朱敏濤 陳兆榮 田穎錢(qián) 祝林盛 劉殿生 瞿繼亮

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 概述

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市建筑密集，地面空間受限，城市交通正不斷向地下和空中發(fā)展。城市高架橋作為一種快速開(kāi)闊的出行方式已經(jīng)逐漸成為城市道路交通的主流。受近幾年國(guó)家大力推進(jìn)建筑工業(yè)化的影響，城市道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也在由現(xiàn)澆轉(zhuǎn)向工廠預(yù)制[1-5]。蓋梁作為高架道路中重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件也實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制，并且工藝技術(shù)得到很大提升。

上海市S3高架橋道路設(shè)計(jì)主線(xiàn)雙柱橋墩標(biāo)準(zhǔn)蓋梁采用大挑臂T形蓋梁，以及長(zhǎng)線(xiàn)流動(dòng)作業(yè)的方式生產(chǎn)。蓋梁橫斷面呈梯形，長(zhǎng)24.489 m，高2.6 m，縱橋向頂面寬2.15 m，底面跨1.5 m；采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，蓋梁總質(zhì)量約248 t。

本工程蓋梁體型龐大，且采用全預(yù)制拼裝工藝，最后通過(guò)灌漿套筒與立柱連接，因此，對(duì)預(yù)制蓋梁、立柱鋼筋籠及套筒的安裝精度要求較高，誤差須控制在2 mm范圍內(nèi)。采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工技術(shù)無(wú)疑可滿(mǎn)足工程要求。通過(guò)對(duì)蓋梁模具的優(yōu)化，采用整體式模具可有效減少拼接縫[6-10]，同時(shí)采用高強(qiáng)度自密實(shí)清水混凝土 ，以保證構(gòu)件強(qiáng)度及外觀質(zhì)量。

2 蓋梁模具

2.1 模具主體構(gòu)造

傳統(tǒng)的大型構(gòu)件模具通過(guò)縱向支撐桿保證縱向不發(fā)生位移，橫向固定則是通過(guò)螺栓錨固以及連貫兩邊側(cè)模的拉條進(jìn)行加固，拆模的時(shí)候要靠人工擰開(kāi)螺絲，并依靠側(cè)模自重進(jìn)行拆卸，對(duì)模具本身造成損害。傳統(tǒng)蓋梁模具通常采用分節(jié)段拼接式，需人工逐段拼裝模具，過(guò)多的拼縫導(dǎo)致拆模后構(gòu)件上會(huì)留有拼縫接口，若不進(jìn)行打磨，會(huì)影響整體外觀質(zhì)量。

S3蓋梁模板由可精確定位的整體式底模（圖1）、整體式移動(dòng)高精度側(cè)模（圖2）、分體組合式端模（圖3）、張拉槽口、三向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、軌道等6個(gè)部分組成（圖4），滿(mǎn)足模板拆拼方便、組合合理的要求。

圖1 整體式底模

圖2 側(cè)模

圖3 端模

圖4 蓋梁模板整體拼接效果

底模采用整體式鋼底模，套筒部位設(shè)置定位板可精確定位灌漿套筒，定位板在鋼筋籠胎架上隨鋼筋籠一起入模，同時(shí)也作為套筒區(qū)域的底模。

側(cè)模同樣采用整體式滑移模板，由3個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐側(cè)模在軌道上移動(dòng)，移動(dòng)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓系統(tǒng)2部分組成。電動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)模沿軌道縱向滑移，實(shí)現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換；液壓系統(tǒng)則驅(qū)動(dòng)側(cè)模橫向運(yùn)動(dòng)，完成合模與脫模。模板上拉桿采用整體式φ25 mm精軋螺紋鋼，兩端設(shè)置限位裝置，下拉桿拉住側(cè)模下口。側(cè)模自帶操作平臺(tái)，方便施工。

端模采用分體組合式，張拉槽口模板與端模配合使用，采用斜撐及螺栓固定，方便裝拆。

模具均采用厚10 mm鋼板高精度加工以減小模板變形。模板使用前進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容包括模板的尺寸、拼接縫隙、平整度、垂直度、光潔度。

蓋梁模板安裝過(guò)程共有5個(gè)步驟，步驟之間不允許發(fā)生跳步加工，邊安裝邊測(cè)量，確保精度得到控制：安裝底模及側(cè)模軌道→在側(cè)模軌道上安裝好2個(gè)側(cè)模，等待鋼筋籠定位安放→吊裝蓋梁鋼筋籠，確保鋼筋籠與底模準(zhǔn)確結(jié)合→通過(guò)側(cè)模軌道將側(cè)模安放到位，確保側(cè)模位置精確→安放端模。

2.2 模具移動(dòng)系統(tǒng)

