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1、大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工工法中铁四局集团有限公司1. 前 言近年来，随着桥梁跨径的增大，大直径超长钻孔桩在铁路和公路桥梁基础中得到广泛应用，相应的钢筋笼直径和长度也向大口径和超长方向发展。大直径超长钻孔桩钢筋笼具有节段多、自重大、接头多、易变形等结构特点，制造和安装工艺要求较高，传统的钢筋笼制造、安装工艺难以满足大直径超长钻孔桩施工的需要。宁波铁路枢纽新建北环线工程甬江左线特大桥主桥为主跨468m钢-混混合梁斜拉桥，为满足索塔基础的3.0m、桩长132.5m的钻孔灌注桩施工需要，课题组对“大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装”施工进行技术研究，解决了大直径超长钢筋笼易变形、直螺
2、纹套筒连接精度不易控制、钢筋笼安装不易定位等难题，实现了施工集约化、快速化，取得了良好的经济效益和社会效益。并申请了发明专利“大直径超长钻孔桩自由吊挂定位系统”（受理号：201210183782.8），经总结施工经验形成该工法。2. 工法特点2.1 采用长线加工法在定位胎具上分段同步制作钢筋笼。设计制造了一种胎座式钢筋笼加工模具，多节段同时加工，能够控制钢筋笼轴线偏差，保证主筋匹配对接精度。2.2 钢筋笼对接时相邻主筋采用直螺纹套筒错位反向对拧法，有效地解决了主筋间距小带来直螺纹套筒施拧不便的难题，大大地提高了施工效率。2.3 钢筋笼采用单主梁、双天车龙门吊吊装施工方法。利用龙门吊双钩可进行钢
3、筋笼安装作业的同时也可进行钢筋笼吊起作业，方便快捷，提高了钢筋笼安装施工工效。2.4 安放钢筋笼时采用自由吊挂定位方法。在龙门吊双天车作业时，利用设计的“十”字型吊具进行多吊点吊装，吊具的上、下吊梁采用同心销轴连接，钢筋笼在悬吊状态可自由转动，解决了钢筋笼下放转动对位调整的难题。利用钢板挂钩与支撑平台对一般节段钢筋笼进行临时定位，钢板挂钩位置可自由调整；利用吊杆和吊挂定位环配合钢板挂钩对顶节钢筋笼定位，有效地解决了小间距主筋钢筋笼安放时定位难、精度低的问题。3. 适用范围本工法适用于铁路和公路桥梁桩基础的大直径超长钻孔灌注桩钢筋笼的制作与安装施工。4. 工艺原理采用长线法在胎具上分节制作钢筋笼
4、。制作节段组装前，预先使用直螺纹套筒将制作节的主筋与前一节段主筋匹配连接，线性调整顺直后焊接固定在加劲箍上。钢筋笼吊装时利用履带吊将节段钢筋笼从加工场地运至吊装处，利用双天车双钩龙门吊可在钢筋笼安装作业的同时进行钢筋笼吊起作业，钢筋笼的重量随着钢筋笼的接长而增加，当已吊装钢筋笼的重量达到单天车额定起重量后，改用双天车配合“十”字形吊具进行多吊点吊装，采用扭矩扳手对直螺纹套筒接头进行错位反向对拧；一般节段钢筋笼利用挂钩吊挂在支撑平台上临时定位，顶节钢筋笼利用吊杆、挂钩和吊挂定位环吊挂定位。5. 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程钢筋笼制作及安装工艺流程如图5.1-1。图5.1-1 钢筋笼制作
