大直径超长桩钢筋笼制作安装技术

　　摘要：结合苏通大桥南塔墩钻孔桩钢筋笼施工实践，介绍了大直径超长钢筋笼为解决运输安装易变形、对接难度大、安装周期长等难题，而采用的钢胎架长线匹配法制作安装技术。
　　关键词：苏通大桥，超长钻孔桩，钢筋笼，制作安装
　　
　　1.前言
　　桩基直径在2m以上，桩长超过100m的桩基一般称为大直径超长桩。其钢筋笼相对于普通钢筋笼来说，具有直径、长度、重量较大，分节对接次数、钢筋接头多等特点。在制作安装过程中不可避免地产生了对接难度大、现场安装周期长，以及加工、运输、吊装、对接、下放过程中易发生变形等难题，最终影响钢筋笼安装质量，甚至由于钢筋笼安装周期过长导致孔壁坍塌、孔底沉淀过大等质量隐患。为了尽量缩短超长钢筋笼现场安装周期，施工中必须采取有效措施，减少各节钢筋笼制作时的误差，保证相邻节段钢筋笼精确匹配、快速对接。（职称论文）
　　2.苏通大桥南塔桩基钢筋笼概况
　　苏通大桥南塔墩基础共有131根直径D2.8～2.5m变截面钻孔桩，设计桩长114m，为典型的超长大直径钻孔桩。钢筋笼设计长度117.4m，主筋采用直径40mm的III级钢筋，其中变截面以上部分采用双层主筋，横断面上主筋数量达到72根，单个钢筋笼总重量达到68t。其具体构造见图1。
　　
　　图1苏通大桥南主塔墩钻孔灌注桩钢筋笼结构图
　　该钢筋笼制作安装的难点及对策如下表：
　　表1-超长钢筋笼制作安装难点及对策一览表
　　序号 难点 对策
　　1 钢筋笼设计为变截面，接头数量多，要保证全部72个接头100%匹配难度相当大；钢筋直径大，现场调整基本无法实现。 钢胎架长线匹配法制作钢筋笼确保相邻节段钢筋笼接头的高精度匹配。
　　2 相邻节钢筋笼间的连接接头达到72个，按常规工艺仅一个接头连接时间将达到4-6个小时，无法满足要求。 采用镦粗直螺纹套筒接头，匹配预制，缩短接头施工时间。
　　3 钢筋笼采用国内最长的12m定尺钢筋制作，不含引笼分为10节预制，按常规工艺需对接9次，加上吊装时间，安装周期将达到50小时左右。 现场利用提前扫完孔的护筒作为场地，提前将2-3节12m标准长度的钢筋笼节段进行预拼，减少待浇孔位钢筋笼安装时间。
　　4 钢筋笼直径吊装运输过程中容易发生变形。 钢筋笼除设计上每2m布置一根直径40mm钢筋加工而成的加强箍外，在钢筋笼吊点位置设置型钢加工成的加强圈。
　　5 钢筋笼直径及重量大，现场安装吊装设备要求高。 采用动臂吊机作为现场钢筋笼吊装的主要设备，浮吊配合。
　　以下详述各环节的关键技术。
　　3.钢筋笼制作安装方法的确定
　　在以往桩基施工中，常用的钢筋笼制作技术有卡板成型法、支架成型法、胎具成型法、加劲筋成型法。
　　（1）卡板成型法
　　用2cm~3cm厚的木板（或薄钢板）制成两块半圆卡板。按主筋位置，在卡板边缘凿出支托主筋的凹槽，槽深等于主筋的一半。制作骨架时，每隔3.0m左右放一块卡板，把主筋纳入凹槽，用绳扎好；将螺旋筋或箍筋套入，并用钢筋丝将其与主筋绑扎牢固。
　　（2）支架成型法
　　支架由固定和活动的两部分组成，按骨架长度，每隔2.0m左右设支架一个。各支架应互相平行，圆心应位于同一水平直线上。制作时，把主筋逐根放入凹槽。然后将箍筋按设计位置放在骨架外围，弯绕成圆箍，并与主筋点焊连接。焊好箍筋后，把活动支架和固定支架的连接螺栓拆除，从骨架两端抽出活动支架，整个骨架就可以从固定支架上取下。
　　（3）胎具成型法
　　这一方法即用槽钢和钢板焊成组合胎具，每组胎具由上横梁、立梁和底梁三部分构成。上横梁和立梁分别通过插轴、角钢与底梁连结，并与焊在底梁上的钢板组成同径、同主筋根数、有凹槽的胎具。为防止纵向倾斜，在斜拉杆插孔上插好斜拉杆。每个胎具的间距为设计加劲箍筋距离，即按每节钢筋骨架的加劲箍筋数量设立胎具。其场地必须垫平夯实，使胎具垂直于地面，且各胎具的轴线在一条直线上。然后，将加劲箍筋就位于每道胎具的同侧，按胎具的凹槽摆焊主筋和箍筋。全部焊完后，拆下上横梁、立梁，滚出钢筋骨架，即可焊制下节骨架。