采用傳統(tǒng)模具體系時(shí)，側(cè)模是散拆式，依靠行車(chē)吊運(yùn)，行車(chē)起吊、運(yùn)轉(zhuǎn)模具需要把控好吊點(diǎn)，嚴(yán)格按照起吊步驟進(jìn)行操作，耗時(shí)費(fèi)力，耽誤施工進(jìn)度。

S3蓋梁模板配有新型三向移動(dòng)系統(tǒng)：縱向移動(dòng)系統(tǒng)、橫向移動(dòng)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)（圖5）。在模板結(jié)構(gòu)體系中，單側(cè)模板一般安裝3組三向移動(dòng)系統(tǒng)，3組三向移動(dòng)系統(tǒng)同步工作。

圖5 側(cè)模移動(dòng)系統(tǒng)

縱向移動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)側(cè)模在軌道上前后移動(dòng)；橫向移動(dòng)系統(tǒng)由3組油缸組成，通過(guò)油缸使側(cè)模產(chǎn)生橫向的移動(dòng)，以便在安裝模板或者拆模的過(guò)程中靠近或遠(yuǎn)離構(gòu)件；升降系統(tǒng)由12組小油缸和12組精加工螺紋鋼組成，在安裝模板的過(guò)程中，當(dāng)橫向移動(dòng)系統(tǒng)操作到位后，通過(guò)升降系統(tǒng)將側(cè)模推升到需預(yù)制的構(gòu)件外形尺寸位置，然后將精加工螺紋鋼通過(guò)旋鈕頂升到支撐架上。精加工螺紋鋼的作用是分擔(dān)小油缸的壓力，使模板體系更加穩(wěn)定，生成完成后拆模就是將精加工螺紋鋼支撐通過(guò)旋鈕降低，卸載小油缸側(cè)模降低，最后通過(guò)橫向移動(dòng)系統(tǒng)將側(cè)模與構(gòu)件分離。

3 預(yù)制蓋梁生產(chǎn)工藝與技術(shù)

3.1 鋼筋工藝與技術(shù)

3.1.1 鋼筋籠胎架設(shè)計(jì)

鋼筋籠于專(zhuān)用胎架上制作加工成型，蓋梁鋼筋籠胎架由底座、支架、掛片及定位平臺(tái)等4個(gè)部分組成（圖6）。

圖6 蓋梁鋼筋籠胎架效果

為保證鋼筋籠支撐穩(wěn)定，定位體系布置保證主要受力鋼筋不變形，保證預(yù)制拼裝的灌漿連接套筒的定位精度，蓋梁定位框架固定焊接在底架上，在胎架下部增加套筒定位鋼板，底架分段制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接成整體；掛片包括頂部橫梁和下部橫梁。

鋼筋籠胎架拼裝前，對(duì)其各個(gè)部件進(jìn)行驗(yàn)收復(fù)測(cè)，尤其是套筒定位板及定位框架位置更需精確測(cè)量。拼裝過(guò)程中要求胎架底座安裝水平，精度控制在2 mm內(nèi)。各支架安裝要求位置精確、狀態(tài)垂直，精度控制在2 mm內(nèi)。胎架安裝完成后對(duì)各支架整體測(cè)量，保證每個(gè)框架在同一條線(xiàn)上，防止主筋安裝時(shí)產(chǎn)生彎扭。

3.1.2 鋼筋加工

鋼筋運(yùn)輸、存放及加工過(guò)程應(yīng)避免發(fā)生銹蝕、污染或被壓彎的情況，對(duì)于預(yù)留鋼筋外露部分，采取塑料布包裹的臨時(shí)防護(hù)措施，防止鋼筋銹蝕。

預(yù)制蓋梁鋼筋采用φ12～φ16 mm盤(pán)螺鋼筋，使用MEP鋼筋數(shù)控彎曲剪切中心進(jìn)行棒材的剪切及彎曲，并由MEP盤(pán)鋼全自動(dòng)鋼筋成型彎箍機(jī)進(jìn)行調(diào)直、剪切及彎配（圖7），可以定尺加工，無(wú)需連接，若遇特殊情況需要連接，采用搭接或焊接；φ25～φ32 mm的鋼筋采用機(jī)械連接，擬采用鐓粗直螺紋工藝進(jìn)行連接；φ40 mm鋼筋為套筒內(nèi)錨固鋼筋，整根制作，不做接頭。下料長(zhǎng)度偏差嚴(yán)格控制在2 mm以?xún)?nèi)，同時(shí)保持切割斷面平整光滑，以保證鋼筋尺寸符合相關(guān)要求，且精度控制在2 mm以?xún)?nèi)。

圖7 鋸床（GB4240）和MEP鋼筋數(shù)控自動(dòng)鋼筋成型彎箍機(jī)

