平潭海峡公铁两用大桥预制板制造关键技术

作者:鄢禹 王东辉 肖本林 陈娜 代翼飞
单位:湖北工业大学土木建筑与环境学院 桥梁结构健康与安全国家重点实验室 中铁大桥局集团有限公司
摘要:平潭海峡公铁两用大桥3座航道桥的边跨无索区及80(88) m简支钢桁梁部分均为钢筋混凝土结合梁形式,大桥所需桥面板规格多、总量大。为适应工厂化、标准化、快速化的整体施工要求,桥面板全部为工厂预制,采用BIM技术预拼、全自动钢筋加工、移动式组合胎架、新式模板系统和自动喷淋养护等多项关键技术,在施工过程中实行标准化管理,保证整个作业流程可控、在控,形成桥面板完整的工厂化施工流程,可减少人员和设备等成本的投入,提高施工效率。
关键词:桥梁工程公铁两用桥预制板建筑信息模型工厂化施工技术
作者简介:鄢禹,研究生,E-mail:13129990554@163.com;代翼飞,高级工程师,E-mail:376023887@qq.com。
基金:桥梁结构健康与安全国家重点实验室开放课题(BHSKL18-03-KF)。 -页码-:26-28,73

1 工程概况

   平潭海峡公铁两用大桥为新建福平铁路FPZQ-3标段,是整个线路施工的重点,大桥包括3座钢桁梁斜拉桥主桥,其余节段采用80(88)m简支钢桁梁和混凝土现浇梁,大桥全长11.15km [1]

   大桥桥面板施工范围包括简支钢桁梁公路桥面板、铁路道砟槽梁和通航孔桥边跨无索区公路混凝土桥面板 [2]。桥面板规格多、总数大,如表1所示。铁路道砟槽梁为预应力混凝土结构,预应力钢束分长束和短束两类,长束通长布置于整跨槽梁(预制板架设后施工),短束布置于每块预制槽梁内(预制场内施工)。其余公路桥面板为钢筋混凝土结构,所有桥面板均采用工厂预制。

   公路桥面板与铁路道砟槽梁均采用C60混凝土。公路标准桥面板厚0.25m,在与钢梁结合处通过梗胁变厚至0.35m,悬臂端桥面板厚0.2m,纵横向尺寸通过BIM技术模拟预拼铺装和后浇带施工后确定。铁路道砟槽梁宽4.855m,在两侧设置竖墙,靠近主桁侧竖墙高1.3m,靠近主梁中线处竖墙高1.15m。

   表1 全桥桥面板规格与数量   

表1 全桥桥面板规格与数量

2 总体施工方案

   施工现场位于福建沿海,周边地域地势起伏大,材料加工场地少,导致材料运输储存和场地布置困难,大桥所处海域大风天气频繁,对桥面板制作造成一定影响。另外,大桥所需桥面板种类多、数量大,对桥面板制作质量及工期的要求高,为达到工厂化、标准化、装配化的生产目标 [3],在连江县闽江口设置预制板厂,配备有履带式起重机、运输台车等设备。为确保预制板成品一次验收合格率达100%,建立“安全质量领导小组→现场技术人员→作业人员”完善的组织保障体系。公路桥面板受混凝土起吊强度控制,生产周期定为4d/块,布置24个生产台座;铁路道砟槽梁受混凝土张拉强度控制,生产周期定为7d/块,布置8个生产台座。

   通过钢筋绑扎、模板制作安装、混凝土浇筑及水冲凿毛工艺试验,确定各项工艺参数指标,形成以下预制板制作工艺:(1)混凝土预制板采用成套钢模整体预制;(2)为减少钢筋笼在预制板模板上加工过程中产生的焊渣等杂物,避免清理不到位影响预制板外观质量,钢筋笼先在胎膜架上整体预制成型,整片吊装至预制板底模上,安装侧模后再浇筑;(3)浇筑完成后进行凿毛、拉毛,并喷淋养护,混凝土达到一定强度后张拉槽梁短束预应力筋;(4)桥面板制作完成后,需在厂内至少存放6个月 [4]。在施工过程中实行标准化管理,按照国家及部门有关法律法规、技术标准等要求,量化、细化、标准化、程序化施工现场作业活动全过程,保证作业过程处于可控、在控状态。

