锥套锁紧接头钢筋骨架模块化加工技术在桥梁工程中的应用

冉慧聪

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

1 工程概况

某桥梁工程所在地区的地形条件较为复杂，场地狭窄，对施工时的材料与机具设备进场有很大的影响，该桥梁为双塔斜拉桥，共三跨，跨径组合为95m+210m+95m，塔高约66m，上部结构为连续箱梁，下部结构为矩形实心墩。该桥梁的主索塔均采用H 型桥塔，其上、下塔柱及方形墩柱的高度分别为66m、13.7m 和6.5m，顺桥向下塔柱底宽9m，逐步缩小至7m，直至塔顶，上、下塔柱结构的壁厚分别为80cm 和120cm，并在底部设置高度为2m 的实心段。横桥向宽3.5m，下塔柱由上至下横桥向宽度由3.5m 渐变至6.0m，中部有2道横梁，其中，下横梁的尺寸为：长×宽×高=40.65m×6.60m×4.00m，上横梁的尺寸为：长×宽×高=34.05m×6.80m×3.20m；上横梁的顶、底板厚度均为0.8m，采用壁厚为1.0m 的腹板；下横梁的顶、底板厚度均为0.7m，采用壁厚同样为0.7m 的腹板。所有横梁均采用预应力混凝土结构，其中，下横梁两侧与塔柱混凝土浇筑保持同步，而上横梁两侧则借助爬模系统与塔柱混凝土浇筑施工保持同步，在混凝土浇筑结束后，开始预应力张拉。施工机械设备配置为：1 台50t M1000 型塔吊；1 台16t C7030 型塔吊；2 台AX3-300-1 型直流焊机；2台BX3-300-1 型交流焊机；3 台GB4028B 型卧式锯床；1 台10t 门式起重机；5 台HGS40B 型施钢筋直螺纹剥肋滚丝机；2 台40 型钢筋切断机；2 台40 型钢筋弯曲机；1台60型钢筋弯曲机；1台10t转运车。

2 锥套锁紧钢筋接头技术

该桥梁主索塔对应的墩柱及塔柱所有钢筋均在制定加工车间内加工。其中，普通钢筋主要采用HRB400型，直径分为16mm、20mm、22mm 和32mm 四种，将直径为32mm 的HRB400 型钢筋作为主筋，在同一断面上的钢筋接头必须错开至少50%，且上、下两个断面之间的距离应达到钢筋直径的45 倍以上。对于主筋的连接，其接头形式为锥套锁紧接头[1]。

该接头形式主要由三部分组成，分别为锥套、锁片和保持架。先将钢筋其中一端插入到接头锁片的两端，直到与保持架顶紧，之后在锁片两端套上锥套，借助专门的工具沿轴向对锥套进行挤压，使其达到锁紧状态，至此即可完成连接。沿轴向对锥套实施挤压的过程中，锁片会同时将钢筋抱紧，由于锁片带有螺牙，能与钢筋肋部紧紧咬合，以保证钢筋连接质量。另外，由于在同一个断面当中不需要将接头处错开，因此能大幅提高钢筋资源的实际利用率。该接头形式主要具有以下几点优势：可实现机械化施工，减少人力投入；能与模块化构件之间更好连接，降低连接难度，保证连接效果；完成施工后的质量良好，且保持稳定，不会过多地受到人为因素的影响，杜绝安全问题的发生[2]。

按照相关规程针对钢筋接头提出的要求，通过试验确定该接头形式的各项力学性能，试验前分别选取3组样品，首先对其母材的力学指标进行试验，其试验结果为：1#样品，屈服强度450MPa，抗拉强度635MPa，基于最大作用力时的总伸长率为18.6%；2#样品，屈服强度450MPa，抗拉强度635MPa，基于最大作用力时的总伸长率为17.7%；3#样品，屈服强度445MPa，抗拉强度640MPa，基于最大作用力时的总伸长率为18.0%；以上三组样品的屈服强度试验结果平均值为448.3MPa，满足标准提出的不低于400MPa 的要求；抗拉强度试验结果平均值为636.7MPa，满足标准提出的不低于540MPa 的要求；基于最大作用力时的总伸长率试验结果平均值为18.1%，满足标准提出的不低于9.0%的要求。