構(gòu)件主筋采用直螺紋機(jī)械連接接頭的形式進(jìn)行連接，接頭連接按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 107—2016《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》，在保證連接性能可靠的同時(shí)增加鋼筋的使用效率，減少?gòu)U料鋼筋的總量。整個(gè)直螺紋成套設(shè)備由400 t油壓機(jī)、滾絲機(jī)及鋼筋擺放平臺(tái)組成。

3.1.3 灌漿套筒

整體灌漿連接型套筒一端為預(yù)制安裝端，另一端為現(xiàn)場(chǎng)拼裝端，套筒中間設(shè)置鋼筋限位擋板；預(yù)制安裝端以及現(xiàn)場(chǎng)拼裝端地長(zhǎng)度均不小于10倍被連接縱鋼筋直徑，現(xiàn)場(chǎng)拼裝端內(nèi)徑尺寸宜為50 mm；套筒下端應(yīng)設(shè)置壓漿口，套筒上端應(yīng)設(shè)置出漿口，壓漿口與端部?jī)艟鄳?yīng)大于2 cm；套筒制作的允許誤差為2 mm。灌漿連接套筒應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)JG/T 398—2012《鋼筋連接用灌漿套筒》的要求。灌漿連接套筒采用球墨鑄鐵制造，材料應(yīng)符合GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》的規(guī)定，其材料性能還應(yīng)符合以下規(guī)定：抗拉強(qiáng)度≥550 MPa，斷后伸長(zhǎng)率≥5%，球化率≥85%，硬度180～250。

灌漿連接套筒與高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料組合體系性能應(yīng)符合JGJ 107—2016《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》中Ⅰ級(jí)連接接頭要求，試件實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度大于等于鋼筋抗拉鋼筋強(qiáng)度。保證灌漿連接套筒相關(guān)的附屬配件合格，如止?jié){塞、壓漿管、出漿管、定位銷(xiāo)等。灌漿連接套筒在存放和運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)采取防護(hù)措施，防止污染、生銹、損傷。保證預(yù)制拼裝的灌漿連接套筒的精確定位，故使用套筒定位鋼板。

3.1.4 蓋梁鋼筋籠制作

預(yù)制蓋梁鋼筋籠的加工采用鋼筋模塊化精加工的理念，鋼筋籠制作允許偏差為2 mm。鋼筋籠除預(yù)制連接套筒模塊外均在胎架上完成綁扎。

整個(gè)綁扎過(guò)程共分8步，不允許發(fā)生跳步加工，整個(gè)過(guò)程邊加工邊測(cè)量，確保每一步加工的精度得到控制：在胎架內(nèi)安裝連接套筒定位板，并制作套筒模塊→安裝蓋梁頂部主筋→安裝蓋梁預(yù)制部分的箍筋→安裝蓋梁預(yù)制部分底部主筋→安裝波紋管，并用短鋼筋定位，按500 mm間距布置固定支架→安裝側(cè)面主筋→安裝橫向及豎向拉鉤→其他輔助裝置安裝。

抗震擋塊和支座墊石的預(yù)留筋需要按照施工圖紙準(zhǔn)確定位、安裝。防雷接地板采用100 mm×100 mm×8 mm表面鍍鋅預(yù)埋鋼板。蓋梁吊裝吊點(diǎn)為四點(diǎn)預(yù)制吊環(huán)，吊點(diǎn)布置橫橋向依照設(shè)計(jì)圖紙要求在蓋梁兩端以?xún)?nèi)3 m處，縱橋向距蓋梁邊緣600 mm。吊點(diǎn)采用預(yù)埋鋼絞線(xiàn)形式，鋼絞線(xiàn)采用φs15.2 mm，鋼絞線(xiàn)埋深1 200 mm，表面伸出長(zhǎng)度為200 mm，預(yù)埋的最底部采用錨板及P錨擠壓套的形式加強(qiáng)。單根鋼絞線(xiàn)吊重不超過(guò)15 t。吊點(diǎn)處的鋼絞線(xiàn)采用鐵皮管包裹，以加強(qiáng)鋼絞線(xiàn)吊點(diǎn)的局部抗剪能力，鐵管長(zhǎng)度為400 mm，形狀為R=50的圓弧（圖8）。

圖8 蓋梁吊裝專(zhuān)用吊索具

3.2 混凝土工藝與技術(shù)

3.2.1 混凝土配比技術(shù)要求

采用大摻量復(fù)合膠凝材料高性能混凝土配制方法：選擇高質(zhì)量的砂、石、水泥及礦物摻合料，以充分保證砂填充石的間隙、膠凝材料填充砂的間隙，保證混凝土的致密性和施工的和易性，達(dá)到清水混凝土的要求。摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉等礦物活性摻合料以減少水泥用量，控制干縮變形，有利于混凝土的防裂，滿(mǎn)足收縮、徐變的要求，同時(shí)具有明顯抑制混凝土的抗堿-骨料反應(yīng)性能。選用外加劑根據(jù)結(jié)構(gòu)要求采用聚羧酸系低含氣量減水劑，減水率大于25%，混凝土收縮比小于100%，保坍效果極佳；利于混凝土澆灌成型質(zhì)量的保證，早期強(qiáng)度的發(fā)展，降低水膠比、減少混凝土收縮。混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足主要技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)、耐久性要求等，并滿(mǎn)足施工要求。