5、及安装工艺流程5.2 操作要点5.2.1 钢筋笼加工场地布置结合现场条件，为了钢筋笼吊运和安装方便，钢筋笼加工场地宜选在钻孔桩施工现场，场地硬化后划分作业区，四周设置排水沟。钢筋笼加工场地布置见平面布置图5.2.1所示：图5.2.1 钢筋笼加工场地布置图5.2.2 胎座设计及制造 钢筋笼胎座如图5.2.2所示。胎座支撑横梁间距为2m，型钢均采用槽钢；为了便于钢筋笼制作成型后从胎座上提吊运输，定位钢板采用小半弧型，厚度2cm。图5.2.2 钢筋笼胎座5.2.3 钢筋笼制作钢筋笼采用长线法加工，分节制作，操作步骤如下：1将主筋铺设在胎座的凹口处，接头采用直螺纹套筒匹配连接。分节处主筋用喷漆做上记号
6、，以方便钢筋笼对接。2加劲箍采用工字钢卷制成型，每隔2m利用定位器与主筋和箍筋焊接。同一截面主筋与加劲箍焊接根数为100%，主筋与箍筋焊接根数不少于50%。3卸下所有直螺纹套筒，用龙门吊将制作完成的前几节钢筋笼吊至存放区，将下节钢筋笼吊至胎座顶部。4以下节钢筋笼为首节，采用同样的方法循环制作其余节段钢筋笼。5钢筋加工完毕之后，利用龙门吊和履带吊配合将钢筋笼吊运至存放区。钢筋笼每道加劲箍下面垫上枕木以防止钢筋笼变形，并隔离地面防止污染。5.2.4 钢筋笼吊装 1钢筋笼吊点设计钢筋笼吊点采用中心偏下开设吊装孔的钢板加固，其顶部于加劲箍底平齐。每节钢筋笼设置四个吊点，钢板与主筋连接处满焊，见图5.2
7、.4-1。图5.2.4-1 吊点示意图2吊具设计 为了方便钢筋笼多吊点吊装，设计了一种“十”字形吊具，见图5.2.4-2。图5.2.4-2 吊具 设计的“十”字型吊具主要有吊梁、上分配梁、下分配梁、销轴组成，钢筋笼通过销轴可在空间中自由转动，有利于钢筋笼安装时定位。通过下分配梁处多吊点，最大限度减小钢筋笼起吊时的自身变形。3支撑平台设计支撑平台设计平面见图5.2.4-3所示。支撑平台平置于钻孔桩孔口上，支撑平台骨架采用双拼工字钢制作，内嵌一个直径大于桩径0.2m的钢板圆筒，圆筒四周与型钢骨架间焊接加劲板，支撑平台上铺防滑钢格网。工字钢上下翼缘焊接钢筋，为增加钢筒与工字钢接触面积，圆筒与工字钢肋
8、板相切。图5.2.4-3 支撑平台(单位：cm)4龙门吊双钩作业1）钢筋笼长、自重大，为最大程度减小钢筋笼起吊过程中变形，利用履带吊运输至龙门吊处，履带吊配合龙门吊慢慢将钢筋笼吊起，使钢筋笼由水平方向转变为垂直状态。2）龙门吊将钢筋笼吊送至钻孔桩孔口，对位下放；双钩龙门吊可同时进行钢筋笼安装和钢筋笼吊起作业，在吊装下放钢筋笼的总重量大于单台天车额定起重量后，改用双天车双钩抬吊吊具。钢筋笼吊装过程示意图见图5.2.4-4。图5.2.4-4 钢筋笼吊装过程5双筋直螺纹套筒错位反向对拧双筋或三筋钢筋笼主筋间距小，采用双筋直螺纹套筒错位反向对拧法施工，见图5.2.4-4。相邻两根主筋接头在胎架上加工钢
9、筋笼时就错位布置，套筒自相邻的全丝端钢筋向半丝端钢筋旋拧方向均为反向，且钢筋笼连接时双筋套筒均为反向对拧。图5.2.4-4 双筋直螺纹套筒错位反向对拧法示意图6钢筋笼自由吊挂定位1）一般节段钢筋笼下放时，将钢板挂钩一端穿插在钢筋笼的主筋之间加劲箍之下，另一端挂在可沿半径方向自由滑动的支撑平台的圆筒钢板上，实现一般节段钢筋笼临时吊挂。2）顶节钢筋笼完成临时吊挂后，安装吊挂定位环，利用单端套丝的钢筋制作吊杆，套丝端穿过吊挂定位环上的预留孔拧紧螺母，吊挂定位环起吊后多根吊杆呈铅锤状态，然后吊杆下端采用双面焊与钢筋笼主筋焊接，吊挂定位环缓缓落下后通过挂钩钢板精确定位吊挂在支撑平台上。钢筋笼定位见图5.