　　（4）加强筋成型法
　　按设计尺寸做好加劲筋圈，标出主筋的位置。把主筋摆在平整的工作台上，并标出加劲筋的位置。焊接时，使加劲筋上任一主筋的标记对准主筋中部的加劲筋标记，扶正加劲筋，并用木制直角板校正加劲筋与主筋的垂直度，然后点焊。在一根主筋上焊好全部加劲筋后，用机具或人转动骨架，将其余主筋逐根照上法焊好，然后吊起骨架搁于支架上，套入盘筋，按设计位置布好螺旋筋并绑扎在主筋上，点焊牢固。
　　由于苏通桥钢筋笼直径较大，后场制作存在一定的困难，而常规制作工艺多应用于直径较小的钢筋笼。当钢筋笼直径较大时，若采取胎具成型法或支架成型法，势必对胎具或支架材料数量需求较多，造成施工成本的提高，同时制作工效也较低；若采用箍筋成型法或加劲筋成型法，施工精度又不易保证。因此，苏通大桥钢筋笼的制作切实需要一种成本较低，而施工精度又容易保证的新工艺。为此，在吸收胎具成型法与加劲筋成型法各自优点的基础上，研发了钢胎架长线匹配法制作钢筋笼的新技术。
　　4.钢筋笼分节与连接
　　（1）钢筋笼分节
　　钢筋笼在后场分节预制，标准分节长度通常根据钢筋的定尺长度确定。由于苏通大桥桩基施工工期紧张，为加快施工进度，减少钢筋笼在现场的连接作业时间，采用了12m标准定尺长度，标准分节长度为12m，加工分为10小节（预拼成4大节）：36m（3×12）+36（3×12）m+24（2×12）m+21.4（12+9.4）=117.4m。
　　（2）钢筋的连接
　　钢筋的连接可选择直螺纹套筒连接、焊接、冷挤压连接和U形卡连接等方式；根据苏通大桥试桩经验，采用了镦粗直螺纹套筒连接。其接头的加工包括钢筋的墩头和套丝，墩头和套丝均采用直螺纹墩头机和套丝机进行加工。直螺纹钢筋接头的加工和连接工艺流程见图2所示。
　　
　　图2直螺纹钢筋加工工艺流程图[!--empirenews.page--]
　　5.钢筋笼预制场地及钢胎架设置
　　（1）钢筋笼预制场地的布置
　　根据进度需要，布置2个作业区。每个作业区长55m、宽20m，并列设置3条台座作业线，区内布置10吨门吊一台负责钢筋笼制作、5吨门吊一台负责钢筋吊运、加工。
　　单条作业线长度50m、宽度3m，考虑4节标准节段的长度外加富裕空间。并列的两条作业线间距离1.5m-2.0m。钢筋笼制作场地硬化处理后，铺设10cm左右的砼垫层，砼垫层内在对应位置预留钢胎架固定锚固件。
　　（2）钢胎架的设置
　　钢胎架包括圆弧钢板骨架与加劲筋圈两部分组成。圆弧状钢板骨架按照钢筋笼半径加工，骨架上按照主筋位置与半径大小设置主筋凹槽，该骨架在钢筋笼纵向每4m设置一道。钢板骨架如图3所示。
　　
　　图3钢板骨架结构图
　　在砼垫层顶面布置钢筋笼台座、安装并调整好平面位置、标高后，严格固定胎架。各胎架纵向间距4m，胎架顶面平整度应用水准仪检测，相邻胎架高差应控制在1cm以内。在钢筋笼制造过程中应经常检测胎架下沉、变形和位移等情况，如发现超出允许值的应及时调整。钢胎架现场布置见下图4。
　　
　　图4主塔墩钢胎架布置图片图5钢筋笼加劲骨架
　　6.钢筋笼长线匹配预制
　　制作钢筋笼节段时，首先在各凹槽上放置主筋，然后在主筋上按标好的位置安装加劲筋圈，并点焊。由于加劲筋圈直径较大，为防止其变形，提高钢筋安装精度，在每道加劲筋圈内增设十字钢筋支撑。
　　同时在钢筋笼吊装位置布置型钢加劲圈，确保钢筋笼具有足够的刚度，而不发生变形。加劲圈由钢板卷制，中间焊接十字槽钢支撑，骨架与钢筋采取点焊连接。钢筋骨架如图5所示。
