鋼筋籠成型生產(chǎn)工藝探討

張東斌

ZHANG Dong-bin

(中國建筑科學(xué)研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000)

鋼筋籠成型生產(chǎn)工藝探討

Discussion on reinforcing cage forming production process

張東斌

ZHANG Dong-bin

(中國建筑科學(xué)研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000)

對國內(nèi)鋼筋籠成型生產(chǎn)工藝的3個技術(shù)階段做了分析探討，強調(diào)模塊設(shè)計、參數(shù)環(huán)應(yīng)用和分體套筒連接的專業(yè)化創(chuàng)新價值，提出創(chuàng)新工藝，解決鋼筋籠生產(chǎn)應(yīng)用在鉆孔灌注樁施工中的落后局面。

鋼筋籠成型；創(chuàng)新工藝；鋼筋籠對接；參數(shù)環(huán)；模塊；鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁因其對各種土層的適應(yīng)性強，無擠土效應(yīng)、無振害、低噪音、承載力強等優(yōu)點，在樁基施工中得到廣泛應(yīng)用。鉆孔灌注樁所使用的圓柱狀鋼筋籠由主筋和箍筋焊接或綁扎而成，鋼筋直徑比較大，現(xiàn)有的樁基鋼筋籠加工設(shè)備難以滿足生產(chǎn)需要，目前國內(nèi)主要靠人工焊接生產(chǎn)，生產(chǎn)成本高，效率低，質(zhì)量不可靠。

在歐美等發(fā)達國家，鋼筋籠的制作已實現(xiàn)從原料到成品的全自動生產(chǎn)工藝，近年來，為滿足我國鐵路、公路、橋梁等工程的需要，我國也在十一五計劃期間開始研發(fā)全自動鋼筋籠成型生產(chǎn)成套設(shè)備，并取得了可喜的成果。鋼筋籠制作由傳統(tǒng)手動工藝盡快過渡到現(xiàn)代自動化工藝已是勢在必行。針對鋼筋籠生產(chǎn)工藝的發(fā)展，我們做如下的探討。

1 手工工藝

棒材鋼筋進入加工場后先按設(shè)計下料長度切斷，加工成型。加工成型的鋼筋分類堆放。線材鋼筋則根據(jù)鋼筋籠直徑和纏繞圈數(shù)人工切斷，標(biāo)記堆放，然后開始如下生產(chǎn)制作：把主筋擺在平整的工作臺上，在其上面標(biāo)出支撐環(huán)的位置；按設(shè)計尺寸做好圓弧狀支撐環(huán)，并在上面標(biāo)出主筋位置；使支撐環(huán)上任一主筋的標(biāo)記對準(zhǔn)主筋中部的支撐環(huán)的標(biāo)記，扶正支撐環(huán)并使其與主筋垂直后進行電焊，依次在一根主筋上焊好全部支撐環(huán)（圖1），形成由主筋和支撐環(huán)組成的鋼筋籠骨架；在骨架兩端各站一個人轉(zhuǎn)動骨架，將其余主筋逐根照上面的方法焊好；將骨架放在支架上，套入螺旋纏繞箍筋，按設(shè)計螺距及位置布置好箍筋，并綁扎于主筋上（圖2）；在鋼筋骨架末端主筋的端部加焊加強筋一道，以防止末端鋼筋在鋼筋籠下端入孔時插入孔壁或在導(dǎo)管提升時卡掛導(dǎo)管；制作后的鋼筋籠墊上等高的木方存放在平整干燥的場地上，每組鋼筋籠的各段要排好次序，使用時按順序裝車運出，便于現(xiàn)場吊裝施工時按順序連接各段。

圖1 焊接支撐環(huán)

圖2 綁扎箍筋

鋼筋交叉點綁扎時綁扎方向成梅花形布置，箍筋與主筋相垂直，主筋間距偏差不大于5mm，箍筋間距偏差不大于10mm。鋼筋綁扎完成后，經(jīng)質(zhì)檢員自檢合格后，報監(jiān)理工程師檢驗，合格后方可進行下一道工序的施工。鋼筋籠吊裝入孔時采用搭接焊對接各段。