10、2.4-5。(1) 一般节段钢筋笼定位(2) 顶节钢筋笼定位图5.2.4-5 钢筋笼吊挂定位5.3 劳动力组织劳动力组织表见表5.3。 劳动力组织表 表5.3序 号工 种人 数职 责1钢筋工45钢筋笼制作、安装2电焊工10钢筋笼焊接、胎座焊接3模板工10胎座施工4电工2现场用电线路、设备的电力保障5龙门吊司机4龙门吊操作6履带吊司机2履带吊驾驶7测量技术员2供应物资材料、技术、测量8试验员2施工中的试验检测和监控合 计776. 材料与设备 本工法没有特殊材料。主要机械设备见表6。主要机械设备表 表6序号设备名称单位规格型号数量备注1龙门吊台MJ (85+85)T2钢筋笼安装台MH10T2钢筋笼
11、制作与存放2履带吊辆QUY702吊运钢筋笼3胎座台50m4.5m2用于钢筋笼长线法加工4钢筋调直机台GT122用于箍筋调直5钢筋弯曲机台GW-50A6用于高强度螺栓安装6钢筋套丝机台TY-40A4用于直螺纹套丝7扭矩扳手把12寸20用于直螺纹套筒连接8电焊机台BX1-50010钢筋笼制作9全站仪台DTM5532胎座坐标放样、钢筋笼垂直度控制10水准仪台DSZ22胎座和支撑平台水平控制7. 质量控制7.1 质量控制标准钢筋笼制作与安装严格执行现行的铁路桥涵施工技术规范(TB10203-2002)、滚轧直螺纹钢筋连接接头(JG163-2004)、铁路桥涵工程施工质量验收标准(TB10415-200
12、3)和钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)及其他有关规定。7.2 质量控制措施7.2.1 主筋及箍筋在制作前必须调直，没有局部的弯折。主筋用整根钢筋，分段后的钢筋接头相互错开，保证同一截面内的接头数目不超过主筋总数的三分之一，接头错开间距不小于1m，接头需切割或磨平。7.2.2 钢筋笼的焊接必须牢固，保证焊缝长度和饱满度，焊缝要求清除焊渣。焊接时要预先调试电流，严禁电流过大烧伤主筋。7.2.3 钢筋下料时用钢筋切割机进行切割，严禁使用电弧焊烧断；钢筋端面平整并与钢筋轴线垂直；不得有马蹄形或扭曲；钢筋端部不得有弯曲；出现弯曲时调直。7.2.4 丝头有效螺纹中径误差不得超过0.2
13、mm。标准型接头丝头有效螺纹长度应不小于1/2连接套筒长度。丝头加工完毕径检验合格后，立即带上丝头保护帽或拧上连接套筒，防止装卸钢筋时损坏丝头。7.2.5根据钻机平台标高设置吊筋；起吊时，吊点拴牢并布置于直径方向，使钢筋笼吊起后呈竖直状态。7.2.6 吊装钢筋笼时对准孔位轻放、慢放。若遇阻碍，随起随落和正反旋转使之下放。不高起猛放，强行下放，以防碰坏孔壁而引起塌孔。7.2.7 钢筋笼下放过程中，时刻注意观察孔内水位情况，如发现异常现象，马上停放，检查是否坍孔。7.2.8 钢筋笼下放至标高后，要检查钢筋笼是否中心偏位，需将钢筋笼固定在施工平台上，以防止钢筋笼在混凝土灌注过程中下沉或上浮。7.2.
