高架桥预制盖梁生产工艺与技术研究

朱敏涛 陈兆荣 田颖钱 祝林盛 刘殿生 瞿继亮

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 概述

随着城市建设的快速发展，城市建筑密集，地面空间受限，城市交通正不断向地下和空中发展。城市高架桥作为一种快速开阔的出行方式已经逐渐成为城市道路交通的主流。受近几年国家大力推进建筑工业化的影响，城市道路基础设施的建设也在由现浇转向工厂预制[1-5]。盖梁作为高架道路中重要的结构构件也实现了工厂预制，并且工艺技术得到很大提升。

上海市S3高架桥道路设计主线双柱桥墩标准盖梁采用大挑臂T形盖梁，以及长线流动作业的方式生产。盖梁横断面呈梯形，长24.489 m，高2.6 m，纵桥向顶面宽2.15 m，底面跨1.5 m；采用预应力钢筋混凝土结构，盖梁总质量约248 t。

本工程盖梁体型庞大，且采用全预制拼装工艺，最后通过灌浆套筒与立柱连接，因此，对预制盖梁、立柱钢筋笼及套筒的安装精度要求较高，误差须控制在2 mm范围内。采用工厂预制、现场拼装的施工技术无疑可满足工程要求。通过对盖梁模具的优化，采用整体式模具可有效减少拼接缝[6-10]，同时采用高强度自密实清水混凝土 ，以保证构件强度及外观质量。

2 盖梁模具

2.1 模具主体构造

传统的大型构件模具通过纵向支撑杆保证纵向不发生位移，横向固定则是通过螺栓锚固以及连贯两边侧模的拉条进行加固，拆模的时候要靠人工拧开螺丝，并依靠侧模自重进行拆卸，对模具本身造成损害。传统盖梁模具通常采用分节段拼接式，需人工逐段拼装模具，过多的拼缝导致拆模后构件上会留有拼缝接口，若不进行打磨，会影响整体外观质量。

S3盖梁模板由可精确定位的整体式底模（图1）、整体式移动高精度侧模（图2）、分体组合式端模（图3）、张拉槽口、三向移动机构、轨道等6个部分组成（图4），满足模板拆拼方便、组合合理的要求。

图1 整体式底模

图2 侧模

图3 端模

图4 盖梁模板整体拼接效果

底模采用整体式钢底模，套筒部位设置定位板可精确定位灌浆套筒，定位板在钢筋笼胎架上随钢筋笼一起入模，同时也作为套筒区域的底模。

侧模同样采用整体式滑移模板，由3个移动机构支撑侧模在轨道上移动，移动机构由电动和液压系统2部分组成。电动系统由电动机驱动侧模沿轨道纵向滑移，实现工位转换；液压系统则驱动侧模横向运动，完成合模与脱模。模板上拉杆采用整体式φ25 mm精轧螺纹钢，两端设置限位装置，下拉杆拉住侧模下口。侧模自带操作平台，方便施工。

端模采用分体组合式，张拉槽口模板与端模配合使用，采用斜撑及螺栓固定，方便装拆。

模具均采用厚10 mm钢板高精度加工以减小模板变形。模板使用前进行质量检验，检验内容包括模板的尺寸、拼接缝隙、平整度、垂直度、光洁度。

盖梁模板安装过程共有5个步骤，步骤之间不允许发生跳步加工，边安装边测量，确保精度得到控制：安装底模及侧模轨道→在侧模轨道上安装好2个侧模，等待钢筋笼定位安放→吊装盖梁钢筋笼，确保钢筋笼与底模准确结合→通过侧模轨道将侧模安放到位，确保侧模位置精确→安放端模。

2.2 模具移动系统

采用传统模具体系时，侧模是散拆式，依靠行车吊运，行车起吊、运转模具需要把控好吊点，严格按照起吊步骤进行操作，耗时费力，耽误施工进度。

S3盖梁模板配有新型三向移动系统：纵向移动系统、横向移动系统和升降系统（图5）。在模板结构体系中，单侧模板一般安装3组三向移动系统，3组三向移动系统同步工作。

图5 侧模移动系统

纵向移动系统通过电动机的运转，带动侧模在轨道上前后移动；横向移动系统由3组油缸组成，通过油缸使侧模产生横向的移动，以便在安装模板或者拆模的过程中靠近或远离构件；升降系统由12组小油缸和12组精加工螺纹钢组成，在安装模板的过程中，当横向移动系统操作到位后，通过升降系统将侧模推升到需预制的构件外形尺寸位置，然后将精加工螺纹钢通过旋钮顶升到支撑架上。精加工螺纹钢的作用是分担小油缸的压力，使模板体系更加稳定，生成完成后拆模就是将精加工螺纹钢支撑通过旋钮降低，卸载小油缸侧模降低，最后通过横向移动系统将侧模与构件分离。

