沉管钢筋加工及绑扎施工关键技术

吴卓 ，王聪

（1.中交第二航务工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武汉 430040；2.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040；3.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430040；4.交通运输行业交通基础设施智能制造技术研发中心，湖北 武汉 430040）

0 引言

传统沉管预制一般采用“跳仓法”或“后浇带法”[1-2]施工工艺，混凝土分段分层浇筑，钢筋多采用分段分层绑扎，钢筋接头多，且施工中存在干扰情况，预制工期成倍加大。港珠澳大桥采用自动化设备加工钢筋[3]，钢筋流水施工技术预制沉管[4]，使得钢筋下料尺寸准确、钢筋施工干扰因素小。沈阳“772”项目利用BIM技术优化钢筋模型[5]，优化钢筋绑扎顺序，智能化钢筋数控设备[6]的投入使用，实现了钢筋加工的全过程自动化，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，加强了钢筋直螺纹套筒接头的质量控制[7]，提高了沉管钢筋的施工质量。

1 依托项目

1.1 项目沉管概况

襄阳东西轴线项目东汊沉管全长660 m，设置6个标准管节加1个短管节，分3条生产线施工，标准管节E1—E6管节采用120.5 m×4+86.5 m×2的长度组合，短管节ES长度为5 m。沉管隧道采用两孔一管廊结构，管节断面总体外轮廓尺寸为：宽31.2 m×高 9.2 m，沉管管节断面见图1。

图1 沉管断面图Fig.1 Cross section ofimmersed tube

1.2 沉管钢筋施工难点

襄阳市东西轴线沉管钢筋绑扎工序复杂，用到的钢筋种类多，主要用到的钢筋有φ40、φ36、φ32、φ28、φ25、φ22、φ20、φ14、φ12 共 9 种钢筋，φ40、φ36、φ32、φ28、φ25、φ22 这 6 种钢筋需要套丝，φ32、φ28、φ25、φ22、φ20、φ14、φ12这7种钢筋需要弯曲。

钢筋布置如图2所示。

图2 标准管节钢筋构造断面图Fig.2 Structuralsection ofsteelbar in standard pipe joint

襄阳市东西轴线沉管钢筋施工难点如下：

1）钢筋直径大，最大主筋直径为φ40，套丝质量难以控制。

2）单个节段钢筋用量最大2 931.16 t，3条流水线施工，平均每天要完成约100 t钢筋加工与绑扎。

3）沉管管节为超大尺度空间结构。

4）钢筋绑扎精度要求高。

5）流水线施工，工序衔接紧密。

2 钢筋加工技术

2.1 自动化加工设备

钢筋加工采用智能弯曲锯切机和智能套丝机，加工精度达到1 mm。加工的钢筋约16 000 t，平均每天要完成约100 t钢筋的锯切与弯曲，为保证现场施工14 d的需求，加工车间由原材料待检区、检验合格区、钢筋加工区、半成品堆放区4个区域组成。

钢筋原材进场后，先进行检验，将合格的钢筋原材存放在钢筋合格区，不合格的钢筋清退出场，将合格的钢筋根据料单所给尺寸进行下料，根据料单尺寸检验半成品，检验合格的半成品存放在半成品堆放区，并填写相应库存标识，不合格的半成品重新加工。

2.2 钢筋加工流程

钢筋加工采用钢筋下料单流程加工，加工流程如图3。

图3 钢筋半成品加工流程图Fig.3 Flow chartofsemi-finished steelbar processing

2.3 钢筋锯切弯曲

东西轴线沉管钢筋种类复杂，需要进行弯曲的钢筋型号多，弯曲钢筋的弯弧内直径不应小于钢筋直径的4倍，箍筋、拉筋弯折后平直段长度不应小于箍筋直径的5倍，弯折好的钢筋做好标识标牌码放整齐。

2.4 钢筋套丝加工及检验技术

1）钢筋套丝加工

因沉管施工工期紧，钢筋主筋的连接方式主要为滚轧直螺纹套筒连接，滚扎直螺纹接头是通过钢筋端头剥肋后滚扎制作的连接件螺纹咬合形成的接头，不同钢筋的套丝长度不同，见表1。

表1 滚轧直螺纹钢筋加工丝扣数Table 1 Number ofscrew threads in steelbar with straight thread rolling

2）钢筋套丝检验技术

加工场内加工完毕的钢筋丝头半成品，抽取10%的数量，采用通止规来检查丝头的合格率，通规全部旋合，通过钢筋丝头，止规旋合进入不得超过3丝。

沉管主筋钢筋在安装接头时，可用管钳或扭力扳手拧紧，钢筋丝头应在套筒中央位置相互顶紧，接头安装后的单侧外露螺纹不宜超过2丝。

采用通止规检查合格的丝头，立即拧上塑料保护帽，另一端拧上套筒，并按规格分类下垫上盖堆放整齐待用。

沉管钢筋绑扎中，为保证接头工艺的合格率，对已经连接的钢筋接头扭矩值进行抽检，不同直径的接头扭矩值如表2所示。

表2 滚轧直螺纹钢筋接头扭矩值Table 2 Torque value ofsteeljointwith straight thread rolling

2.5 钢筋配料设计

根据钢筋图纸尺寸，结合钢筋原材长度制作钢筋下料委托单，并由相应的技术负责人进行审核。钢筋下料委托单绘制过程中，同规格的钢筋长短搭配，减少余料。

在钢筋加工过程中，根据审核完成的钢筋委托单所给尺寸，先做出大样图，并由相应负责人核实无误后对钢筋进行下料，遵循先断长料，后断短料，减少短头的原则。

东西轴线东汊沉管N1环向钢筋长度大，安装精度要求高，施工现场通过BIM模拟分析，并结合现场12 m和9 m的钢筋原材，以节约材料、满足接头错开的规范要求和减少废料为前提，做出如图4所示的钢筋连接配料单。

