模塊化和工廠化施工在S26高速公路橋梁工程中的應(yīng)用

向科

（中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海200071）

模塊化和工廠化施工在S26高速公路橋梁工程中的應(yīng)用

向科

（中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海200071）

以上海S26高速公路主線高架橋施工為背景，研究了模塊化和工廠化施工在橋梁工程中的應(yīng)用。針對(duì)高架橋梁立柱和蓋梁施工，分別提出了無(wú)落地腳手架和鋼管桁架的模塊化施工技術(shù)，具有提高施工效率和機(jī)械化施工水平、確保施工質(zhì)量、降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)；針對(duì)鋼筋籠制作，提出了在工廠內(nèi)加工焊接成型的工廠化施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的施工作業(yè)。

模塊化；工廠化；橋梁；無(wú)落地腳手架；鋼桁架

模塊化是在解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，自上而下逐層把系統(tǒng)劃分成若干模塊的過(guò)程。每個(gè)模塊完成一個(gè)特定的子功能或分項(xiàng)工程中的單一結(jié)構(gòu)，而所有的模塊按某種方法組裝起來(lái)成為一個(gè)整體，完成整個(gè)系統(tǒng)所要求的功能。模塊化施工是一種先進(jìn)的施工理念，通過(guò)大量引入模塊作業(yè)，可達(dá)到縮短工期、降低費(fèi)用、方便維修養(yǎng)護(hù)、提高質(zhì)量的施工目的。目前，模塊化已在盾構(gòu)隧道管片、標(biāo)準(zhǔn)跨橋梁、高鐵軌道板等工程中使用，并逐步向建筑施工領(lǐng)域推廣。

工廠化施工是在模塊化的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量難以控制、作業(yè)條件差的施工搬進(jìn)工廠，在室內(nèi)進(jìn)行加工、制作、拼裝，然后再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝、組裝，達(dá)到施工作業(yè)環(huán)境優(yōu)良、施工質(zhì)量可控的目的。

本文以S26滬常高速公路高架橋梁施工為背景，詳細(xì)闡述了橋梁墩柱和蓋梁模塊化施工技術(shù)，提出了鋼筋籠在工廠內(nèi)加工焊接成型的工廠化施工技術(shù)，為今后類似工程的施工提供參考。

1　工程概況

S26東部延伸段新建工程位于G2京滬高速公路與G50滬渝高速公路之間，西起G1501上海繞城高速公路，東至G15沈海高速公路，途經(jīng)青浦區(qū)香花橋街道、重固鎮(zhèn)和華新鎮(zhèn)，與建成通車的滬常高速公路相接。S26高速公路主線為高架橋梁，全長(zhǎng)10.6km，道路紅線寬60m，雙向6車道加硬路肩。本文涉及高架部分起止里程為K7+178.545—K8+812.545，全長(zhǎng)1.63km，另外包括一座嘉松公路跨線橋，起止里程為K0+138.161—K0+598.161，全長(zhǎng)460m。

在主線高架橋中，32m等寬段采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)，以25，28，30m為標(biāo)準(zhǔn)跨徑；立交變寬段則采用預(yù)應(yīng)力連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，以30m為主要跨徑。嘉松公路跨線橋引橋采用與主線相同的先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)，以25m為標(biāo)準(zhǔn)跨徑。

2　立柱無(wú)落地腳手架施工

立柱無(wú)落地腳手架施工是將搭設(shè)腳手架和立模工序合二為一，采用模架一體化，利用模板作為腳手架。立模的同時(shí)完成了腳手架搭設(shè)，免除了搭設(shè)、拆除腳手架的復(fù)雜工序，節(jié)省了大量人工成本以及腳手架租賃費(fèi)用，且無(wú)落地腳手架組裝完成后可以重復(fù)使用。該施工方法具有縮短工期、減少人工、提高工效、節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)，是橋梁工程設(shè)計(jì)與施工理念不斷優(yōu)化的產(chǎn)物，是建筑機(jī)械技術(shù)革新與進(jìn)步的結(jié)果。

