智慧梁场30m预制T梁流水生产线施工技术研究

孙一星，薛 文，邓涵潇，李 森

(浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引 言

桥梁工程正向着高质量、高效率、高标准的方向快速发展，预制安装作为一种节能节料、快速安全的施工技术，得到了越来越多地推广和应用。新一代信息技术的迅猛发展，进一步催生了预制施工技术进入智能化阶段[1-2]。钢筋工程和模板工程作为构件预制过程中质量控制的关键环节[3-5]，其准确性、高效性与便利性越发受到重视。顾森华等[6]对预制构件钢筋胎架和模板开展了标准化设计研究，给出了关键精度控制各项参数，提高了钢筋和模板工程施工精准度。吴刚等[7]提出了预制T梁无轨自行式液压模板，通过行走轮实现灵活的模板安拆方式。张立志等[8]介绍了一种移动底台座式模板，与传统固定式台座相比，模板安拆更为便捷、施工速度显著提升。吴何等[9]针对预制梁场智慧化管理，给出了“1+N+1”智慧梁场系统设计框架，包括1个梁场信息管理平台、N个梁场智能子系统和1个梁场分析决策平台。刘佩斯[10]以深中通道项目为例，介绍了钢筋自动化加工、液压整体式移动侧模+固定底模、智能化混凝土输送中心、梁场协同管理平台，推动了桥梁预制拼装技术的智能化发展。

杭绍甬高速绍兴侧智慧梁场30m预制T梁流水线施工，通过引入智能化机械设备、标准化施工流程与数字化生产管理，构建一种新型的“移动台座+液压模板+蒸汽养护+两阶段张拉”流水线预制工艺，取得了良好的经济社会效益。

1 工程概况

杭绍甬高速公路杭绍段路线起于杭州中环(G104国道)南阳红山村附近，止于上虞余姚交接处接宁波二期工程，全长约52.7km。主线以高架桥为主，桥长48.4km，桥隧占比96.4%。其中，绍兴侧预制场位于上虞区杭州湾工业园区，占地面积46.6667万平方米，共配备33条智慧生产线，预制梁板总数达1.7万余片。

面对大规模的预制梁场制作，以及高质量、高效率、高标准的生产要求，智慧梁场采用工厂化流水线生产模式，工艺流程如图1所示。应用智能移动台座、液压模板控制系统、全封闭高温蒸养等先进技术，通过信息化指挥中心和基于BIM的数字化管理平台进行预制构件生产、监测与管理。

图1 智慧梁场生产工艺流程

2 智慧梁场预制T梁生产线

智慧梁场通过设置数字化智能施工、物料验收管控、智能监测监控等系统，实现机具设备智能化、施工流程标准化、管理决策智慧化。

2.1 智能化的设备系统

(1)智能移动台座：由底模模板、纵移主梁、轮组、反拱垫块、防倾覆撑杆等构成，如图2所示。通过智能控制系统实现在生产线上混凝土浇筑区、养护区、张拉整修区、提梁区等功能区间之间的纵移，提梁后移动台座通过龙门吊吊装返回制梁区，实现循环生产。

图2 T梁移动台座断面图

(2)智能模板控制系统：由中控系统、侧模分控系统、液压系统、传感器和布线系统组成，并配置无线人机界面。通过对两侧模驱动油缸的精细控制，完成自动脱模、合模、梁模分离操作，同时具有油缸单体点动功能。

(3)智能钢筋加工系统：包括数控钢筋调直机、数控钢筋弯箍机、数控全自动钢筋桁架生产线、数控钢筋网焊接生产线等，实现钢筋任务的自动生产、下料方案的优化设计、半成品及尾料的管理监督。

(4)智能蒸汽养护系统：基于自动化控制与无线传感技术，有效地对预制梁进行保温和保湿，通过温湿度实测数据在线感知、智能识别，控制改善养护环境。

2.2 标准化的工装工艺

(1)预制构件通用化工装制作：对预制T梁钢筋绑扎胎架、模板及台座等配件进行标准化设计；制定统一的建筑模数和基础标准(模数协调、公差与配合、连接等)。

(2)预制构件标准化施工工艺：采用PLC控制模板，混凝土浇筑过程中通过液压自动控制系统和红外测温测距系统实现外模自动横移和纵移、内模自动支拆；基于试验数据分析结果，建立梁板蒸汽养护及两阶段张拉控制参数；构建移动钢台座携梁移动时的质量安全控制措施，确保梁板整体质量及作业安全。

