埋件施工提出了工廠模塊化精加工、現(xiàn)場(chǎng)整體模塊裝配化施工工藝，研發(fā)了同軸鋼構(gòu)件精加工系統(tǒng)、整體模塊精加工定位系統(tǒng)，確保預(yù)埋件施工精確。同時(shí)采用BIM技術(shù)、清水混凝土施工工藝，確保施工質(zhì)量。最終在8個(gè)月內(nèi)完成施工，經(jīng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)要求。

反力墻；反力臺(tái)座；模塊；BIM技術(shù)

實(shí)驗(yàn)基地位于二航局武漢新港陽(yáng)邏生產(chǎn)基地，總建筑面積17 218 m2，含結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓、機(jī)電實(shí)驗(yàn)樓、綜合實(shí)驗(yàn)樓、模型加工區(qū)及配套附屬設(shè)施。實(shí)驗(yàn)基地于2014年11月開(kāi)工建設(shè)，2015年12月竣工，歷時(shí)14個(gè)月。

反力墻及反力臺(tái)座位于結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓試驗(yàn)大廳。反力墻高9 m，寬3.2 m，長(zhǎng)8.1 m，壁厚70 cm，單側(cè)布置216個(gè)內(nèi)徑88 mm加載孔，加載孔中心間距50 cm。反力臺(tái)座長(zhǎng)16.5 m，寬10.1 m，頂板厚80 cm，底板厚60 cm。反力臺(tái)座頂板布置344個(gè)內(nèi)徑88 mm加載孔、76個(gè)抗剪鍵、128套預(yù)埋螺栓，加載孔中心間距50 cm[1]。為滿足受力要求，反力墻及反力臺(tái)座采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)，混凝土等級(jí)為C50。反力墻及反力臺(tái)座如圖1所示。

圖1 反力墻及反力臺(tái)座三維示意圖Fig.13D sketch of reaction wall and reaction test-bed

1 施工方案選擇

1.1 工程重點(diǎn)難點(diǎn)

反力墻及反力臺(tái)座是實(shí)驗(yàn)基地結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行各種材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的擬靜力或擬動(dòng)力試驗(yàn)的重要設(shè)施。為保證試驗(yàn)測(cè)試精度，實(shí)驗(yàn)室對(duì)其自身變形、預(yù)埋件安裝定位精度提出了嚴(yán)格要求。因此對(duì)施工質(zhì)量、預(yù)埋件定位精度要求極高。結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，其施工面臨以下問(wèn)題[2]：

1）工期緊

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，反力墻及反力臺(tái)座施工工期基本在14～18個(gè)月，而整個(gè)實(shí)驗(yàn)基地從開(kāi)工到竣工總工期為14個(gè)月，工期緊，任務(wù)重。

2）預(yù)埋件定位精度要求高，控制難度大

布置加載孔560個(gè)、抗剪鍵76個(gè)、預(yù)埋螺栓128套，預(yù)埋件數(shù)量多，定位精度高（見(jiàn)表1），預(yù)埋件現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位、質(zhì)量控制難度大。

表1 預(yù)埋件精度控制Table 1The precision control of embedded parts

3）內(nèi)部預(yù)埋件、勁性骨架、鋼筋布置縱橫交錯(cuò)，施工難度大

反力墻及反力臺(tái)座內(nèi)部加載孔、抗剪鍵、預(yù)埋螺栓數(shù)量眾多，且布置了大量的用于定位的型鋼勁性骨架，同時(shí)還布置有普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋。因此預(yù)埋件、勁性骨架與鋼筋極易出現(xiàn)交叉碰撞，為鋼筋穿束、預(yù)應(yīng)力管道施工帶來(lái)極大難度，且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。