本工程共涉及立柱141個(gè)，外形共有11種形式，高度為9.2～17.3m，截面尺寸為1.8m×1.5m，1.5m× 1.5m，2.0m×2.0m，2.2m×2.2m，2.5m×2.2m和4m×3m，且部分為單側(cè)擴(kuò)大或雙側(cè)擴(kuò)大頭立柱。為了提高施工效率，所有立柱全部采用無(wú)落地腳手架施工，鋼筋籠一次成型后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝，模板一次到位，混凝土一次澆筑成型。

2.1立柱無(wú)落地腳手架施工流程

立柱無(wú)落地腳手架施工流程如圖1所示，主要包括立柱鋼筋籠加工和吊裝，無(wú)落地立柱模板安裝和混凝土澆筑。

2.2立柱鋼筋籠加工

由于立柱采用了模塊化施工，立柱鋼筋籠加工可在加工車間進(jìn)行工廠化斷料、彎曲、連接和焊接。將加工好的半成品在胎架上加工成鋼筋籠成品。加工過(guò)程中確保鋼筋分布均勻，綁扎（焊接）質(zhì)量到位，接頭在同一截面內(nèi)不超過(guò)50%，鋼筋籠工廠化預(yù)制一次成型。骨架成型截面尺寸要準(zhǔn)確，防止模板安裝時(shí)發(fā)生困難。

圖1　立柱無(wú)落地腳手架施工流程

2.3立柱鋼筋籠運(yùn)輸

鋼筋加工車間加工的立柱成品經(jīng)驗(yàn)收合格后，利用平板車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。鋼筋籠與平板車須用緊線器綁扎固定，運(yùn)輸中車速≤10km/h，且應(yīng)保持車速均勻，不能急啟急停，避免鋼筋籠變形。

2.4立柱鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)吊裝

立柱鋼筋籠運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)放置于平整的硬化場(chǎng)地上，避免成型鋼筋籠變形。在承臺(tái)施工階段，利用雙機(jī)抬吊法將立柱鋼筋籠整體一次吊裝就位。吊裝時(shí)應(yīng)緩慢、精確就位。鋼筋籠就位后，為防止承臺(tái)面以上的鋼筋籠因大風(fēng)或外界原因傾覆，在鋼筋籠外圍通過(guò)纜風(fēng)繩與周圍已打入的鋼板樁牢固連接。

2.5立柱模板安裝

在立柱模板安裝前，承臺(tái)混凝土已經(jīng)澆筑，需將立柱與承臺(tái)交界面的混凝土鑿毛處理再進(jìn)行下一步工序。

1）直立柱模板安裝

直立柱采用吊裝整體鋼模直接套裝法，見(jiàn)圖2。首先在地面上將模板拼裝成一個(gè)整體，然后利用吊機(jī)將模板整體套裝到立柱鋼筋籠上。模板安裝好后利用纜風(fēng)繩進(jìn)行臨時(shí)固定，四周搭設(shè)操作平臺(tái)，安裝過(guò)程中利用登高車予以配合。

2）帶擴(kuò)大頭的立柱模板安裝

帶擴(kuò)大頭的立柱采用L形模板分塊拼裝，見(jiàn)圖3。首先在地面上將鋼模板預(yù)拼裝成L形，然后再分塊拼裝到立柱鋼筋籠上。

3）帶系梁的立柱模板安裝

帶系梁的立柱模板分2次進(jìn)行拼裝，先用汽車吊機(jī)將單柱模板套入立柱鋼筋籠中，然后再安裝系梁模板，見(jiàn)圖4。系梁底模用φ300的鋼管制作成定形框架支撐，框架上設(shè)置操作平臺(tái)，操作平臺(tái)兼具裝拆系梁模板和澆筑混凝土的作用。系梁鋼筋半成品在鋼筋加工車間加工，然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)綁扎成型。