2 自動化工藝

與國際先進工藝接軌，國內(nèi)開發(fā)了鋼筋籠全自動生產(chǎn)工藝和相應(yīng)設(shè)備。鋼筋籠自動化成型機的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。主筋原料架包括原料臺和動力喂料系統(tǒng)，主筋旋轉(zhuǎn)支架包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及防撞系統(tǒng)，盤筋放線架包括矯直機構(gòu)和箍筋導(dǎo)向機構(gòu)，固定旋轉(zhuǎn)盤包括全自動焊接系統(tǒng)，移動旋轉(zhuǎn)盤包括行走系統(tǒng)和雙向移動安全保護系統(tǒng)，起落架包括液壓系統(tǒng)，在固定旋轉(zhuǎn)盤旁還有電控及操作系統(tǒng)。

圖3 鋼筋籠成型機結(jié)構(gòu)示意圖

鋼筋籠成型前需做如下幾項準(zhǔn)備工作：主筋定尺剪切下料，并放置到主筋喂料架上；支撐環(huán)彎弧成型，并放到固定旋轉(zhuǎn)盤附近；盤條箍筋上料、解捆；確定鋼筋籠的直徑、主筋的直徑、主筋的數(shù)量、盤筋的直徑及盤筋間距;在固定盤上根據(jù)鋼筋籠規(guī)格排布套管，用扳手固定；根據(jù)固定盤套管分布順序，在移動盤上同樣的位置安裝固定管；調(diào)整盤筋的導(dǎo)向，按要求抬高或降低盤筋矯直機構(gòu)；按下移動盤尋參按鈕，使移動盤小車回到零位。

準(zhǔn)備工作結(jié)束后開始生產(chǎn)制作，自動化成型主要工藝如圖4所示。將鋼筋籠的主筋穿過固定旋轉(zhuǎn)盤模板圓孔，在移動旋轉(zhuǎn)盤圓孔中固定后，經(jīng)過去應(yīng)力矯直的箍筋端頭先在主筋上焊2～3圈；同步轉(zhuǎn)動兩個旋轉(zhuǎn)盤，移動盤邊旋轉(zhuǎn)邊后移，主筋同時在縱向和圓周兩個方向運動，拖動箍筋在主筋上纏繞，形成螺旋箍筋，焊頭對箍筋與主筋的交叉處進行點焊定位，從而形成鋼筋籠。按下移動盤順轉(zhuǎn)按鈕，移動盤繼續(xù)前進，直到主筋尾部離開固定盤0.5m左右。使用扳手松開所有的鋼筋端部緊定螺栓。再按下盤順轉(zhuǎn)按鈕，移動盤繼續(xù)前進，直至鋼筋籠從移動盤上卸下。按下支撐落下按鈕，將成品鋼筋籠下降卸載。如果沒有安裝卸載裝置，可以使用橋式起重機和足夠的纜繩將鋼筋籠提升、吊運到儲存區(qū)域。此次生產(chǎn)結(jié)束，檢查設(shè)備各部分恢復(fù)初始狀態(tài)，按下移動盤尋參按鈕讓移動盤小車回到零位，開始下一次生產(chǎn)。根據(jù)鋼筋籠的剛度情況，支撐環(huán)可在固定旋轉(zhuǎn)盤處人工焊接上去，間距由程序設(shè)置；也可以在鋼筋籠成型并卸到地面后再焊接。

圖4 自動化成型主要工藝

自動化成型工藝通常采用如下技術(shù)：控制部分采用變頻器和PLC控制，箍筋間距無級可調(diào)，加密段、中間段及過渡段箍筋間距均由程序設(shè)置，加工速度無級可調(diào)，根據(jù)焊接能力合理調(diào)整旋轉(zhuǎn)和移動速度；采用觸摸式液晶顯示屏,可在屏幕上監(jiān)控各種技術(shù)參數(shù),并可通過觸摸方式對之進行修改；焊接模式有手工焊、自動焊、隔點焊三種選擇，根據(jù)不同的鋼筋籠成型要求靈活處理；采用三軸伺服系統(tǒng)驅(qū)動：兩盤旋轉(zhuǎn)同步精度控制在±0.1°以內(nèi)，鋼筋籠無扭轉(zhuǎn)變形，主筋、纏繞箍筋的間距均勻，鋼筋籠直徑一致。

因此，在手工生產(chǎn)鋼筋籠時工程監(jiān)理幾乎每天都到加工現(xiàn)場進行檢查，而使用自動化工藝加工后，鋼筋籠基本可實行“免檢”；箍筋不需搭接，較之手工作業(yè)節(jié)省材料1%，降低了施工成本；由于主筋在其圓周上分布均勻，多個鋼筋籠搭接時很方便，節(jié)省了吊裝時間；操作維修也簡單，僅一名操作人員就能夠完成操作。