3 预制盖梁生产工艺与技术

3.1 钢筋工艺与技术

3.1.1 钢筋笼胎架设计

钢筋笼于专用胎架上制作加工成型，盖梁钢筋笼胎架由底座、支架、挂片及定位平台等4个部分组成（图6）。

图6 盖梁钢筋笼胎架效果

为保证钢筋笼支撑稳定，定位体系布置保证主要受力钢筋不变形，保证预制拼装的灌浆连接套筒的定位精度，盖梁定位框架固定焊接在底架上，在胎架下部增加套筒定位钢板，底架分段制作，现场拼装焊接成整体；挂片包括顶部横梁和下部横梁。

钢筋笼胎架拼装前，对其各个部件进行验收复测，尤其是套筒定位板及定位框架位置更需精确测量。拼装过程中要求胎架底座安装水平，精度控制在2 mm内。各支架安装要求位置精确、状态垂直，精度控制在2 mm内。胎架安装完成后对各支架整体测量，保证每个框架在同一条线上，防止主筋安装时产生弯扭。

3.1.2 钢筋加工

钢筋运输、存放及加工过程应避免发生锈蚀、污染或被压弯的情况，对于预留钢筋外露部分，采取塑料布包裹的临时防护措施，防止钢筋锈蚀。

预制盖梁钢筋采用φ12～φ16 mm盘螺钢筋，使用MEP钢筋数控弯曲剪切中心进行棒材的剪切及弯曲，并由MEP盘钢全自动钢筋成型弯箍机进行调直、剪切及弯配（图7），可以定尺加工，无需连接，若遇特殊情况需要连接，采用搭接或焊接；φ25～φ32 mm的钢筋采用机械连接，拟采用镦粗直螺纹工艺进行连接；φ40 mm钢筋为套筒内锚固钢筋，整根制作，不做接头。下料长度偏差严格控制在2 mm以内，同时保持切割断面平整光滑，以保证钢筋尺寸符合相关要求，且精度控制在2 mm以内。

图7 锯床（GB4240）和MEP钢筋数控自动钢筋成型弯箍机

构件主筋采用直螺纹机械连接接头的形式进行连接，接头连接按照行业标准JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》，在保证连接性能可靠的同时增加钢筋的使用效率，减少废料钢筋的总量。整个直螺纹成套设备由400 t油压机、滚丝机及钢筋摆放平台组成。

3.1.3 灌浆套筒

整体灌浆连接型套筒一端为预制安装端，另一端为现场拼装端，套筒中间设置钢筋限位挡板；预制安装端以及现场拼装端地长度均不小于10倍被连接纵钢筋直径，现场拼装端内径尺寸宜为50 mm；套筒下端应设置压浆口，套筒上端应设置出浆口，压浆口与端部净距应大于2 cm；套筒制作的允许误差为2 mm。灌浆连接套筒应符合标准JG/T 398—2012《钢筋连接用灌浆套筒》的要求。灌浆连接套筒采用球墨铸铁制造，材料应符合GB/T 1348—2009《球墨铸铁件》的规定，其材料性能还应符合以下规定：抗拉强度≥550 MPa，断后伸长率≥5%，球化率≥85%，硬度180～250。

灌浆连接套筒与高强无收缩水泥灌浆料组合体系性能应符合JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》中Ⅰ级连接接头要求，试件实测抗拉强度大于等于钢筋抗拉钢筋强度。保证灌浆连接套筒相关的附属配件合格，如止浆塞、压浆管、出浆管、定位销等。灌浆连接套筒在存放和运输过程中，应采取防护措施，防止污染、生锈、损伤。保证预制拼装的灌浆连接套筒的精确定位，故使用套筒定位钢板。

3.1.4 盖梁钢筋笼制作

预制盖梁钢筋笼的加工采用钢筋模块化精加工的理念，钢筋笼制作允许偏差为2 mm。钢筋笼除预制连接套筒模块外均在胎架上完成绑扎。

整个绑扎过程共分8步，不允许发生跳步加工，整个过程边加工边测量，确保每一步加工的精度得到控制：在胎架内安装连接套筒定位板，并制作套筒模块→安装盖梁顶部主筋→安装盖梁预制部分的箍筋→安装盖梁预制部分底部主筋→安装波纹管，并用短钢筋定位，按500 mm间距布置固定支架→安装侧面主筋→安装横向及竖向拉钩→其他辅助装置安装。

