大型預制橋墩鋼筋籠整體吊裝對接施工技術

孫業(yè)發(fā)，王偉，宋書東，葉建州，丁志軍，劉長義

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB03合同段總長8 670 m，共需預制非通航孔橋橋墩68座，通航孔橋橋墩4座。

預制橋墩結構分為承臺、墩身及墩帽接高部分，設有2條水平施工縫，共分3次澆筑，橋墩鋼筋需進行2次接高施工。預制橋墩結構形式及分縫位置見圖1。

2 原理

鋼筋整體吊裝對接技術是將分段接高鋼筋提前綁扎成型，在下節(jié)段混凝土具備接高條件后迅速完成鋼筋接高施工，縮短鋼筋綁扎時間，降低上、下段混凝土澆筑齡期差，最終達到減少混凝土收縮裂縫、提高施工效率的目的。

圖1 預制橋墩結構形式及分縫位置Fig.1 The structural form and joint location of the prefabricated bridge pier

3 流程及方法

3.1 關鍵技術

關鍵技術有：鋼筋預綁扎方法、勁性骨架設計、鋼筋整體吊裝技術等。

3.2 鋼筋綁扎

3.2.1 接高墩身鋼筋綁扎

接高墩身共需對接φ28 mm豎向鋼筋482根，一次對接成型。

墩身接高鋼筋在綁扎區(qū)提前綁扎成型，豎向鋼筋臨時就位暫不綁扎，以保證豎向鋼筋有足夠的自由度可任意轉動。

3.2.2 接高墩帽鋼筋綁扎

接高墩帽需接長φ28 mm鋼筋共184根，綁扎形式與接高墩身基本相同，需接長鋼筋暫不綁扎，可自由旋轉，其余不影響對接的鋼筋直接綁扎牢固。

3.3 勁性骨架設計

勁性骨架結構設計主要遵循的原則：①能夠為鋼筋籠提供足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性；②降低鋼材投入，節(jié)約成本；③有利于鋼筋綁扎施工，相互間無干擾。為此，選用小截面鋼材焊接成柱形桁架，再由柱形桁架組成整體空間桁架。此種結構以最低鋼材用量獲取最大強度和剛度，滿足鋼筋整體吊裝的受力要求。勁性骨架結構形式見圖2。

圖2 預制橋墩勁性骨架結構Fig.2 Stiff skeleton of the prefabricated bridge pier

勁性骨架鋼結構通過豎向柱形桁架作為龍骨，龍骨頂端分別焊接吊點用于鋼筋籠的整體吊裝。充分利用主龍骨剛度較大的特點，承擔垂直方向受力，降低骨架水平受力，避免鋼筋籠吊裝變形。

3.4 定位架及吊裝架等

3.4.1 鋼筋定位架設計

鋼筋定位架主要應用于接高墩身鋼筋頂部，其作用是精確定位豎向鋼筋位置，保證鋼筋綁扎的整體垂直度和鋼筋位置的準確，同時在鋼筋綁扎和吊裝過程中起到固定和承擔鋼筋重量的作用。

1）定位架結構形式

鋼筋定位架為上、下兩層、內外兩圈的桁架式結構，采用雙矩形空心方管100 mm×50 mm按設計圖紙豎向鋼筋位置圍成封閉的八邊形框架，方管間預留4 cm間距用于豎向鋼筋的穿插。墩身定位架結構見圖3。

圖3 橋墩鋼筋定位架Fig.3 Reinforced positioning frameof piers

定位架對應勁性骨架主龍骨吊點部位上部設吊點。定位架下部與勁性骨架頂端吊點連接，定位架上部吊點與鋼筋吊裝架下部吊點連接，用于整體吊裝。

2）定位架使用方法

墩身定位架在鋼筋綁扎前安裝在已就位勁性骨架頂端，下部與勁性骨架豎向龍骨頂端吊點連接牢固。定位上部吊點為可調節(jié)高度的U形螺栓，通過調整螺栓高度使各吊點均勻受力。

鋼筋綁扎時，豎向鋼筋頂部接頭按規(guī)范分兩種高度錯開[1-2]，上層鋼筋接頭直接伸至定位架上層定位孔內加固，下層鋼筋接頭通過連接工具桿接長至定位架上層加固。工具桿接長的目的，一是定位架上層空間開闊，更方便施工操作（旋緊絲頭）；二是下層鋼筋接頭不需伸入定位孔內，可有效減少定位架拆除時鋼筋與定位孔邊緣的約束力。

影響定位架拆除的主要因素是鋼筋接頭與定位孔邊緣的約束，豎向鋼筋在綁扎安裝及混凝土澆筑過程中，會不可避免的出現移動或傾斜等，導致上部接頭與定位孔邊緣緊密擠壓，定位架拆除困難[3]。

為避免出現此類問題，將定位架上部加固接頭用套筒的下部改制成錐型，套筒旋緊后錐型端伸至定位孔內，使接頭始終處于定位孔中心位置（見圖4），避免鋼筋與定位孔邊緣接觸，減少相互間約束。實際使用過程中亦達到了設計目的，優(yōu)化效果較為顯著。

豎向鋼筋利用定位架按施工放樣圖定位加固后，再按順序綁扎水平及構造鋼筋，完成鋼筋綁扎，形成整體穩(wěn)定結構。

圖4 錐形定位螺母Fig.4 Conical positioning nut

3.4.2 鋼筋吊裝架設計

鋼筋吊裝架的主要作用是改善下方鋼筋骨架整體受力條件，保證其穩(wěn)定性，減小鋼筋骨架的變形。

鋼筋吊裝架采用型鋼制作成多節(jié)點框架結構，吊裝架上、下各設置8個吊點（見圖5）。上部吊點用于懸掛鋼絲繩與吊車勾頭連接，下部吊點通過鋼絲繩與墩身鋼筋定位架或墩帽勁性骨架主龍骨吊點連接。