图4 N1环向钢筋连接Fig.4 N1 loop reinforcement connection

对加工完毕的N1钢筋现场随机抽取不同型号的钢筋进行组合，最后完美闭合，组合精度高达20 mm，满足了现场施工需求，达到了预期的施工效果。

3 钢筋绑扎技术

3.1 BIM模型搭建

1）碰撞分析

通过BIM模型分析模拟，发现钢端壳预埋锚筋与沉管主体钢筋存在干扰（如图5所示），影响现场施工，现将端钢壳预埋勾筋优化为预埋套筒，解决了钢端壳钢筋与沉管钢筋干扰的问题，既防止了在钢端壳施工中割断钢筋的情况，又缩短了端钢壳的安装时间。

图5 BIM模型下的端钢壳钢筋与沉管钢筋干扰图Fig.5 Interference diagram ofend steelshell reinforcementand immersed tube reinforcementunder BIMmodel

2）优化绑扎工序

东西轴线项目为节约沉管预制工期，首次在钢筋绑扎中引入了BIM模拟技术，优化了沉管钢筋绑扎与端钢壳锚筋安装顺序，优化沉管N1环向钢筋接头错开位置。

3.2 模型试验

根据BIM技术的数值模拟，选取边墙倒角模型和中隔墙倒角模型进行足尺模型试验。

模型钢筋绑扎顺序：箍筋下半肢绑扎→钢筋定位绑扎→底板纵向钢筋定位绑扎→劲性骨架安装定位→中隔墙钢筋定位绑扎→底板横向钢筋定位绑扎→底板纵向钢筋上部分定位绑扎→底板上部横向钢筋定位绑扎→箍筋上半肢绑扎焊接→中隔墙纵向钢筋定位绑扎→中隔墙倒角处绑扎→中隔墙斜向主筋绑扎。

通过现场实际验证，结合BIM模拟技术，因为端钢壳的锚筋与模型钢筋存在干扰，最终将端钢壳锚筋优化为预埋套筒直钢筋的形式，为沉管施工减少困难。

3.3 现场应用

沉管钢筋绑扎采取钢筋绑扎台车分区流水绑扎工艺[8]。钢筋统一在加工车间下料加工，然后装车运至沉管预制区域。

1）底板钢筋绑扎

底板钢筋的摆放和绑扎顺序（横断面方向从中心向两边摆放和绑扎、纵向从一端向另一端摆放和绑扎）：底板箍筋下半肢→底板横向钢筋→纵向钢筋（中部分层绑扎）→安装架立筋→分层摆放顶层横向钢筋→纵向钢筋→面层横向钢筋→箍筋上半肢和拉钩筋。

底板钢筋绑扎过程中，主筋定位的精度直接影响到后续钢筋的绑扎和钢筋笼成型的外观，同时考虑大批量钢筋定位的便利，利用劲性骨架进行定位。

2）侧墙钢筋绑扎

侧墙钢筋绑扎前，安装简易支架平台，利用其上的钢筋绑扎平台进行绑扎定位。外侧墙钢筋利用钢筋绑扎支架进行钢筋定位和绑扎。中隔墙钢筋利用内部支架进行定位和绑扎，待钢筋绑扎完成后，吊运简易支架平台至下一管节。

钢筋绑扎时，先进行封闭箍区域箍筋和纵向主筋交替绑扎，形成整体。再依次按从下到上的顺序进行竖向钢筋和纵向钢筋的绑扎；最后依次绑扎箍筋另半肢和拉钩筋。

在侧墙、中隔墙箍筋绑扎时，需预先按顺桥向2.5 m的间距预留混凝土串筒的安放位置，并根据施工实际需要预留混凝土工振捣通道，混凝土浇筑过程中进行复位绑扎。

3）顶板钢筋

顶板钢筋的绑扎步骤：外墙倒角→顶板箍筋→横向钢筋→纵向钢筋→架立筋安装→底层横向钢筋分层铺设→架立筋安装→顶层横向钢筋分层铺设→顶层纵向钢筋→顶层横向钢筋→箍筋。

顶板钢筋绑扎完成后，移动外模台车，通过其上的桁架梁吊点悬吊顶板钢筋笼，然后把钢筋绑扎滑车向前移动，进入下一道工序。

4 结语

襄阳市东西轴线项目东汊沉管已全部预制完成，达到了预期使用效果。

1）应用智能套丝技术，保证了套筒接头施工质量。

2）通过优化钢筋配料设计，减少了钢筋接头，降低了钢筋废料率，节约了施工成本。

3）通过BIM模拟了钢筋碰撞问题，优化了钢筋绑扎工序。工序优化后，底板钢筋绑扎3 d、侧墙钢筋绑扎2 d、顶板钢筋绑扎3 d，提高了现场绑扎工效，缩短了工期。