2.3 智慧化的生产管理

(1)信息化指挥中心：通过互联网、云计算信息化技术将预制构件生产线用直观的影像、图表等形式进行展示。设备实时监测数据关联分析预制现场各类问题以及突发性情况，数据分析图表为生产线计划进度、产值统计提供支撑，视频监控影像记录反馈现场实施情况。

(2)数字化管理平台：利用BIM技术，将工装、设备、半成品等构件模型准确定位，与现实预制梁厂实物形成映射，将生产数据与台座、工序、设备模型挂接，最终实现预制梁场三维可视化监管。可实时查看现场数据信息，经数据汇总分析后用于生产管理，与施工进度链接协同指挥、可视化监管，实时动态掌握现场预制梁生产进度实况。

3 新型预制T梁施工工艺

预制T梁采用一种新型的“移动台座+液压模板+蒸汽养护+两阶段张拉”流水线预制工艺。生产线包括钢筋绑扎区、砼浇筑区、蒸养区和初张拉区四大固定作业区，主要工序包括：通过智能控制系统将移动台座行走至浇筑区，侧模采用固定式液压模板，混凝土构件浇筑完成后，通过智能蒸汽养护系统养护至设计强度70%以上进行预应力初张拉，使梁板能够承受起吊运输时的自重和冲击荷载，然后运输到存梁区，待梁体混凝土强度、弹模、龄期达到设计要求后，按设计规定进行全部预应力张拉，继而孔道压浆、封端。

3.1 钢筋骨架精细化制作

通过钢筋骨架模块化、钢筋胎架单元化、设计制作标准化，将钢筋胎架分为单元胎架和子单元胎架，子单元胎架上进行钢筋焊接作业，单元胎架上进行钢筋绑扎作业，逐级安装组拼形成钢筋骨架。

(1)子单元胎架焊接：腹板钢筋与马蹄筋、波纹管定位筋、顶板端头钢筋在子单元胎架上通过人工或机器人焊接方式制作。

(2)单元胎架绑扎：在腹板钢筋单元胎架上，利用定位槽放置纵向钢筋、马蹄筋及箍筋、波纹管井字定位筋；在横隔板钢筋单元胎架上放置横隔板钢筋，通过绑扎形成腹板钢筋骨架。在顶板钢筋单元胎架上，沿两侧横向定位卡槽放置顶板箍筋，沿胎架前后竖向卡槽放置顶板纵向钢筋，利用剪力筋预埋小推车布置顶板剪力筋，通过绑扎形成顶板钢筋骨架。

3.2 移动台座及底模组装

(1)台座轨道车基础施工：对台座轨道车基础进行开挖，并预埋限位螺栓，然后台座基础浇筑，及时覆盖洒水养护，待达到设计强度后，铺设钢轨，并浇筑轨道面层。

(2)移动台座及底模系统拼装：将台座轮组分段放置在轨道上，中间带电机单轮组电机对称布置，控制与钢轨的垂直度。吊装台座主梁，平移调节轮组间距，主梁中线共线平直，连接螺栓需对称扭紧，后焊接加固。在主梁上拼装底模模板，通过垫块进行反拱调整。

3.3 液压模板安拆

3.3.1 侧模及端模安装

(1)液压侧模横移安装：采用龙门吊将腹板钢筋骨架吊入底模之上，移动底模台座行走至混凝土浇筑区，利用液压油缸进行固定侧模横向移动，控制油缸行程，注意观察是否存在卡滞现象，直至完成合模过程。

(2)端模纵移安装：端模H型钢横梁与中间侧模连接为整体，并作为纵移滑行轨道；液压千斤顶与端部侧模桁架栓接，通过液压油缸控制端模整体纵向滑移。将顶板钢筋骨架整体吊装就位，测量及精调模板，连接拉杆，检查模板与台座的拼缝。