吊裝架上部采用鋼絲繩串扣吊裝，改善吊裝架受力條件，保證整體結構受力均勻。每側2根鋼絲繩，分別懸掛在龍門吊2個勾頭上。

圖5 鋼筋吊裝架掛鉤示意圖Fig.5 Sketch of the reinforcing cage hoisting frame hanger

吊裝架使用時，下部吊點與鋼筋定位架或勁性骨架間采用鋼絲繩垂直連接。上部吊點懸掛的鋼絲繩與水平方向最小夾角為45°，鋼絲繩按照受力計算結果選擇型號規(guī)格。

3.5 鋼筋整體吊裝對接施工

3.5.1 墩身接高鋼筋

墩身接高豎向鋼筋懸掛加固在定位架上，水平鋼筋及其他結構鋼筋依附在勁性骨架上臨時加固。鋼筋綁扎和對接時勁性骨架承擔鋼筋整體及定位架的重量，鋼筋吊裝時定位架承擔鋼筋整體及勁性骨架的重量。

3.5.2 墩帽接高鋼筋

墩帽接高鋼筋依附在勁性骨架上綁扎，不影響對接的鋼筋直接綁扎牢固，需對接的豎向鋼筋碼放在勁性骨架底部焊接的托架槽內，上部臨時加固，對接時將豎向鋼筋從托槽內取出接長。

墩帽鋼筋上部不設定位架，利用吊裝架直接吊裝勁性骨架主龍骨，整體鋼筋重量全部依附勁性骨架結構支撐。

3.5.3 鋼筋整體對接施工流程

鋼筋整體吊裝對接共分為4個步驟：①將綁扎完成的鋼筋整體平移至龍門吊起吊范圍內；②利用龍門吊將鋼筋整體吊入現場已就位鋼筋對接架內；③鋼筋籠按設計位置就位后固定勁性骨架，并將豎向鋼筋與已澆筑混凝土的外伸豎向鋼筋利用套筒連接；④鋼筋完成綁扎后拆除外側對接架，再進行模板安裝施工。鋼筋整體吊裝對接流程見圖6。

圖6 鋼筋籠整體吊裝對接流程圖Fig.6 The flow chart of integral hoisting and butt joint for the reinforcing cage

4 效果

截止到目前，港珠澳大橋CB03標已采用本工藝完成整體式橋墩預制35座。傳統(tǒng)工藝為下部墩身預制完成后，在上方安裝施工平臺進行現場鋼筋綁扎，與傳統(tǒng)工藝相比，本工藝在施工成本、施工效率、質量、安全等方面均有一定優(yōu)勢。

4.1 施工成本

本工藝與傳統(tǒng)工藝在完成相同施工任務的情況下，人員、設備、設施投入基本相同。但傳統(tǒng)工藝作業(yè)面少，容易出現窩工。

4.2 施工效率

傳統(tǒng)鋼筋安裝工藝需按照承臺→墩身→墩帽的順序依次綁扎。整體吊裝對接的新工藝是將承臺、墩身及墩帽鋼筋分開施工，墩身、墩帽可在承臺鋼筋施工的同時在預綁平臺上施工。下部墩身澆筑完成后，可以迅速完成上部接高鋼筋施工，工期縮短較為明顯，提高了預制臺座的利用率。現場直接綁扎工藝需在具備接高條件后方可施工，單個橋墩預制工期較長，預制臺座周轉率低，不利于施工進度控制。表1為兩種工藝完成單個橋墩預制所需周期對比。

表1 單個橋墩預制周期對比分析表Table 1 Comparative analysis table of a singlepier prefabricated cycle

由表1分析可知，采用鋼筋整體吊裝對接工藝施工，單個橋墩預制可縮短工期6 d。

4.3 施工質量

本工藝頂部鋼筋采用了定位系統(tǒng)，底部鋼筋與已澆筑混凝土內采用定位系統(tǒng)固定的外伸鋼筋連接，上下端豎筋位置準確，其它鋼筋后依附綁扎，保證了鋼筋綁扎的施工質量。由于采用本工藝鋼筋保護層厚度準確，模板安裝可采用（分層）整體套裝工藝，取代了（分層）分片安裝工藝，大大提高了模板安裝效率。鋼筋及模板施工效率的提高，縮短了混凝土分層澆注齡期差，減少了收縮約束，利于上部新澆筑混凝土的防裂。

4.4 施工安全

采用本工藝減少了鋼筋綁扎高處作業(yè)量，同時解決了高處穿筋作業(yè)問題。

5 結語

應用大型預制橋墩的鋼筋籠整體吊裝對接工藝，符合目前國際上大型化、裝配化的施工理念，適合在大型混凝土構件施工中進行推廣，會帶來成本、功效、質量、安全等方面的進步，推動混凝土構件施工技術的進步。

[1]JGJ107—2010，鋼筋機械連接技術規(guī)程[S].JGJ107—2010，Reinforced mechanical connection technology procedures[S].

[2]JGJ171—2005，鐓粗直螺紋鋼筋接頭[S].JGJ171—2005，Upsettingstraight thread steel joint[S].

[3] 吳成材，楊熊川，王金平.鋼筋連接技術手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.WU Cheng-cai,YANG Xiong-chuan,WANG Jin-ping.Steel bar connection technology handbook[M].2nd ed.Beijing:China Building Industry Press,2005.