预制装配式高架桥下部结构精准安装方法

张 玮

上海浦兴路桥建设工程有限公司 上海 201206

上海市济阳路快速化改建工程全线采用预制拼装工艺施工，相对于现浇施工而言，不仅节约了工期，提高了施工质量，也大大减少了施工对周边交通的影响，该工艺非常适合用于城市中心区域复杂工况下的施工。

1 工程概况

济阳路快速化改建工程道路断面形式为“主线高架＋地面辅路”，工程内容包括主线高架、新建匝道、老桥拆除、顶升改建、地面道路、排水工程等。本项目包括下部结构在内，全线采用预制拼装工艺施工，最大预制构件质量240 t，预制构件施工工艺精度要求控制在±2 mm[1]范围内。由于构件体型大、质量大，在生产、运输、吊装每个环节都需要确保施工准确无误，施工难度非常大。

2 下部结构安装方法

2.1 工艺原理

利用BIM技术进行建模、碰撞检查，避免构件生产返工所导致的损失。预制构件厂内利用预制构件数字化信息管理系统，实现预制构件线上管理、数字化生产。现场使用机器人自动测量放样，并指导校准预制构件安装位置。最后利用三维激光扫描仪对工程结构进行实体扫描，获取空间实体点云模型，并将其与三维BIM模型进行比对，验证立柱吊装精度。通过BIM建模、虚拟试拼、数字化加工、机器人自动测量、吊装后三维扫描验证，通过预制构件施工事前、事中、事后三管齐下的模式，能有效提高预制构件生产质量，提高现场安装精度。

2.2 工艺流程

BIM建模碰撞检查→三维拼装→预制构件生产→预制构件吊装→三维扫描复核验收

2.3 BIM建模及碰撞检查

2.3.1 BIM建模范围

本项目BIM建模范围包括承台、承台预埋插筋笼、预制立柱、预埋灌浆套筒、立柱钢筋、立柱钢模板及其他施工辅助设施等。

2.3.2 碰撞检查

1）对预制立柱、承台连接部位进行重点检查，主要检查承台预留钢筋与立柱灌浆套管之间是否碰撞、立柱主筋与灌浆套管是否冲突、承台预留插筋笼与承台钢筋是否匹配。项目一阶段施工过程中，预制盖梁立柱拼接部位在BIM模型碰撞检查中发现问题，提前将灌浆套筒型号进行了调整，即将灌浆口位置向下调整3 cm，避免了预埋套筒采购后又无法使用所造成的材料浪费及成本损失。

2）利用BIM模型与周边环境模型进行碰撞检查，主要针对本项目与地下管线，轨道交通6、7、8、11号线，龙耀路隧道，打浦路隧道交叉范围内施工区域进行模拟检测。由于预制构件质量达百吨，对地下构筑物影响大，必须确保施工机具与地下构筑物保持安全警戒距离。以盾构边线两侧各50 m为地铁盾构保护区，沿保护区布设智能监控摄像头，实时监测大型设备活动范围，当大型设备触碰到保护警戒边线时随即发出警示，保证预制构件吊装安全、有序。

3）BIM工程师参与图纸会审，并将碰撞检查问题反馈至设计，进行图纸修正工作。修正过程中，同步进行模型更新工作，并再次进行碰撞检查，直至碰撞全部消除。

2.3.3 三维打印试拼

在本项目中，选取了济阳路高架桥标准节段进行三维高精度打印，预埋件、预留钢筋、预留孔等均按照施工图要求设置，打印得到实体模型后进行模拟试拼，确定拼装无误后，利用模型指导预制构件生产及现场施工。这种可视化、可操作的方式能辅助施工人员更为直观地理解方案内容，提前解决图纸问题，减少预制构件生产返工的问题。

2.4 预制构件生产

2.4.1 预制构件管理系统

利用基于BIM技术的预制构件生产管理系统，进行预制构件协同管理，从构件深化、下订单、生产、仓储、运输、安装等方面实现全面管理，实现数据可追溯及共享调用，提升构件厂质量管理。

2.4.2 预制立柱模板设计与数字化下料

1）钢模板设计。立柱侧模板根据立柱的高差变化及便于模板装拆的原则，进行分片分段制造。侧模由圆弧段和直线段两部分组成。侧模钢模面板由厚10 mm钢板组成，背部法兰连接板及圆弧筋板均为厚20 mm钢板，横向骨架为16#双拼槽钢，竖向骨架为16#工字钢。接缝高低差为零，顺直度允许偏差为±1 mm，平整度允许偏差为±1 mm。立柱底座：底模上面板和下底板均为厚20 mm钢板，筋板为厚12 mm钢板。拉杆分为横向和竖向2种规格，一组拉杆由1根φ25 mm精轧螺纹钢及2个精轧螺母组成。钢模板采用龙门吊在地面专用台架上进行拼装，每块钢模与钢模的拼缝之间垫厚5 mm的海绵条，以防漏浆。拼装好的钢模板与预埋底座通过螺栓进行紧固，确保立柱的施工安全。拼装完成后通过专用翻转架进行翻转。