1.2 方案比選

調(diào)研發(fā)現(xiàn)：加載孔、抗剪鍵及預(yù)埋螺栓等預(yù)埋件現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位安裝是制約反力墻及反力臺(tái)座施工工期的重要環(huán)節(jié)。預(yù)埋件現(xiàn)場(chǎng)施工工藝不當(dāng)，將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位困難，安裝精度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，出現(xiàn)返工現(xiàn)象，嚴(yán)重制約施工工期。因此預(yù)埋件現(xiàn)場(chǎng)定位施工是反力墻及反力臺(tái)座施工的重點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)反力墻及反力臺(tái)座加載孔等預(yù)埋件施工多以預(yù)埋件單體現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位安裝工藝為主。個(gè)別新建結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室反力墻及臺(tái)座施工也有采用將若干個(gè)加載孔在工廠組拼成小模塊再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝的施工方法[3-5]。針對(duì)工期要求，結(jié)合反力墻及反力臺(tái)座施工重點(diǎn)，對(duì)預(yù)埋件的施工制定了3種施工方案：1）預(yù)埋件單體現(xiàn)場(chǎng)定位安裝；2）預(yù)埋件單體安裝，定位模具糾偏定位；3）預(yù)埋件模塊工廠精加工，現(xiàn)場(chǎng)整體裝配定位安裝。

上述3種方案各具優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)比選（如表2所示），在保證施工工期的前提下，預(yù)埋件現(xiàn)場(chǎng)施工選用方案三。

表2 方案比選Table 2Scheme comparison

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 預(yù)埋件工廠模塊化精加工、現(xiàn)場(chǎng)整體裝配定位安裝技術(shù)

反力墻及反力臺(tái)座預(yù)埋件數(shù)量眾多，且單體現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工期要求。因此針對(duì)施工現(xiàn)狀，預(yù)埋件采用工廠模塊化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)整體定位安裝施工工藝。反力墻加載孔預(yù)埋件分9個(gè)模塊加工，每個(gè)模塊有24個(gè)加載孔；反力臺(tái)座加載孔預(yù)埋件分9個(gè)模塊加工，每個(gè)模塊有40個(gè)加載孔。加載孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 加載孔示意圖Fig.2Structural sketch of loading hole

2.1.1 加載孔單體加工制作

加載孔是試驗(yàn)構(gòu)件與反力墻或反力臺(tái)座的連接通道，也是受力傳遞的主要部位，對(duì)自身垂直度、端頭板平整度要求極高。其高度誤差控制在±0.50 mm內(nèi)；端頭鋼板平整度誤差≤1.5 mm；加載孔中心與兩端頭鋼板垂直度誤差均應(yīng)＜±1 mm。為保證加載孔的制作精度，研發(fā)了同軸鋼構(gòu)件精加工系統(tǒng)（見(jiàn)圖3），該系統(tǒng)由活動(dòng)定位裝置、支撐裝置、固定定位裝置組成，且三套裝置同軸。加載孔構(gòu)件通過(guò)精加工處理，滿足設(shè)計(jì)要求后，放入該系統(tǒng)進(jìn)行固定。首先通過(guò)調(diào)節(jié)活動(dòng)定位裝置，使加載孔構(gòu)件1、構(gòu)件2、構(gòu)件3密切貼合頂緊；其次調(diào)節(jié)各構(gòu)件，使其同軸；然后在端頭對(duì)稱點(diǎn)焊，通過(guò)檢測(cè)后，各構(gòu)件間相對(duì)位置滿足設(shè)計(jì)要求后，再對(duì)稱施焊完成加載孔加工制作。通過(guò)該套系統(tǒng)進(jìn)行560個(gè)加載孔單體加工，不合格產(chǎn)品僅出現(xiàn)5件，合格率達(dá)99.1%。

圖3 同軸鋼構(gòu)件精加工系統(tǒng)Fig.3The machining system of coaxial steel structure

2.1.2 模塊加工制作

加載孔單體完成后，在工廠內(nèi)進(jìn)行模塊組拼。為保證模塊組拼的精度，研發(fā)了整體模塊精加工定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由定位裝置（同時(shí)作為模板使用）、糾偏裝置和緊固裝置組成，其中定位裝置和糾偏裝置的面板平整度0～2 mm，且其平面上高精度鋼定位柄上下一一對(duì)應(yīng)，相對(duì)誤差＜1 mm。每個(gè)模塊由整體模塊精加工定位系統(tǒng)、加載孔和用于加載孔連成整體的勁性骨架組成。