抗震挡块和支座垫石的预留筋需要按照施工图纸准确定位、安装。防雷接地板采用100 mm×100 mm×8 mm表面镀锌预埋钢板。盖梁吊装吊点为四点预制吊环，吊点布置横桥向依照设计图纸要求在盖梁两端以内3 m处，纵桥向距盖梁边缘600 mm。吊点采用预埋钢绞线形式，钢绞线采用φs15.2 mm，钢绞线埋深1 200 mm，表面伸出长度为200 mm，预埋的最底部采用锚板及P锚挤压套的形式加强。单根钢绞线吊重不超过15 t。吊点处的钢绞线采用铁皮管包裹，以加强钢绞线吊点的局部抗剪能力，铁管长度为400 mm，形状为R=50的圆弧（图8）。

图8 盖梁吊装专用吊索具

3.2 混凝土工艺与技术

3.2.1 混凝土配比技术要求

采用大掺量复合胶凝材料高性能混凝土配制方法：选择高质量的砂、石、水泥及矿物掺合料，以充分保证砂填充石的间隙、胶凝材料填充砂的间隙，保证混凝土的致密性和施工的和易性，达到清水混凝土的要求。掺加优质粉煤灰、矿粉等矿物活性掺合料以减少水泥用量，控制干缩变形，有利于混凝土的防裂，满足收缩、徐变的要求，同时具有明显抑制混凝土的抗碱-骨料反应性能。选用外加剂根据结构要求采用聚羧酸系低含气量减水剂，减水率大于25%，混凝土收缩比小于100%，保坍效果极佳；利于混凝土浇灌成型质量的保证，早期强度的发展，降低水胶比、减少混凝土收缩。混凝土配合比设计应满足主要技术指标、设计的强度等级、耐久性要求等，并满足施工要求。

预制盖梁混凝土原材料指标：水泥选用品质稳定、强度等级不低于52.5的硅酸盐水泥；粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料符合JTG/T F50—2015《公路路面基层施工技术细则》中的规定的要求；粗骨料选用粒径≤20 mm的整形石，加工形式为反击破式，且针片状含量不大于6%，含泥量不大于1%，泥块含量不大于0.5%；细骨料采用Ⅱ区的中砂，含泥量不大于3%，泥块含量不大于1%，细度模数不低于2.5；采用高性能聚羧酸减水剂，减水率不小于25%，严格按照规范，确保砂石称重计量误差在0～2%，水泥、外加剂、掺合物称重计量误差在0～1%，并保证搅拌时间不少于180 s。

3.2.2 混凝土浇筑

混凝土搅拌车运输混凝土，泵车泵送混凝土，混凝土浇筑采用橡胶导管浇筑方式，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m范围内，不允许超过2 m的跌落高度。混凝土运输车到场后，必须要求其高速自拌30 s以上。浇筑时，由班组指定人员放料并应做到匀速不外溢。泵车应做到合理控制打料速率，保证混凝土质量。

高性能混凝土一次性浇筑完成。盖梁浇筑时，采取从盖梁的一端（起始端）向另一端（结束端）连续浇筑的方式。混凝土振捣时，在盖梁的两侧架梁区域内每侧各设立2条振捣棒。振捣时，班组要对盖梁的底部、套筒周边区域、钢筋密集区域、钢筋笼侧面边角处，进行多点布棒加强振捣，确保该区域内混凝土质量密实。

采用50型振捣棒，每个浇筑面上布棒间距不超过50 cm，每边振捣点2个交替错位向前振捣，每个点布料、振捣时间不小于1 min。施工时，由专人负责观测混凝土入模情况，对混凝土性能作出初步判定，以便及时反馈给现场的试验人员。达到收水面时，各安排1名收水工及时进行收水工作。收水后，应严格控制横向平整度，满足纵向水平坡度。

模板可于混凝土浇筑完成12 h后拆除，拆除后应及时对构件混凝土进行喷淋养护工作，构件养护采用水管直接喷淋养护。

4 结语

通过优化盖梁模具构造，我们在拆模移动系统中采用了电机系统、液压系统及控制系统，从而实现了盖梁生产的高度机械化。同时我们还通过小车的移动来实现侧模的移动，无需复杂的操作就可以快捷地实现模具的安装和拆卸，从而简化了施工中模具的拼接与拆卸，缩减了生产成本，节省了因为模具拆除而耗费的工时，同时避免了传统盖梁模具所带来的拼接缝导致的漏浆问题，提高了模具周转率，节约了模具材料[11-14]。

与此相配套，钢筋采用全自动进口切割弯曲技术，以方便钢筋精准加工。采用快强高性能混凝土，强度质量和外观质量都得到了良好保证。盖梁模具优化与施工工艺的改进在一定程度上提高了生产率，使盖梁预制技术得到进一步得到发展。