3 施工关键技术

3.1 钢筋加工及骨架制作

   根据预制板施工及架设计划,钢筋、钢绞线等材料在预制板开始生产前30d进场。钢筋加工时采用全自动数控钢筋下料机,提高半成品的加工精度,长度定尺准确率±1mm,弯曲角度准确率±1°,生产效率高。钢筋骨架采用可调式胎架制作,适用于多种板型,同时胎架设有定位卡槽,确保钢筋骨架的定位精度。

3.1.1 钢筋数控下料

   钢筋在加工厂集中下料生产,采用全自动数控钢筋下料机、弯曲机进行加工。全自动数控钢筋下料机包括2条生产线,分别为数控剪切生产线和数控弯曲生产线 [5]。原材料通过剪切生产线下料后,吊送至钢筋弯曲生产线存放平台上,操作人员输入钢筋弯曲参数,进行钢筋弯曲作业。钢筋弯折时,受拉热轧光圆钢筋末端180°弯钩应满足弯曲半径4cm、直线段长6cm的图纸要求。受拉热轧带肋钢筋末端直角形弯钩应满足弯曲半径≥3.5倍钢筋直径的规范要求,末端直线段长度应满足10cm的图纸要求。钢筋加工误差按规范要求进行控制,受力钢筋全长允许偏差范围为±10mm,弯起钢筋弯折位置允许偏差范围为20mm,箍筋内径尺寸允许偏差范围为±3mm。

3.1.2 胎架法制作钢筋骨架

   钢筋加工完成后进行下一阶段工序,使用移动式组合钢胎架制作钢筋骨架。钢胎架包括固定胎架、移动胎架、调节胎架3部分(见图1),其中固定胎架为开口角钢按框架结构焊接,底部固定在地面上;移动胎架为开口角钢按框架结构焊接,置于轨道上;调节胎架为开口角钢按长方形焊接,两端分别开有用于连接螺栓的小孔。与传统胎架相比,移动式组合钢胎架可制作多种类型的钢筋骨架,节约空间,工人操作方便快捷,减少人员投入,提高施工效率。

图1 移动式组合钢胎架

   图1 移动式组合钢胎架 

    

   胎架是由型钢制成的骨架,通过在型材上开孔形成钢筋定位卡槽,通过两相邻直角边限位实现钢筋骨架的尺寸定位,通过胎架卡槽实现钢筋的高精度定位。对加工完成的焊接件进行随机抽样检查,合格批次方可进入下一工序。

3.2 模板选型

   传统分体式模板为上下2层,桥面板制作类型单一,占地面积大,且拼装时易错位,安装拆除也较困难,不适用于大规模、快速的工厂化生产。本项目模板采用底模、侧模分离的方式,有利于快速安装和固定,模板安装误差控制为2mm以内,混凝土浇筑前按照预埋件列表进行逐一核对,确保无遗漏。公路桥面板底模由面板及槽钢背肋组成,底模顶面平整度控制为2mm以内,打磨除锈后均匀涂刷脱模剂定型产品即可使用。同时,为使混凝土板预留钢筋顺利穿过模板,且不影响混凝土的浇筑,侧模设计为整体插入式模板和挡板,并设置梳齿形剪力槽 [6]。浇筑混凝土时,挡板对梳齿形模板具有挤压作用,防止梳齿形模板向外移动,避免侧腹模板与梳齿形模板间的错位,保证梳齿形模板的垂直度 [7]

