装配式箱涵预制施工技术的应用

装配式箱涵预制施工技术的应用摘要随着我国城市化进程加速以及交通基建技术水平的提高，大量装配式构造工程已逐渐成为建筑领域发展的新趋势。而在桥涵施工上也可以像生产电子产品一样成批的生产制造，由工厂车间提前预制通过车辆运输至现场，起吊拼装，从而大大降低桥涵工程建设成本与费用，缩短建设工期且有效地保证建筑过程中的人员与设备安全。以某装配式箱涵为例，通过预制装配式箱涵的实施，展开一系列技术研发及应用。共分有暗涵、明涵两大类，每类按孔径大小分为3×2.5m、3×3.5m、4×3.5m及4×4.5m共4类，按照不同的安装位置又分为左端部节段、中部节段、右端部节段，共有16种类型，每节重量分别为15至30吨不等，混凝土强度等级为C40。采用装配式的结构方式，可以在预制厂集中预制构件，受周围外界及交通干扰小、施工质量和施工安全性高，构件由工厂车间生产加工完成，比现场浇筑作业大大减少，并可随主体施工同步进行。通过工人流水化作业、标准化和管理的信息化，构件会越标准，相应的构件成本就会下降，比以往箱涵施工采用现场绑扎钢筋、支模、浇筑砼，施工周期短，更加环保，更集中，更好管理。装配式箱涵适用于公路改扩建、城市管廊、施工周期较短工程、横穿公路及地下的通道等。关键词：装配；成本；周期；信息化；钢筋；混凝土1、工艺原理以工厂化、标准化、信息化、机械化为支撑，全面推进人员配备、先进的机械设备、现场管理和过程控制标准化，使每一道施工工序从钢筋的下料、绑扎、砼浇砼、养生、吊装翻身、交通运输、拼装、再到最后的防水处理，现场工程技术和管理人员通过科学的施组，严格把关，使现场拼装质量达到了预定目标。2、装配式液压模板模板必须有足够的刚度，主要结构的承重模板变形不超过跨度的1/600，非主要结构的承重不超过跨度的1/400，模板拼缝应严密，表面平整度不超过1mm。选择有实力的大型模板厂家加工制作，确定加工前先对厂家进行考察，出厂前在厂内试拼，严把模板质量。箱涵模板采用定制液压自拼装大面钢模板，模板分为6部分组成，分别为：侧模、底模、芯模、端模、基础顶板及基础封头模板,所有模板板面钢板厚度为12mm。1）、侧模：分左右各一块侧模，面板均由一块平板钢板、模板按照设计图纸设有直径5cm吊装预留孔。模板外侧设有6处由12mm钢板焊接而成附着式平板振动器挂点。侧模采用砼将左右各2根液压连杆一端浇筑固定在制作区两侧、模板下部同样拼装在底部事先预埋好的活动站脚上。图1：侧模2）、芯模：采用液压式自拼装定型模板，侧板上同样预留直径5cm吊装预留孔，待模板拼装完成后与外侧侧板预留孔相对应。模板内侧设有4处由12mm钢板焊接而成附着式平板振动器挂点，芯模拼装在轨道式自动桁走框架上进行施工；图2：芯模3）、端模：由于暗箱涵有三种不同结构形式：中部节段、端部1、端部2，端部封头模板分别有一块0.15m凹面、一块0.15m凸面模板组成，一块端头模板与芯模一起连接在轨道式自动桁走框架上；另一块模板在钢筋入模后再采用龙门吊进行拼装；图3：端模4）、底模：按照箱涵底板长度、宽度设计制作完成，由一块整体钢板、4根直径φ0.2m、高1.2m柱式站角组成可移动式钢模平台；每套箱涵底模根据生产周期设有4套底模，底模均通过轨道式桁车进行施工周期转换；图4：底模3、施工工艺流程及操作要点1、施工工艺流程2、模板安装1）、模板安装顺序：模板打磨整理→涂刷脱模剂→底模平台就位→吊装钢筋笼→顶推两边侧模就位→推进芯模就位→固定凸面端头模板→吊装加固凹面端头模板→安装加固基础封头模板→安装加固基础顶模板；a、箱涵模板采用工厂加工液压式定型钢模板，在拼装定位完成后底模、侧模、芯模、端模、基础顶板及基础封头模板分别采用以下方法进行安装；底模：采用龙门吊进行吊装按放就位；侧模：侧模在拼装时已经固定就位，在安装模板时通过连杆对模板进行顶推复位；芯模：模板拼装在轨道式自动行走框架上，在安装模时通过轨道式行走系统进行对芯模进行推进就位，就位后在通过8根连杆进行顶推复位；端模：凸面端头模板与芯模一起连接在轨道式自动行走框架上，与芯模同时推进至侧模边沿，采用2根连杆进行顶推安装。