2）针对预制立柱钢模板进行BIM三维设计，利用BIM模型导出每块钢板的尺寸信息，转换形成数控文件后导入数控生产设备进行立柱钢模板数字化下料。采用数字化方式，利用BIM物料清单智能输出套料图，替代人工排版，提高钢材使用率，也有效避免了因人工下料时的误差所导致的尺寸不准、质量不达标等问题，在减少人工工作量的同时，提高了生产效率 。

2.4.3 立柱吊装施工

1）可视化交底。本项目利用BIM技术对基坑围护结构、承台模板、钢筋定位架、立柱、盖梁、插筋笼以及其他各种预埋件进行了精确建模，并按工序流程在施工前对施工人员进行了三维可视化技术交底，避免了平面图纸表达不清可能导致的施工错误。通过可视化技术交底，提高了交底的质量，使施工现场施工更加规范，进一步提升工程实体施工质量。

2）施工测量。为尽量减少施工测量误差造成的吊装偏位，本项目基于三维BIM模型，快速提取构件的坐标、高程、尺寸等数据，直接用于现场测量、放样、监测等工作。减少过程中的人为干预，保证测量数据来源的唯一性，进而保证测量的精准度，具体步骤如下：在BIM软件中设置放样点，提取其空间坐标，再导入手持式终端，现场使用BIM三维模型数据进行放线作业，放样机器人可以自动捕捉棱镜，指挥机器人发射红外激光自动照准现实点位，然后在激光指示位置进行标记，从而将BIM模型数据精确地反映到施工现场。由于采用自动化测量方式，因此在吊装过程中可进行不间断地连续测量，实现全过程定位控制，相比传统测量方法，BIM放样机器人施工范围更广，可操作性比较强，技术门槛比较低，大大提高了作业效率和精度。

3）预制立柱就位与校正工艺。

① 立柱翻转时，底部铺设橡胶轮胎保护后进行翻身。立柱竖立后，吊机回转至承台位置，使立柱套筒对准承台插筋，将立柱缓缓下落、吊装就位[2]。

② 清理承台顶面，在承台顶面做临时四边形挡浆板，用于铺设垫层砂浆，按立柱的底面面积，各边预留1.5 cm缝隙。在拼接面中心位置下部安放20 cm×20 cm橡胶支座，根据测量标高，橡胶支座上方放置不同厚度的20 cm×20 cm钢板。垫层砂浆搅拌好后倒入挡浆板区域内，人工找平。垫层砂浆的厚度略低于中心垫块高度。

③ 垫层砂浆浇筑完成后，把套筒底部止浆环穿入承台预留钢筋。起吊立柱至承台上方，调整立柱方位，使得立柱底面的套筒孔口与承台顶面预埋钢筋一一对齐，结合预先标记的控制轴线缓慢下放立柱就位。立柱吊装就位完成后，测量上口平面坐标，如允许误差值超出设计及规范要求，则采用千斤顶对立柱垂直度进行微调，确保立柱上口平面坐标精度要求。

④ 相对位置调整到位，缓慢下放立柱后，方可连接套筒灌浆。灌浆前应采用空压机对灌浆孔进行清孔，灌浆时从底部注浆口进行压浆，直到顶部出浆口冒出浆液为止。灌浆后应及时对灌浆设备进行清洗，再移动至下一工作面进行灌浆。当检验的灌浆料1 d强度大于35 MPa后，可拆卸校正千斤顶，拆除挡浆模板及其他临时设施，至此立柱安装完毕[3]。

2.4.4 三维扫描复核验收

本项目在施工阶段，通过三维激光扫描技术记录施工现场的信息，并生成高架桥点云模型。利用该点云模型和三维BIM模型进行对比查看和拟合。对比数据如超出阈值，系统会自动生成检测报告，及时发现问题并指导进行纠偏，减少质量问题和后期的返工。

通过对本项目多根立柱进行三维扫描复测、数据对比分析，由实验数据得出立柱及承台施工误差值均控制在±2 mm以内，符合施工标准要求。

另外，本项目在施工期间每间隔一段时间对高架桥进行扫描，通过前后2次扫描对比能够判断桥梁的沉降、变形是否在合理范围内。通过这种方式，对比传统的测量方式（水准仪、全站仪、GPS等）或预埋传感器等方式去检测桥梁使用状态，可快速、准确地反映出高架桥总体变形趋势和局部变形情况，为高架桥全生命周期使用和养护提供更多的数据支持。

3 结语

随着城市的发展和施工技术的提高，标准化、工厂化的装配式建筑发展也会不断扩大，采用上述安装方法辅助预制拼装施工，可以为项目施工提供更精确的数据信息，确保预制构件安装精度达到标准要求。

本文主要介绍的是预制装配式高架桥下部结构精准安装方法，上部结构施工同样也可以参考本方法进行，本项目将会在后续施工过程中不断优化该安装方法，深入研究BIM技术在市政工程施工中的应用，为更多项目提供参考经验。