   铁路道砟槽梁模板通过底模(平模)和侧模(斜模)构造,实现斜坡要求(见图2)。其中底模为固定整体钢底模,侧模为组合式钢模。底模顶面平整度控制为2mm以内,打磨除锈、涂刷脱模剂后方可使用。拉杆沿高度方向布置2道,均为体外拉杆,其中底部拉杆孔设置在台座基础内。

图2 铁路道砟槽梁模板结构

   图2 铁路道砟槽梁模板结构  

    

3.3 公路桥面板混凝土凿毛与拉毛

3.3.1 水冲凿毛

   公路桥面板混凝土终凝、侧模拆除后进行混凝土水冲凿毛,拆模最佳时机及凿毛所需水压力等参数均通过多组试验获得,为桥面板工厂化生产提供有效数据支撑。具体操作步骤为:侧模安装前涂抹外加剂;混凝土浇筑完成且满足拆模条件后拆模,用2~3kg/cm2压力的水冲洗混凝土表面,形成水冲毛面。凿毛需轻微细致,深度控制为10mm左右,同时将混凝土表面浮浆及松软层全部剔除,露出粗骨料,外露比例满足规范要求。凿毛过程中尽量避免对粗骨料的损坏,同时在最大限度上减少对钢筋的扰动和破坏。

   预制构件与后浇混凝土接触面凿毛时未破坏预制件棱角,且外露骨料凹凸均匀性好,表面浮浆少。与传统人工凿毛相比,可降低劳动力,在提高施工效率的同时凿毛质量得到提升。

3.3.2 表面拉毛

   混凝土桥面板预制时,根据设计要求对其表面进行拉毛处理,当混凝土收浆二次抹面完成后,采用自动拉毛机拉毛,较人工操作更高效。拉毛后的外观需满足规范要求,拉毛时严格控制拉毛深度及桥面板表面平整度,既保证拉毛效果,又不破坏桥面板表面保护层及应有的平整度。

3.4 预制板吊装与存放

3.4.1 预制板吊装

   由于预制板质量较大,为13~63t,特别是对于质量>20t的桥面板,预埋U形筋等起板措施不再适用 [8]。为此,在底板吊点孔处预留吊点板空间,吊点板预留螺纹钢通过该孔,将螺帽与吊点板焊接。钢筋施工前提前安放吊点板,兼作底板使用。起板前将精轧螺纹钢旋入吊点孔,起吊时连同吊点板一起提起,将桥面板吊至存板区后,取出吊点板和螺帽。吊装设计如图3所示。

图3 底模起板吊装设计

   图3 底模起板吊装设计  

    

   选用桥面板吊具时,应根据桥面板尺寸与质量选择吊点间距可变的吊具,以适应大桥多规格桥面板的吊装作业。

3.4.2 预制板存放

   由于桥面板总量大,且桥面板制作完成后需存放6个月以上,为实现桥面板从制作到安装全工厂化流水线作业,在厂内设置存板区。

   预制板按编号和相同的纵向存放间距进行分类存放,根据基础承载力、结构稳定性、垫块强度等确认存放层数,同时进行沉降观测,防止发生不均匀沉降,引起构件变形、开裂等。

   为确保地基梁均匀受力,防止不均匀沉降,预制板存放布置时,应单层满布后再进行下层堆放,严禁小面积集中多层布置。存放间距须满足预制板养护、存取板工作空间要求,存放支点位置须满足设计存放位置要求。严禁随意挪动,造成预制板由于不均匀受力而产生裂纹。存放支点上下须在同一条线上,须设置1cm厚橡胶皮抄垫,防止混凝土损坏。外露钢筋还需罩定型塑料套进行成品保护。