凹面端头模板在钢筋入模后再采用龙门吊进行安装；基础顶模板及基础封头模板：通过人工安装在底模及侧模上。以上模板除基础顶模板及基础封头模板外均采用φ25mm螺杆螺帽进行加固连接；基础顶模板、基础封头模板采用φ16mm螺杆螺帽固定在侧模上；b、在模板与模板进行连接时拼缝采用厚15mm橡胶止水带防止漏浆，橡胶止水带通过中间加垫钢条固定在模板拼装接触面上，在模板进行安装前必须对止水带进行检查是否有破损，如有破损需及时更换。c、为了保证模板方便拆模及在拆模过程中模板会粘黏混凝土，模板与混凝土接触面、整体移动内模及外模与混凝土接触面，在使用前要涂抹脱模剂进行隔离润滑措施，本次首件脱模剂采用专用模板脱模机油与柴油进行调配，调配比例3:1。d、模板的安装与钢筋工作配合进行，妨碍绑扎钢筋的模板应待钢筋安装完毕后安设。e、模板安装的基本要求：板面之间平整，接线严密、不漏浆，保证结构物外露面美观，线条流畅，部分板缝采用橡胶拼缝处理,在预留孔处进行泡沫填缝处理，防止漏浆；f、模板安装完毕后，对其模板连接支撑是否牢固，螺杆加固处螺帽是否松动，平面位置、节点联系及纵横向稳定性进行检查；g、模板通过质检验收合格后，方可进入下一工序。2）、模板的拆除箱涵模板采用的是整体式连接，拆模作业前需对同条件养生试块进行试压，强度达到设计强度的90%即36MPa时方可拆除模板。拆模时应注意观察顶板，若发现粘膜现象应立即停止作业，待查明原因后方可继续。a、拆模方式及顺序：试块进行试压（强度满足90%）→人工拆除所有螺杆、螺帽→龙门吊吊装拆除凹面端头模板→连杆回缩芯模及轨道行车框架移出芯模、凸面端头模板→连杆回缩侧模→轨道式行车移出底模及构件至养生区；b、注意事项：拆模时必须试压同期养生试块，强度满足要求方可进行拆模；在人工进行拆除凹面端头模板时必须采用龙门吊先进行吊扣，防止在模板因失去螺杆连接而倾倒；在拆芯模时观察监测箱涵顶板是否存在开裂、下沉现象；在轨道行车移出底模时须注意箱涵底模是否完全离开地面，要求4跟站脚离地面大于3cm,防止基槽底部地面不平整及有电线及少许废物在行走卡住底模站脚；3、钢筋工程1）、工艺流程：材料进场存放→钢筋加工→钢筋绑扎→钢筋移运2）、钢筋存放：钢筋进场后对钢筋办理出入库，后存放在指定存放区，存放钢筋需分类存放，以便日后使用。钢筋存放需上盖下垫，采用工厂化厂房作业，存放区已隔绝雨水、太阳照射、无任何外在原因，固无需遮盖。为了保障钢筋原材干净、无潮湿生锈，需下垫0.3m高从而保障原材料质量。3）、钢筋加工：采用数控自动弯曲机对钢筋进行加工制作，只需按照图纸数据输入操作电脑内，通过电脑控制钢筋弯曲角度、长度。使用数控设备后，工作效率高、劳动消耗低、加工精度高、成型速度快，确保钢筋成品质量。图5：数控弯曲设备4）、钢筋绑扎：钢筋在成品加工过程中，钢筋数量、长度及钢筋间距是施工中的质量控制要点，通过“钢筋定位胎架”的施工工艺，将钢筋的长度和数量用简易的钢筋定位架进行了设定，杜绝了加工过程中钢筋少放、漏放以及间距、长度不足等情况的发生，且钢筋定位架制作简单，控制有效，缩短钢筋骨架的加工的时间，能有避免钢筋加工过程中易出现的通病，为钢保检测提供了保障。图6：钢筋胎架a、钢筋绑扎平台按照箱涵外部尺寸进行设置制作，采用C20砼浇筑而成。