各组接头样品的单向拉伸试验结果为：4#样品，残余变形0.05mm，基于最大作用力的总伸长率为12.9%，抗拉强度618MPa，钢筋被拉断；5#样品，残余变形0.06mm，基于最大作用力的总伸长率为14.1%，抗拉强度624MPa，钢筋被拉断；6#样品，残余变形0.06mm，基于最大作用力的总伸长率为13.6%，抗拉强度618MPa，钢筋被拉断；以上三组样品的残余变形试验结果平均值为0.057mm，符合标准提出的不超过0.10mm 的要求；基于最大作用力时的总伸长率试验结果平均值为13.5%，符合标准提出的不低于6.0%的要求；抗拉强度试验结果平均值为620MPa，符合标准要求；破坏形态均为钢筋被拉断，同样符合标准要求。各组接头样品的基于高应力条件的反复拉压试验结果为：7#样品，残余变形0.14mm，抗拉强度621MPa，钢筋被拉断；8#样品，残余变形0.10mm，抗拉强度622MPa，钢筋被拉断；9#样品，残余变形0.13mm，抗拉强度616MPa；以上三组样品的残余变形试验结果平均值为0.12MPa，符合标准提出的不超过0.3mm 的要求；抗拉强度试验结果平均值为620MPa，符合标准要求；且钢筋形态均为被拉断，也能符合标准的要求。各组接头样品的大变形反复拉压试验结果为：10#样品，残余变形0.06mm，抗拉强度614MPa，钢筋被拉断；11#样品，残余变形0.06mm，抗拉强度617MPa，钢筋被拉断；12#样品，残余变形0.06mm，抗拉强度616MPa，钢筋被拉断；以上三组样品的残余变形试验结果平均值为0.06mm，符合标准提出的不超过0.3mm的要求；抗拉强度试验结果平均值为616MPa，且钢筋形态均为被拉断，可见该钢筋接头各项技术性能均能达到标准的要求[3]。

3 模块化施工

在该桥梁主索塔结构施工中，对钢筋的安装主要借助机械进行连接接长。根据桥梁结构类型及特点，对不同位置与类型的构件均进行模块化处理，并对其加工场地的设计规划及钢筋骨架绑扎进行优化，以提高整个钢筋工程施工的作业效率，减少各类资源的投入，降低安全风险。该桥梁的塔柱与墩柱均采用该模块化方式进行钢筋骨架施工，并根据相关工艺要求和预应力混凝土结构及钢结构之间实现协同作业[4]。

结合主索塔具体结构形式，施工需按照以下顺序进行：先施工墩柱与下塔柱，然后施工横梁与上塔柱，最后施工塔冠。考虑到墩柱与塔柱均属于钢筋混凝土结构、横梁属于预应力混凝土结构，而塔冠采用的是钢结构，故对墩柱与塔柱进行施工时引入以上模块化技术，在指定场地范围内对主筋和箍筋进行拼装，然后借助大型吊机将运输到位并完成安装。为实现以上施工目标，需提前做好机具设备配置，本次共配置以下各类机具设备：配备4 套PM1500/400 型液压爬模系统，主要用于索塔施工；配备4 台QZT400 型塔吊，用于施工材料及各类设备的垂直提升；配备4部组合式爬梯，用于为施工人员提供上下通道；配备2 台50t 履带吊，用于对横梁支架材料进行垂直吊装；配备2 台50#装载机和2台8～12m3混凝土罐车，用于混凝土运输。

对钢筋骨架进行模块化加工时，需严格遵循以下顺序：先对主筋进行安装与接长，然后将环向分布的水平筋设置到位，再对拉钩钢筋进行安装。在相邻的主筋之间采用以上接头形式相连，连接操作必须严格按照图纸要求完成，以保证接头质量达到设计和相关规范提出的要求。待整个骨架成型之后，采用塔吊将骨架整体吊起，然后和下部钢筋相连，最后以主筋设计要求的位置为依据对其进行固定[5]。