　　最后按照加劲筋成型法的施工流程安装其它主筋及螺旋箍筋，制作完成钢筋笼。
　　钢筋笼接头的镦粗直螺纹工艺要求主筋的加工精度必须保证，因此其加工必须与试拼同时进行，即以长线法施工。
　　钢筋笼制作时按设计要求对称布置4根声测管（同时用作注浆管）及注浆管，声测管和压浆管通过定位钢筋定位，实施焊接，其位置与主筋不重叠，避免影响混凝土浇注质量。
　　胎架长线匹配法的具体施工流程如下：
　　（1）在钢筋笼加工船上，按12m一节的长度连续加工4个钢筋笼节段。
　　（2）将加工好的钢筋笼在第3、第4节位置拆开，将钢筋笼的第1～3节段作为钢筋笼的第一节段。
　　（3）移开第1、2、3节段，按照同样的方法以钢筋笼的第4号节段为基础，按12m均长节段接长钢筋笼至第7节段。
　　（4）将加工好的钢筋笼在第6、7节段位置拆开，将钢筋笼的第4～6节段作为钢筋笼的第二节段。
　　（5）以第7节段为基础，接长加工下一节段，并最终完成全部节段的加工和预拼。
　　7.钢筋笼现场安装
　　（1）钢筋笼运输
　　钢筋笼在后场匹配预制完成后，用红油漆在接头位置标识出对位钢筋和节段编号后，拆除成12m一节的标准节段，通过门吊和25t汽车吊吊装上平板车，按前场安装顺序运输至码头后，通过50t履带吊装船运至现场。
　　（2）钢筋笼吊装入其它孔内预拼
　　标准节钢筋笼长度12m，每桩位钢筋笼接长需接长9次，虽通过匹配预制和螺纹套筒接头大大缩短了周期，但整个钢筋笼安装时间仍在36小时以上。为进一步缩短周期，采用了在待浇孔周边的孔位内预拼技术，即对待浇孔周边孔位提前扫孔至护筒底，在护筒内形成了40m长度以上的空间。在此空间内将12m标准钢筋笼节段拼装成36m（24m）长度，整个钢筋笼预拼成36m+36m+24m+21.4m四节，仅接长3次，缩短安装周期10小时以上。
　　（3）钢筋笼安装入待浇孔
　　在钻孔完成并检测泥浆指标符合要求后，采用动臂吊机吊装预拼好的4大节段钢筋笼入孔安装就位。
　　钢筋笼对接配备6把管钳，12个工人实施接头快速对位和接头施拧。接头套筒提前安装于下一节段钢筋端部，按提前做好的标识，对位好钢筋后，拧动套筒直至完全套入上一节段钢筋端部的丝口。
　　（4）钢筋笼的定位与保护层设置
　　设置钢筋笼保护层方法有绑扎混凝土垫块法、焊接钢筋混凝土预制垫块法、焊接钢筋耳朵法、钢垫环法、导向钢管法等。苏通大桥主墩桩基净保护层厚7cm，采用焊接钢筋耳朵法设置混凝土保护层。
　　由于钢筋笼设计顶标高在水下，为实现钢筋笼的竖向和平面定位，钢筋笼顶面接长设置了14m引笼，引笼顶标高距离护筒顶1m左右，采用28mm直径的螺纹钢加工，平面上对称布置8根。通过引笼标高和平面位置的定位确定钢筋笼的定位。
　　8.结论
　　通过上述技术的成功应用，大大提高了超长钢筋笼对接匹配性和安装质量，降低了钢筋笼接长难度和工作量，显著缩短了超长钢筋笼现场安装周期，全部131根117.4m长、重达68t的大型钢筋笼现场安装时间控制在了平均32小时左右，最快达到了仅24小时。
　　同时钢筋笼安装速度和质量的提高对于降低坍孔风险和孔底沉淀层厚度也具有重要意义，最终确保南塔墩131根桩在施工中未发生塌孔、桩底沉渣小于5cm、成桩检测均为I类桩。实践证明苏通大桥南塔墩桩基大直径超长变截面钢筋笼采用的钢胎架长线匹配法预制安装技术可在类似工程中参考借鉴。
　　
　　
　　参考文献
　　（1）徐麟•苏通大桥主桥基础设计•北京：中国科学技术出版社，2004
　　（2）公路桥涵施工技术规范•北京：人民交通出版社，2000
　　（3）交通部第一公路工程总公司•桥涵•北京：人民交通出版社，2000

《大直径超长桩钢筋笼制作安装技术》

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