b、竖向钢筋间距控制：在平台上设有4条5cm槽钢制作竖向钢筋定位槽，槽钢布设按照图纸两侧墙身竖向钢筋间距布设，每条槽钢上切割卡槽进行控制钢筋竖向间距按设计图纸布设，共计17个卡槽宽度为2.8cm，单面侧墙上设有3处控制点，保障竖向钢筋安装垂直度；c、横向钢筋间距控制：在主槽钢上焊接φ2cm套筒安插长0.4m的φ16钢筋做横向定位标记，定位间距严格按照图纸横向间距控制；d、顶板钢筋：同样采用槽钢切割卡槽进行控制，但是因为钢筋自重会产生形变，钢筋容易下沉，所以在箱涵安装顶板底钢筋时须在箱涵中间增加一根10cm槽钢架设钢筋。保障钢筋不产生变形。e、钢筋焊接：根据施工图纸及施工规范箱涵直径大于16cm钢筋均采用单面焊接，钢筋绑扎需注意图纸当中A、B组合钢筋，N2与N19、N2与N5、N1与N5采用单面电焊连接，焊接长度不得小于10d且满足图纸中钢筋搭接长度；5）、钢筋骨架吊移安装：钢筋骨架在胎架上加工成型，采用多点吊方式从钢筋绑扎台座吊移至底模上，吊移过程中采用吊点除顶板4个角及箱涵中心位置，共5个吊点。图7：钢筋保护层垫块钢筋保护层垫块应尽量采用“点”接触，防止拆模后个别与模板接触部位有垫块印迹，影响外观。另外扎丝头不得深入保护层内，以免形成“锈斑”4、钢筋施工方法及技术措施1）、箱涵采用高强度砂浆垫块保护层，砂浆垫块要求厚度于钢筋净保护层3.9cm相同，箱涵底板的保护层按梅花点间距布置、绑扎在钢筋上面，需注意采用铁丝绑扎，绑扎铁丝头要向里弯，不得伸入混凝土保护层内。2）、钢筋加工：根据施工图纸计算下料长度，由于箱涵分预制、现浇部分，涵身基础钢筋下料时要注意，按图纸预留足够的搭接长度45cm。在箱涵预制部分N2与N5钢筋采用电焊搭接，搭接长度不小于图纸长度46cm，满足规范对两相邻钢筋绑扎接头中心距离及钢筋搭接长度的要求。3）、钢筋接头：为减少钢筋开料的损耗和施工方便，直径小于25mm钢筋采用两种连接接头：单面电弧焊搭接和绑扎搭接。钢筋电弧焊采用502大桥焊条，其性能须符合《碳钢焊条》（GB5117）和《低碳合金钢焊条》（GB5118）的要求。搭接类型最小搭接长度两搭接中心点距离同一截面内接头面积占受力钢筋总面积的最大百分数单面电弧焊10d35d且不小于500mm50%绑扎25d(受压区)35d(受拉区)不小于搭接长度的1.3倍25%(受拉区)50%(受压区)4）、钢筋加工绑扎：将加工好的半成品钢筋分规格运到现场，人工再安放在制作好箱涵钢筋胎架定位卡槽上进行焊接、绑扎，钢筋绑扎完成后采用铁丝把高强度砂浆垫块（垫块强度比混凝土高一级）绑扎在钢筋上。采用龙门吊提吊至箱涵制作区底座上进行下到工序，但在提吊前钢筋骨架需做好内支撑，防止提吊过程中钢筋发生受力形变。5、混凝土工程箱涵一次浇注成型，施工时用混凝土运输车将混凝土运送到箱涵预制区，通过给料斗将混凝土输入模内。1）、施工流程混凝土浇注前，检查模板、支架、钢筋的正确性，并须经监理工程师验收签发浇注令方可进行砼施工。构件采用逐步分层浇注，浇注顺序是由下至上。用插入式的振动棒配合高频附着式震动器进行振捣。2）、混凝土配合比箱涵预制采用C40混凝土，设计混凝土配合比:水泥：粉煤灰：砂：碎石：水（335：95：752：1129：151），混凝土出仓塌落度控制在160mm±20，熟料温度不宜高于26℃。混凝土施工前按规定对现场原材料抽样后，由试验室进行原材料检验和配合比设计，在首件开工时需对现场原材进行含水率试验、检查当时原材含水率是否影响配合比，如有影响试验人员须在施工前进行配合比调整，从而保障混凝土质量。3）、混凝土拌制和运输混凝土的拌和采用双HLS120行星式搅拌楼，通过10m³混凝土运输车运输至箱涵制作区内，经试验人员及监理工程师进行检测砼坍落度（160±20mm），再直接放入给料斗内，采用龙门吊吊至箱涵正上方管输入模板内。