圖2　直立柱模板安裝

圖3　帶擴(kuò)大頭的立柱模板安裝

圖4　帶系梁的立柱模板安裝

2.6立柱清水混凝土施工

混凝土采取攪拌站集中攪拌供應(yīng)，用泵車輸送。在澆搗前須清理模板內(nèi)的垃圾，并做好排水工作。清水混凝土澆搗頂面要有可靠的標(biāo)高控制標(biāo)志，可在柱頂插筋上焊接雙向短鋼筋，作為控制點(diǎn)；帶蓋梁的立柱混凝土應(yīng)澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上3cm，為以后蓋梁施工、鑿除浮漿、鑿毛混凝土留下作業(yè)空間。

清水混凝土應(yīng)實(shí)行分層布料、分層澆筑，混凝土澆筑時(shí)要求混凝土的自由落差≤2m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)立柱的高度配備相應(yīng)長(zhǎng)度的雙層塑料波紋管，每次布料的厚度應(yīng)控制在300mm以內(nèi)。振搗要求：①振搗棒要垂直插入、快插慢拔，以免在混凝土中留下空隙。②振搗棒不得直接碰觸模板，離模板距離控制在10～15cm。③振動(dòng)棒的移動(dòng)間距≥1.5倍的振搗作業(yè)半徑，振搗插入前后間距控制在40～50cm，要嚴(yán)防漏振。④振搗棒插入下層混凝土的深度宜在50～100mm，每次振搗時(shí)間為20～30s。振動(dòng)過(guò)程中，觀察混凝土的翻漿情況，當(dāng)混凝土表面不再下沉、表面不再有氣泡泛起時(shí)，將振動(dòng)棒緩慢上拔，防止過(guò)振。

2.7立柱模板的拆除

模板拆除時(shí)汽車吊機(jī)配合進(jìn)行。拆模前必須先將吊機(jī)鋼絲繩掛住待拆模板才能拆除最上層螺栓，按先上后下的順序進(jìn)行。

3　蓋梁鋼管桁架施工技術(shù)

蓋梁施工遵循標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、模塊化、機(jī)械化、智能化、信息化的施工理念。本項(xiàng)目蓋梁施工全部采用鋼管桁架支撐體系，蓋梁鋼筋在鋼筋加工車間加工成半成品后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)綁扎成型。

3.1蓋梁支架系統(tǒng)

蓋梁施工采用的桁架支撐體系如圖5所示。在該蓋梁支架系統(tǒng)中起支撐作用的是2根直徑為609mm的鋼管柱，上部為16#工字鋼和間距為600mm的I40C工字鋼組成的承載梁，最上部為支架模板體系。

圖5　蓋梁桁架支撐體系（單位：mm）

為了驗(yàn)證蓋梁桁架支撐體系在混凝土澆筑過(guò)程的變形和穩(wěn)定情況，建立了蓋梁桁架支撐體系計(jì)算模型，見(jiàn)圖6。根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，混凝土澆筑過(guò)程中，桁架支撐體系的最大變形量?jī)H為0.86mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的L/400=80mm的要求。桁架的內(nèi)力及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，說(shuō)明該體系是安全可靠的。

圖6　蓋梁桁架支撐體系計(jì)算模型

3.2蓋梁鋼管桁架施工工藝

蓋梁鋼管桁架施工工藝如圖7所示，主要包括鋼管桁架架設(shè)、鋼筋骨架安裝、蓋梁側(cè)模安裝、預(yù)埋件安裝、混凝土澆筑。

3.3蓋梁鋼管桁架施工

蓋梁鋼管桁架的施工具體包括沙箱安裝、拋撐管安裝、桁架安裝、膺架底托安裝和底模、側(cè)模的安裝。

沙箱的主要功能是保證鋼管樁標(biāo)高以及拆除鋼桁架時(shí)卸荷，因此在沙箱安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格復(fù)核標(biāo)高。拋撐管的主要功能是保證鋼桁架的橫向穩(wěn)定性，安裝時(shí)應(yīng)保證精確定位和牢固連接。桁架和膺架底托安裝主要通過(guò)整體吊裝完成；底模和側(cè)模安裝應(yīng)保證安裝精度、平整度符合要求。