模塊組拼過(guò)程中采用整體匹配制作理念，即搭建一個(gè)長(zhǎng)20 m，寬16 m的工裝平臺(tái)，在工裝平臺(tái)上同時(shí)對(duì)反力墻或反力臺(tái)座上的9個(gè)模塊進(jìn)行匹配定位，經(jīng)驗(yàn)收合格后，將模塊精加工定位系統(tǒng)中的定位裝置固結(jié)形成整體，通過(guò)精密測(cè)量放樣，放出加載孔所在平面位置；然后進(jìn)行組拼初調(diào)位，通過(guò)糾偏裝置對(duì)加載孔平面位置、垂直度微調(diào)；最后進(jìn)行勁性骨架安裝，將加載孔連成整體，完成一個(gè)模塊施工。關(guān)鍵步驟施工見(jiàn)圖4。

9個(gè)模塊加工完成后，所有加載孔平面位置和平整度滿足設(shè)計(jì)要求，然后在每個(gè)模塊上設(shè)置4個(gè)控制點(diǎn)，在工廠內(nèi)的測(cè)量控制系統(tǒng)下，測(cè)出9個(gè)模塊的控制點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)工廠內(nèi)測(cè)量控制點(diǎn)的坐標(biāo)推算現(xiàn)場(chǎng)安裝坐標(biāo)，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝。

2.1.3 預(yù)埋件模塊現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位安裝

圖4 模塊加工關(guān)鍵步驟施工圖Fig.4The key steps construction of modules

模塊工廠加工完成后，將加載孔模塊（含定位裝置、糾偏裝置、加載孔及勁性骨架）整體運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖5所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，僅需要對(duì)模塊與模塊間的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)位，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位次數(shù)，縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)位時(shí)間。模塊與模塊完成調(diào)位后，將連接形成整體，確保模板在后續(xù)施工過(guò)程中不出現(xiàn)變位情況。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)模塊定位安裝Fig.5Positioning and Installation of modules in situ

預(yù)埋件安裝完成后，經(jīng)第三方檢測(cè)，預(yù)埋件平面位置偏差控制在±1.5 mm范圍內(nèi)，平整度控制在2 mm內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 基于BIM技術(shù)指導(dǎo)施工

在項(xiàng)目開(kāi)展初期，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，使用廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件，對(duì)整個(gè)基地建立BIM模型，開(kāi)展動(dòng)態(tài)施工管理。為反力墻及反力臺(tái)座施工提供了如下技術(shù)支撐：

1）虛擬動(dòng)畫(huà)模擬施工，實(shí)施精細(xì)化施工管理

將進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型結(jié)合起來(lái)，通過(guò)施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，預(yù)演項(xiàng)目的施工全過(guò)程，評(píng)測(cè)施工組織方案的合理性及交付的里程碑等指標(biāo)是否符合項(xiàng)目目標(biāo)要求，不斷調(diào)整優(yōu)化，直至動(dòng)態(tài)施工模擬的預(yù)演與結(jié)果符合項(xiàng)目要求為止。通過(guò)BIM模型與實(shí)際進(jìn)度關(guān)聯(lián)顯示，將整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度完成情況形象展示給項(xiàng)目參與各方，減少人力和材料的浪費(fèi)，提升項(xiàng)目整體效率，有效地降低項(xiàng)目成本。

2）解決碰撞難題，優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙中，很難反映碰撞情況，按圖施工極易碰撞，引起構(gòu)件拆裝、返工和浪費(fèi)等現(xiàn)象發(fā)生。浪費(fèi)人力、物力等資源，嚴(yán)重影響工期。而采用BIM技術(shù)，將反力墻及反力臺(tái)座模型導(dǎo)入碰撞檢查工具（navisworks），進(jìn)行碰撞檢查分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化預(yù)埋件布置，同時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋穿束，有效地提高了現(xiàn)場(chǎng)施工功效，節(jié)約了工期。

2.3 清水混凝土施工技術(shù)

反力墻及反力臺(tái)座混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級(jí)為C50，采用清水混凝土施工技術(shù)，確保外觀質(zhì)量。因強(qiáng)度等級(jí)高，用量大，水泥水化熱高，施工過(guò)程中易產(chǎn)生溫度裂縫，影響外觀質(zhì)量。因此對(duì)混凝土原材料的選擇、澆筑工藝都提出了嚴(yán)格要求。

2.3.1 混凝土原材料

1）配合比優(yōu)化?；炷潦┕で埃瑢?duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇低熱或中熱水泥，控制混凝土的坍落度，減少水泥用量，降低水化熱。