4）、混凝土浇注箱涵总高度为3.14～5.26m，在砼布料时采用φ16cm消防水管充当串筒。为了确保箱涵模板稳定性，在浇筑砼时两侧墙身砼高度均匀上升，分层及振捣高度30～50cm，两侧墙身混凝土面最大高差应控制在0.6m，间隔时间不能超过砼初凝时间。混凝土采用龙门吊吊液压给料斗将混凝土输入模内，液压给料斗是一种自带发电设备，通过电脑控制液压杆伸缩控制下料口大小，从而控制放料数量及速度；注意事项：混凝土开始浇筑时，二侧基础布料控制在0.6m³混凝土，在墙身正部布料数量控制0.3m³。5）、混凝土振捣箱涵采用插入式震捣器配合高频附着式震动器（3.5KW）进行对混凝振捣工作。附着式震动是挂在两侧墙身内外侧模板上，每次震动时间为25s，插入式震动器配合高频附着式震动器的震捣顺序由低至高，移动间距不大于振捣器有效半径的1.5倍，振捣时间单点控制在35s。插入式振动器至模板的距离不大于振捣器有效半径的1/2，不得碰撞支撑杆、钢筋、模板等。插入式振动器倾斜15度插入混凝土中，并快插慢拔，上下抽动，以利均匀振实；为防止前趾斜面模板上浮导致漏浆形成蜂窝麻面的质量问题，前趾位置不得集中振动，并控制前趾浇注的速度。浇注过程中，注意观察底胎螺丝是否发生弯曲、位移、断裂，模板与底胎模接触处是否出现漏浆情况，同时观察模板是否出现上浮现象，特别是前趾位置，若出现位移、变形、漏浆等异常情况，立即采取有效措施予以解决。浇注过程中用手锤敲打前趾及墙趾位置，通过声音辨别墙身是否密实，若有漏振现象，及时补振。图8：止浆带图9：砼电动漏斗6）、混凝土养护在混凝土初凝阶段，采取措施避免阳光、风、雨等影响。浇筑完毕混凝土硬结后，箱涵采用自动喷淋养生，为保证混凝土有适宜的硬化条件和防止发生不正常的收缩，需委派专人进行养护，使混凝土经常保持潮湿状态,预设参数为温度36.8℃、湿度73%。。图10：自动啉淋养生系统同条件布置试块，24h一组、48h一组、72h一组分别测定其强度，于箱涵强度来确定拆模时间。供构件起吊使用且按照规范要求留取7d和28d标养试件，共计5组同条件下养生试块，箱涵养护将指定专人按时进行，养生采用生活用水进行养生。7）、成品移运、存放箱涵存放采用立式存放，由60t龙门吊直接吊装至箱涵存放区进行存放，在吊装前需通过试验室进行混凝土强度试验，确定混凝土强度大于36MPa。存放时必须采用橡胶垫片垫放在箱涵存放区台座上。在吊转前需进行砼强度检测，吊运时需安装H型钢临时支撑。材料材料情况表序号材料名称材料规格备注1水泥P.O42.5符合（GB175-2007)规范技术要求2钢材依设计图采购不同型号钢筋各项指标符合规范和技术要求3粗集料4.75-19mm、4.75-26.5mm连续级配碎石符合《公路桥涵施工技术规范》JTGF50-2011要求4细集料中砂5粉煤灰一级灰符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技术要求。6外加剂高性能减水剂符合《混凝土外加剂》GB8076-2008性能指标要求。质量控制1）、钢筋工程钢筋除锈和调直后，平直、无局部曲折，表面洁净、无损伤。受拉钢筋采用绑扎接头，最小搭接长度见下表：钢筋类型混凝土强度等级C20C25大于C25HPB23535d30d25dHPB33545d40d35dHRB400、RRB400-50d45d2）、模板工程所需的支撑架、钢模板、型钢等根据施工所需保证其具有足够的强度、刚度和稳定性，以保证模板不发生变形，接缝严密不漏浆，使预制构件表面平整光滑，顺直、美观。模板首次使用前需进行打磨处理，完成后采用干抹布擦除污迹。