預(yù)制蓋梁混凝土原材料指標(biāo)：水泥選用品質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度等級(jí)不低于52.5的硅酸鹽水泥；粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等礦物摻合料符合JTG/T F50—2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》中的規(guī)定的要求；粗骨料選用粒徑≤20 mm的整形石，加工形式為反擊破式，且針片狀含量不大于6%，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%；細(xì)骨料采用Ⅱ區(qū)的中砂，含泥量不大于3%，泥塊含量不大于1%，細(xì)度模數(shù)不低于2.5；采用高性能聚羧酸減水劑，減水率不小于25%，嚴(yán)格按照規(guī)范，確保砂石稱(chēng)重計(jì)量誤差在0～2%，水泥、外加劑、摻合物稱(chēng)重計(jì)量誤差在0～1%，并保證攪拌時(shí)間不少于180 s。

3.2.2 混凝土澆筑

混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸混凝土，泵車(chē)泵送混凝土，混凝土澆筑采用橡膠導(dǎo)管澆筑方式，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m范圍內(nèi)，不允許超過(guò)2 m的跌落高度。混凝土運(yùn)輸車(chē)到場(chǎng)后，必須要求其高速自拌30 s以上。澆筑時(shí)，由班組指定人員放料并應(yīng)做到勻速不外溢。泵車(chē)應(yīng)做到合理控制打料速率，保證混凝土質(zhì)量。

高性能混凝土一次性澆筑完成。蓋梁澆筑時(shí)，采取從蓋梁的一端（起始端）向另一端（結(jié)束端）連續(xù)澆筑的方式。混凝土振搗時(shí)，在蓋梁的兩側(cè)架梁區(qū)域內(nèi)每側(cè)各設(shè)立2條振搗棒。振搗時(shí)，班組要對(duì)蓋梁的底部、套筒周邊區(qū)域、鋼筋密集區(qū)域、鋼筋籠側(cè)面邊角處，進(jìn)行多點(diǎn)布棒加強(qiáng)振搗，確保該區(qū)域內(nèi)混凝土質(zhì)量密實(shí)。

采用50型振搗棒，每個(gè)澆筑面上布棒間距不超過(guò)50 cm，每邊振搗點(diǎn)2個(gè)交替錯(cuò)位向前振搗，每個(gè)點(diǎn)布料、振搗時(shí)間不小于1 min。施工時(shí)，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀測(cè)混凝土入模情況，對(duì)混凝土性能作出初步判定，以便及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)人員。達(dá)到收水面時(shí)，各安排1名收水工及時(shí)進(jìn)行收水工作。收水后，應(yīng)嚴(yán)格控制橫向平整度，滿(mǎn)足縱向水平坡度。

模板可于混凝土澆筑完成12 h后拆除，拆除后應(yīng)及時(shí)對(duì)構(gòu)件混凝土進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)工作，構(gòu)件養(yǎng)護(hù)采用水管直接噴淋養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化蓋梁模具構(gòu)造，我們?cè)诓鹉Ｒ苿?dòng)系統(tǒng)中采用了電機(jī)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了蓋梁生產(chǎn)的高度機(jī)械化。同時(shí)我們還通過(guò)小車(chē)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)側(cè)模的移動(dòng)，無(wú)需復(fù)雜的操作就可以快捷地實(shí)現(xiàn)模具的安裝和拆卸，從而簡(jiǎn)化了施工中模具的拼接與拆卸，縮減了生產(chǎn)成本，節(jié)省了因?yàn)槟＞卟鸪馁M(fèi)的工時(shí)，同時(shí)避免了傳統(tǒng)蓋梁模具所帶來(lái)的拼接縫導(dǎo)致的漏漿問(wèn)題，提高了模具周轉(zhuǎn)率，節(jié)約了模具材料[11-14]。

與此相配套，鋼筋采用全自動(dòng)進(jìn)口切割彎曲技術(shù)，以方便鋼筋精準(zhǔn)加工。采用快強(qiáng)高性能混凝土，強(qiáng)度質(zhì)量和外觀質(zhì)量都得到了良好保證。蓋梁模具優(yōu)化與施工工藝的改進(jìn)在一定程度上提高了生產(chǎn)率，使蓋梁預(yù)制技術(shù)得到進(jìn)一步得到發(fā)展。