3 創(chuàng)新工藝

在發(fā)達國家鋼筋籠生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，集合我國現(xiàn)實國情，形成了具有中國特點的創(chuàng)新工藝，主要在3個方面不同于國外。

1）將設(shè)備分為喂料、成型和下料3個模塊，可快速拆解、運輸、安裝及移機，滿足國內(nèi)大量工程現(xiàn)場加工鋼筋籠的需要。如圖5所示，一輛車即可運送一整臺鋼筋籠成型機，只需拆裝16條螺栓就可以分解和組合各模塊，設(shè)備在工地間周轉(zhuǎn)非常方便。

圖5 模塊式裝車

2）參數(shù)環(huán)的設(shè)計采用，節(jié)約了大量的模具費用，并顯著縮短了模具更換周期，提高了成籠效率。如圖6所示，更換鋼筋籠規(guī)格時只需更換對應(yīng)參數(shù)環(huán)，無須人工均布過線套。參數(shù)環(huán)連接牢固，主筋位置準(zhǔn)確，輕便靈活，成本低；而國外設(shè)備更換鋼筋籠規(guī)格時，要拆下分料傳動軸，再拆掉參數(shù)盤，更換難度大、時間長，參數(shù)盤重量大、成本高。

圖6 拆裝參數(shù)環(huán)

3）鋼筋籠螺紋連接工藝的突破，則把從鋼筋主筋螺紋加工開始到鋼筋籠對接后入樁孔的成套技術(shù)有機結(jié)合起來，解決了鉆孔灌注樁快速施工中的關(guān)鍵問題。

主筋預(yù)加工連接螺紋，自動成型和吊運存儲過程中，連接螺紋始終處于預(yù)設(shè)位置，吊裝入孔時對位準(zhǔn)確，采用分體套筒快速連接，其連接速度是焊接工藝的5倍以上，降低了樁孔垮塌現(xiàn)象出現(xiàn)的概率（圖7）。

圖7 鋼筋籠對接

4 結(jié) 語

考慮到鋼筋籠長度通常為30～60m，由于原材料、運輸和起重的限制，鋼筋籠必須分段生產(chǎn)、現(xiàn)場對接插入樁孔，在樁孔口進行對接。例如，以40mm鋼筋為主筋，長度為12m,每根重量約為94kg，2個人搬起來就很吃力，一節(jié)鋼筋籠最短約12m，如有40根主筋，則總重達3 840kg,就位、焊接、轉(zhuǎn)動等工序不僅勞動量大，而且勞動安全和鋼筋籠精度都難以保證。由于每焊接一個點，都需要提前標(biāo)注位置記號，還需要人工就位固定，對于較大的鋼筋籠，需7個人以上才能進行生產(chǎn)，效率緩慢。采用自動化設(shè)備每1～2s即可完成一個焊接循環(huán)，更換鋼筋籠規(guī)格快捷，生產(chǎn)效率是手工制作的3～5倍，而操作設(shè)備只需一人完成。而創(chuàng)新工藝的應(yīng)用，不僅在規(guī)格更換、設(shè)備拆裝方面效率倍增，更讓鋼筋籠的連接效率又提高5倍以上。目前國內(nèi)鋼筋籠焊接成型機已可以生產(chǎn)直徑300～2 500mm，長度27m的鋼筋籠，還在研究雙主筋、雙箍筋的加強型或特殊型鋼筋籠的生產(chǎn)和施工工藝。

中國的鋼筋籠成型生產(chǎn)工藝同時經(jīng)歷著傳統(tǒng)手工、國際化的自動化成型和中國特色的專業(yè)化創(chuàng)新3個技術(shù)階段，隨著新工藝在工程實踐應(yīng)用中的不斷成熟，必將帶來該領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。

在鉆孔樁工程實踐中，鉆孔和混凝土澆筑工藝及設(shè)備都相對成熟，其效率容易滿足工程質(zhì)量和進度的要求。但鋼筋籠的制作、吊運和對接工藝相對落后，不僅影響工程質(zhì)量，更影響工程進度，尤其在高鐵、高速公路、橋梁及超高層建筑等大型工程建設(shè)中，單純依賴傳統(tǒng)手工工藝已無法滿足工程要求。隨著鋼筋籠成型生產(chǎn)工藝的不斷進步，這個問題正在逐步得到解決。

(編輯 賈澤輝）

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計劃項目(2009-K8-13)

TU649

C

1001-1366(2015)01-0066-04

2014-12-01