圖7　蓋梁施工工藝

3.4蓋梁鋼筋加工

蓋梁鋼筋統(tǒng)一在鋼筋加工車間加工成半成品，然后再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)綁扎成型。鋼筋骨架網(wǎng)片應(yīng)在加工廠混凝土地坪上按1∶1放大樣，各單根鋼筋加工完成后還應(yīng)進(jìn)行試組裝，以檢驗(yàn)彎起鋼筋的加工精度。鋼筋焊接采用雙面搭接焊。鋼筋半成品運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)先對(duì)分節(jié)網(wǎng)片搭接焊，然后綁扎箍筋，形成整體骨架。安裝后的鋼筋骨架要求整體線形直順，并有足夠的剛度和穩(wěn)定性，以保證在混凝土澆筑過(guò)程中不松散、不變形。待整體骨架檢驗(yàn)合格后，再安裝保護(hù)層混凝土墊塊。蓋梁鋼筋加工完成后，如不能及時(shí)澆筑混凝土，應(yīng)對(duì)模板上開(kāi)口部分用薄膜覆蓋，防止?jié)仓案m污染模板。

3.5蓋梁混凝土澆筑

蓋梁混凝土澆筑從一端分層澆滿，再逐步向另一端推進(jìn)。分層厚度30cm，下層比上層長(zhǎng)1.5m，避免層數(shù)過(guò)多而形成陡坡，造成離析。先澆完的部分要及時(shí)收面，初凝后覆蓋、終凝后灑水養(yǎng)護(hù)。

3.6蓋梁鋼管桁架拆除

蓋梁支架拆除要等蓋梁混凝土達(dá)到齡期，預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后方可進(jìn)行。鋼管桁架拆除應(yīng)遵照自上而下的原則，具體流程為沙箱放沙落架、膺架底托拆除、桁架拆除、拋撐管拆除以及沙箱拆除。

在拆模過(guò)程中，為了保證安全，須在拆模范圍內(nèi)設(shè)立警戒區(qū)域，警戒區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁人員靠近；嚴(yán)禁高空拋物；拆除時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照拆除順序進(jìn)行，嚴(yán)禁隨意變更；吊裝過(guò)程中應(yīng)保證牢固連接、緩慢升降、平穩(wěn)落地，確保被吊裝桁架的結(jié)構(gòu)和形狀不受影響。

4　小結(jié)

以上海市S26東延伸段新建工程高架橋施工為背景，通過(guò)無(wú)落地腳手架立柱施工、鋼管桁架蓋梁施工以及工廠化的鋼筋籠加工，不僅保證了高架橋立柱和蓋梁的施工質(zhì)量，也提高了施工效率，與腳手架相比大大減少了地基處理的費(fèi)用，從而減少了工程造價(jià)。從上海市S26高架橋施工情況來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果良好，具有推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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AbstractBased on the construction of S26 expressway bridge，the modularization and industrialization construction technology were studied.For the construction of column and coping beam，the scaffold without consol support and steel truss frame were used.T his method has the following advantages that can improve the efficiency and the mechanization level of construction，ensure the quality of project and reduce the engineering cost.For the construction of reinforcement cage，the manufacture and welding were completed in factory.T he standardization and streamlined of construction are realized.

Application of Modularization and Industrialization in Construction of S26 Expressway Bridge

XIANG Ke
（China Raiway 24th Bureau Group Co.，Ltd.，Shanghai 200071，China）

Modularization；Industrialization；Bridge；Scaffold without consol support；Steel truss frame

U442.5

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.07

1003-1995（2016）04-0026-04

（責(zé)任審編鄭冰）

2015-12-01；

2016-01-15

向科（1978—），男，高級(jí)工程師，博士。