3.5 预制板自动喷淋养护

   桥面板顶面按要求进行拉毛处理后,混凝土终凝后立即覆盖土工布进行洒水养护,土工布之间应相互搭接,养护时间≥14d。

   采用自动喷淋养护系统,喷淋养护效果得到提高。该系统每次喷淋时间为2min,时间间隔为30min,可参照温度、湿度等气候因素变化及现场养护情况进行调整 [9,10]。该系统形成的水雾细腻均匀,不会造成混凝土表面“干燥→湿润→干燥”循环反复,与人工喷洒相比更能避免混凝土表面的开裂,且满足养护规范要求,解决混凝土养护弊端,提高养护效率,节约用水量。此外,自动喷淋养护系统可通过互联网使用手机等设备随时随地进行控制。

4 结语

   平潭海峡公铁两用大桥FPZQ-3标段公路及铁路桥面板均采用工厂预制,公路桥面板采用BIM技术模拟预拼铺装和后浇带施工,提高施工精度和准确性,保证施工质量。施工过程中克服了桥面板种类多、总量大的难题,提高施工效率。为实现工厂化、标准化、装配化施工,实行标准化管理,以工序流程优化与安全质量控制为基础,采用以现场各工序为质量控制点的精细化管理模式,每个工序验收合格后进入下一工序。本工程采取多种技术,如采用全自动钢筋下料机、弯曲机、可移动式组合钢胎架等;模板系统采用底侧模分离的方式;利用自动喷淋养护系统提高养护效率并节约用水等。

    

参考文献[1]马晓东.平潭海峡公铁两用大桥总体施工方案[J].桥梁建设,2017,47(2):1-6.
[2]孙英杰,徐伟.平潭海峡公铁两用大桥双层结合全焊钢桁梁设计[J].桥梁建设,2016,46(1):1-5.
[3]朴泷,周高明,吴小兵,等.港珠澳大桥浅水区非通航孔桥钢-混组合梁施工技术[J].桥梁建设,2016,46(2):13-18.
[4]李军平,刘治国,车平.港珠澳大桥组合梁建造技术[J].钢结构,2016,31(11):90-94.
[5]刘军安,李鹏,乐俊,等.基于BIM技术的钢筋数控加工技术应用[J].施工技术,2017,46(S2):1181-1183.
[6]杨海鹏.大宽度变截面预应力混凝土桥面板预制技术[J].世界桥梁,2015,43(4):25-29.
[7]饶丹,闵伟佳,余弦,等.关于现浇超厚结构板侧模支撑体系的研究[J].施工技术,2017,46(S2):629-632.
[8]陈伟光,李浩,郭志鑫,等.大尺寸预制板吊点最优布设方式的探讨[J].施工技术,2018,47(S1):1649-1652.
[9]周家勇.装配式桥梁预制混凝土桥面板安装施工工艺[J].工程与建设,2016,30(3):403-406.
[10]杨剑,彭鑫,陈康军,等.混凝土智能养护系统研究[J].混凝土,2015(4):155-158.
Key Technology for Precast Slap Manufacturing of the Pingtan Straits Rail-cum-road Bridge
YAN Yu WANG Donghui XIAO Benlin CHEN Na DAI Yifei
(School of Civil Engineering,Architecture and Environment,Hubei University of Technology State Key Laboratory for Health and Safety of Bridge Structures China Railway Major Engineering Group Co.,Ltd.)
Abstract: The non-cable area in side span and 80( 88) m simply supported steel truss part of the Pingtan Straits Rail-cum-road Bridge are reinforced concrete composite beam form,there are many specifications and large quantities of bridge deck required by the bridge. In order to meet the overall construction requirements of industrialization, standardization and speediness, all bridge decks are factory prefabricated,preassembled by BIM technology,the reinforced bars are fully automatic machining,and adopted mobile combined bed-jig, new type formwork system and automatic spray maintenance technology. Implement standardized management in the construction process to ensure that the whole operation process is controllable and under control,form a complete factory construction process of bridge deck,reduce investment in personnel,equipment and other costs,and improve construction efficiency.
Keywords: bridges; rail-cum-road bridges; precast slaps; building information modeling(BIM); industrialization; construction
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