3.3.2 端模及侧模拆除

混凝土浇筑完成后，顶部立即覆盖篷布，带模保温养护。待混凝土强度达到设计标准后进行模板拆除。首先拆除拉杆，解除各类连接螺栓，检查清理端头外漏钢筋、顶板外漏钢筋，及时清理端头板、挡板模外漏钢筋位置漏浆。然后，利用液压油缸进行端模纵移拆除，待端模纵移动到位后，再进行侧模横移拆除，待模板横移动到位后，检查横隔板外露钢筋是否完全脱离端模。

3.4 蒸汽养护

预制T梁拆模后通过移动台座行走至固定蒸养棚内进行蒸汽养护作业，利用智能蒸汽养护系统设置养护环境参数，根据数据汇总分析，通过指挥中心发出指令启停对应养护区域的蒸汽喷养系统，或通过蒸汽云控制APP根据养护需求，远程操作设置定时、周期养护。当蒸养至混凝土设计强度70%时，利用移动台座将构件从蒸养棚内移出，运至初张拉区。

3.5 两阶段张拉

(1)第一阶段张拉：在初张拉区进行第一次张拉部分预应力，使梁板能够承受起吊运输时的构件自重和冲击荷载。采用两端对称张拉，由应力和伸长值进行双控。通过无线传输技术以及物联网技术自动采集智能张拉系统数据，将施工数据通过无线网络实时传输至智慧梁厂数字化管理平台，实现张拉施工信息自动记录、施工过程实时监督。

(2)第二阶段张拉：将构件吊离预制台座，运输到存梁区后养护，待梁体混凝土强度、弹模、龄期达到设计要求后，在存梁台座上进行第二阶段预应力张拉。张拉全部完毕后，即进行孔道压浆封端，移动台座吊至钢筋绑扎区进行下一片预制T梁生产。

4 施工综合效益分析

本文采用的预制T梁“移动底模台座+固定液压模板”流水线施工技术与传统“固定底模台座+传统普通模板”“固定底模台座+移动液压模板”工艺相比，主要优势如下：

(1)智能移动台座可实现流水线作业，压缩工序衔接时间，实现标准化施工。

(2)侧模固定在每条生产线两侧，仅需横向移动，利用液压系统整体拆合模板，拆除时无需敲打撬，预制梁成品保存好，避免缺边掉角现象。

(3)液压端模利用移动台座实现端模整体纵向滑移安拆，方便施工。

(4)智能蒸汽养护无死角，在短时间内高效提升混凝土强度及弹性模量，加快移动台座的周转速度，极大减少台座数量；养护期间基本无明水，施工形象好。

(5)两次预应力张拉，可较好地控制梁体起拱值，减少预应力损失；张拉区域相对固定，安全性较好。从施工工效角度比较，30m预制T梁的生产周期如图3所示。流水线施工周期最短，每片梁的生产周期可按4d控制，由于模板安拆、工序衔接和蒸汽养护有效地缩短了预制周期。其中，以模板安拆为例，移动台座充分利用机械设备使模板安拆时间缩短至6h。流水线施工方式合理布置预制各道施工工序，在固定区域完成作业，提高了设备使用效率。蒸汽养护具有温湿度高、早强快硬的特点，加快了预制台座的周转速度和缩短预制构件生产周期。

(a)预制施工工期(单位：h)

以项目东段6919片30m标准T梁生产为例，三类模板经济效益对比如表1所示。根据三类模板预制生产周期及施工工期要求，移动台座+液压模板施工台座数量显著减少，对应所需的场地面积相比传统方式减少了63%。人工费用按250元/工日计，移动台座+液压模板每片T梁可节约250×10×6-250×4×3=12000元人工费，每套液压模板(含设备)比普通模板多20万元，移动台座比固定台座多110万元，智能蒸养设备比喷淋设备多32万元，比传统方式累积节省费用达5026万元。

表1 经济效益对比

5 结 语

(1)预制梁场采用工厂化流水线生产模式，通过对全生产要素进行数字化、信息化改革，实现制梁“智慧化”。

(2)移动台座+液压模板，发挥了基于施工工序的流水线作业优势，模板安拆效率提升了3倍，蒸汽养护节省了65%养护时间，两阶段预应力张拉减少了预应力损失，制梁生产周期缩短了60%，取得良好的综合经济效益。

(3)对于预制场地有限、施工工期短、施工任务重、施工环境复杂的桥梁预制施工，特别是对于2000片以上大批量标准梁片的生产，新预制梁T梁生产工艺具有显著优势。