人工按照机油：柴油=3:1的比例配置脱模剂，采用毛刷刷涂至模板上，脱模剂涂刷完成后应静置约1h，确保模板整体脱模剂的均匀性。b、模板表面钢板连接采用满焊，焊缝打光磨平处理；模板转角处圆弧光滑，焊缝要平顺，模板螺栓孔的配合准确，在组装模板时，位置相对准确，焊缝要平顺；预留孔的位置准确；须保证接缝平整；c、按照施工规范要求模板整体拼装后带线调整线型、使用钢卷尺、2m靠尺和塞尺量对模板进行检查验收，模板内部尺寸须与箱涵构件尺寸一致。项次项目规定值或允许偏差值（mm）检验方法及量具1面板厚度≥10千分尺检查2模板宽度’+0、-1钢卷尺测量一端及中部3模板长度’+0、-1钢卷尺测量两角边4侧向弯曲用0.3mm钢丝拉线，用钢板尺测量最大弯曲处5模板板面对角线差不小于设计值钢卷尺测量两条对角线的长度6模板平整度≤0.5用2m靠尺和塞尺量7边线不直度≤0.5用2m靠尺和塞尺量8相邻模板拼缝高低差2用2m靠尺和塞尺量9相邻模板拼缝间隙2塞尺检查10模板连接孔距距面板面偏差±0.3卡尺检查11孔间距偏差±0.6钢卷尺检查12模板板面无擦伤、划痕及明显局部凹凸锤痕13组装模板局部缝隙不得大于0.7mm且0.5-0.7mm缝隙累计不得大于每边总长的25%3）、砼的浇筑和质量检查对混凝土的配合比及施工生产过程中的称量、拌制、运输、浇筑、养护等主要环节按现行行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的规定进行检查控制。砼浇筑前对骨架的绑扎、模板的安装、钢筋的布置和焊接及预埋件的位置、尺寸进行检查认可之后，才进行砼的浇筑。预制构件砼浇筑完成后，在砼初凝前要进行二次振捣，二次振捣的时间要根据水泥种类和天气情况综合确定，要根据现场实际情况总结经验以达到最佳效果，确保防止构件出现松顶现象。同时对构件外露面要进行二次抹面，以保证构件外观质量。混凝土采用自拌混凝土，用龙门吊调运液压给料斗浇注。砼的振捣采用插入式振动棒，全面振捣，使之形成密实的均匀体。砼浇筑完成后，及时进行养护，保证构筑物始终处于潮湿状态，以保证砼强度达到设计要求。混凝土施工过程做好完整的施工记录，随机抽样检查砼的坍落度，并按规定频率制作试件，进行规定的试验。评定混凝土强度的试件，采用150×150×150mm试模，在混凝土浇筑地点按照规范要求的频率、批次随机取样制作。按箱涵模板分层高度，浇注第一层砼时取1组试件，浇注第二层层砼时留取2组试件，标准养护28天强度试件2组，每层砼均将1组试件放置现场与构件同条件养护，用于控制构件出运安装强度值。安全措施1）、预制之前，必须对现场一切施工操作人员做好安全及施工技术交底。2）、进入施工现场人员必须要求佩戴安全帽，对于专项操作手必须佩戴相对应的保护用具，确保自身的人身安全。3）、安全员必须全程巡查一切对安全有隐患的操作给予现场制止。4）、对于箱涵结构形式过高，需高空中作业为此在箱涵模板及钢筋胎架上都焊制宽0.6m工作行走平台，且在外边沿焊有高1.2m钢管防护栏。图11：安全扶手及护栏5）、模板、钢筋胎架防止人员攀爬模板、及施工方便，我部特焊有钢制专项爬梯，且在爬梯上装有扶手及护栏。6)、龙门吊使用事项a、作业前必须对起重设备、吊具进行检查，确认安全才能使用。b、起重吊装时必须有专人指挥，信号不清时不得操作。c、作业时，起重臂下和重物下严禁有人停留或通过。d、不得进行斜拉、斜吊或起吊不明重量的物体。e、带载行走时不得超过起重量的70%，严禁长距离带载行走。7)、施工临时用电安全措施a、作业前由电气设备专业人员根据总体布置编制临时用电施工组织设计，经审核合格后实施。b、用电线路由电工专业人员负责安装，配电系统实行