上塔柱由于横梁的设置被分成两个部分，因此，在钢筋加工过程中，对处在不同位置的塔柱也应引入模块化技术，其具体加工顺序与下塔柱基本相同，相邻两根主筋之间同样采用以上接头形式相连，上塔柱的施工可借助爬模系统进行，在此过程中，应及时安装和接高塔柱上的水平方向支撑，为后续的混凝土施工创造良好条件，保证最终的施工质量。上塔柱具体施工流程为：测量放样→劲性骨架安装→钢筋下料加工→连接接头安装→钢筋骨架及管道安装→爬模板支立→测量验收→混凝土浇筑→混凝土养护、拆模。

该桥梁墩柱与塔柱所用钢筋的直径均相对较大，使钢筋及其骨架都有很大的刚度，如采用以往设置垫块的方法难以保证钢筋保护层实际厚度达到要求。对此，将整个骨架安装到位后，还需进行定位筋的布设来保证保护层厚度。另外，施工中还应经常检查骨架尺寸、主筋与箍筋之间的距离、混凝土施工完成后的强度及保护层厚度等，以保证工程施工安全稳定完成。

4 质量控制

主塔主要采用直径和刚度都较大的钢筋，若只使用简单的钢筋垫块，则难以使保护层厚度达到预期要求。基于此，需在骨架安装结束后通过定位筋的安装保证保护层厚度。具体方法为：先在墩柱倒角进行测量定位板的可靠设置，用于准确放样，同时在定位点上使用鱼线相连，用于确定下层定位筋具体安装位置；然后以主塔的实际倾斜度为依据在定位板上准确放出上层定位筋的具体位置，接着采用垂球装置使定位点转移，保证定位筋所在具体位置达到准确无误，主筋的安装精准；将钢筋模块安装结束后，需在其外侧以4个/m2的间隔设置强度等级达到C50 以上的垫块，为保证该垫块的安装精度，还需要在钢筋的两端均焊接角钢，然后在角钢上对垫块进行固定。完成以上施工后，可借助定位板、下层定位筋、垂球、上层定位筋与垫块相结合的形式来保证保护层厚度达到要求。

5 信息化管理

钢筋骨架在建设期间的周期为：图纸翻样→原材料检查→下料加工→储存运输→预制构件→建筑。其中，在图纸翻样过程中需根据构件数据实施特征建模，形成特征模型，包括设计数据、成型加工数据与装配数据。为满足上述要求，在施工中必须引入以BIM为核心的信息化管理技术。

借助BIM软件，以项目的施工图纸为依据进行钢筋骨架模型创建，完成建模后，采用专门的信息处理软件通过数据接口和BIM进行数据的对接与共享，该方式的出现与应用，能从根本上解决以往图纸翻样时效率低下和工作量过大、容易出错等问题，在软件的支持下，将钢筋骨架的各项信息进行数据的实时传输与共享，进而对钢筋加工信息开展动态管理。钢筋的具体规格、长度和数量等基本数据也可通过专门的软件实现统计分析，进而形成最优的任务单。在钢筋加工中使用的管理软件可根据任务单包含的各项数据，按照钢筋的级别与尺寸，对钢筋图形尺寸等方面的数据予以归并，进而结合钢筋图形尺寸方面的特征，对钢筋加工期间的工艺与工序实施优化匹配，确定规划布置及成本等所有方面都能达到最佳的工艺，最终使加工资源达到优化配置目标。

成品加工结束后，需进行严格的检验，以确定能否达到相关验收规范。经检验确认合格后，将钢筋制品存贮到库内，此时可借助工位机自动进行入库反馈，在条件允许的情况下也可采用PDA+QR 的方式实现质量检验及自动入库。

6 结语

综上所述，采用锥套锁紧接头钢筋骨架模块化加工技术，并引入信息化管理技术，能够从根本上解决桥梁工程建设中的钢筋施工问题，使钢筋骨架的加工真正实现模块化与工厂化，切实提高桥梁工程钢筋骨架的加工技术水平，突破钢筋连接及骨架加工等瓶颈，使桥梁适应更复杂的环境条件，在保证质量的同时，降低风险和投资，并加快工程施工进度。目前，该桥梁施工已顺利完成，由于以上技术的应用，其单个塔柱的施工时间缩短了2～3d，表现出良好的综合效益。