2）骨料粒徑5～20 mm，選用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～3.2，通過(guò)0.315 mm篩孔的砂不少于15%。水灰比控制在0.32～0.38，初凝時(shí)間4～6 h，終凝時(shí)間8～12 h，砂率為38%～45%，坍落度為160～200 mm，最小水泥用量為300 kg/m3。嚴(yán)禁使用含氯化物的外加劑[6]。

3）反力墻及反力臺(tái)座預(yù)埋件、勁性骨架、鋼筋布置縱橫交錯(cuò)，混凝土澆筑過(guò)程極易出現(xiàn)不密實(shí)情況，因此采用雙摻技術(shù)，即在混凝土內(nèi)摻入一定量的粉煤灰和減水劑，進(jìn)一步改善混凝土的坍落度和黏塑性，滿足泵送要求，同時(shí)減少水泥用量降低水化熱。

4）使用減水劑和緩凝劑?？紤]商混運(yùn)距，可適當(dāng)加入緩凝劑，以滿足施工要求，不留施工冷縫。減水劑對(duì)水泥有較好的分散作用，可改善其和易性和流動(dòng)性，更加便于泵送，同時(shí)可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B等級(jí)，減少泌水率，提高抗裂性能。

2.3.2 混凝土澆筑施工

混凝土采用1臺(tái)汽車(chē)泵分段分層澆筑。混凝土澆筑時(shí)，考慮鋼筋密集，盡可能避免碰撞預(yù)埋件及預(yù)應(yīng)力筋，因此，在混凝土澆筑時(shí)將插入式振動(dòng)棒插入鋼筋稀疏的位置進(jìn)行振搗，并且掌握振搗時(shí)間，避免過(guò)振和漏振。不便于振搗的部位，采用附著式振搗器貼在模板外側(cè)振搗模板。

混凝土澆筑完后12 h內(nèi)采取養(yǎng)護(hù)措施，在混凝土表面蓋一層土工毛毯，設(shè)置專人及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，保持表面常有水珠不干燥。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d。反力墻施工完成成品如圖6所示。

3 結(jié)語(yǔ)

圖6 反力墻及反力臺(tái)座成品Fig.6The finished products of reaction wall and reaction test-bed

反力墻及反力臺(tái)座從基礎(chǔ)施工開(kāi)始到反力墻混凝土澆筑完成歷時(shí)8個(gè)月，創(chuàng)下同類項(xiàng)目施工工期最短的記錄。預(yù)埋件調(diào)位安裝完成經(jīng)第三方檢測(cè)，平面位置偏差控制在±1.5 mm范圍內(nèi)，平整度控制在2 mm內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，保質(zhì)保量地完成了反力墻及反力臺(tái)座施工，這與預(yù)埋件模塊化工廠精加工、現(xiàn)場(chǎng)整體定位安裝工藝，BIM技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用密不可分。對(duì)同類項(xiàng)目施工也具有借鑒意義。

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Key construction technology for reaction wall and reaction test-bed of large structure laboratory

HUANG Yue,YANG Yan-hua,XUN Dong-liang
（Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology of Ministry of Communication,Wuhan,Hubei 430040,China）

The reaction wall and reaction test-bed are important facilities for the quasi-static or pseudo dynamic tests of various materials,components and structural systems.The structure laboratory of CCCC Second Harbor Engineering Laboratory has arranged the reaction wall and reaction test-bed,which was arranged a large number of embedded parts,including 560 loading holes,76 shear keys and 128 sets of embedded bolts.The positioning accuracy requirements of embedded parts are very strict with the installation accuracy of millimeter level.In order to ensure the reaction wall and reaction test-bed construction quality to achieve the requirements of the laboratory,and does not affect the overall duration of 14 months,we put forward the factory modular machining,on-site whole module assembly construction technology for embedded parts construction in the construction process,and developed the machining system of coaxial steel components and the processing and positioning system of integral module precision to ensure accurate construction of embedded parts.And we adopted the BIM technology, and fair faced concrete construction technology to ensure the construction quality.Final construction within 8 months,the indicators meet laboratory requirements after inspection.

reaction wall;reaction test-bed;modular;BIM technology

TU741；TU317

B

2095-7874（2017）06-0095-05

10.7640/zggwjs201706021

2016-10-28

2016-12-14

黃躍（1982—），男，湖北武漢人，碩士，高級(jí)工程師，橋梁與隧道工程專業(yè)。E-mail：76074920@qq.com