14、9 成品保护措施：加工成型的钢筋笼按顺序摆放整齐，且下垫上盖，防止雨淋、受潮锈蚀以及泥土污染。8. 安全措施8.1 吊装钢筋笼要严格遵守起重机械安全规程的规定，起重机械运行前必须安置平稳，地面承载力满足要求，全面检查设备状况后方可作业。吊装钢筋笼时由持证指挥人员指挥；龙门吊及吊车等起重设备设专人操作、指挥，持证上岗，上岗前进行技术培训，制定专项制度和指挥联络方法。8.2 现场移动式电器设备使用橡皮绝缘电缆，横过通道时穿管埋地敷设；配电箱设总熔丝、分开关，动力和照明分别设置；夜间施工照明使用低压电路；在工作前应检查电动机的绝缘和接地情况是否良好；在露天的机械，电动机设防雨罩。8.3 钢筋切头使用
15、的砂轮机，安装牢固合适的砂轮罩，否则不得使用；开动砂轮机后空转4060s转速稳定后方使用，切头时站在砂轮的侧面，不可正对砂轮，以防砂轮片破碎飞出伤人。8.4套丝机应先空载试运转，进行检查、调整、各部位运转正常，方可作业；套丝时随时加润滑冷却液；按加工钢筋直径选用板牙头和板牙，板牙按顺序放入，作业时应润滑板牙；钢筋伸出卡盘端面的长度时，后部使用调整好高度的铺助托架。8.5 使用扳手拧紧套筒时，把死面作为着力点，活面作为辅助面，扳手钳口上或套筒上不准沾有油脂，以防滑脱损坏扳手或伤人；扳手与套筒要紧密配合，防止使用时打滑；禁止扳口加垫或扳把接管，在扳紧套筒时，不可用力过猛，要逐渐施力，慢慢扭紧。9.
16、 环保措施9.1 根据中华人民共和国环境保护法和当地政府颁布的各项环境保护规定，认真落实各项环保措施；建立施工责任区，明确管理人，做到现场清洁整齐。9.2在设备选型时选择低能耗、低噪声设备，加强履带吊维修保养，防止柴油、机油泄露，保证进气、排气系统畅通；使用0柴油和无铅汽油等优质燃料，减少有毒、有害气体的排放量。9.3保持施工现场整洁，钢筋切头套丝废料、废旧砂轮片等及时清除运走，弃至指定废物场。施工现场机械设备更换的零、配件应及时回收；废油、套丝机冷却液等液体进行回收处理，不得随意乱倒。9.4钢筋切头作业安排在白天进行，防止噪声扰民；钢筋笼焊接作业区设置围挡，白天作业防止光污染。10. 效益分
17、析10.1 经济效益大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工技术不仅解决了大口径超长钢筋笼制作与安装难题，而且缩短了钢筋笼制作与安装施工工期近20%，降低施工成本。钢筋笼加工场地规划合理，施工便捷，钢筋笼制作最快可达6d/孔；龙门吊双钩作业法和双筋直螺纹套筒错位反向对拧法大大缩短了钢筋笼安装时间，钢筋笼安装平均40h/孔。自由吊挂定位系统操作方便、节省材料、安全可靠。孔位上放置钢筋笼支撑平台，施工操作安全、方便，工人劳动强度小。以宁波铁路枢纽新建北环线工程甬江左线特大桥主桥为例，本工法与传统搭接焊相比，钢筋原材料节约198吨价值53万；电能节约80万；焊材节约40万；175吨龙门吊及其它机械设
18、备租赁时间缩短2个月，费用节约154万；减少施工人员工资160万；各项节约施工成本大416万余元。10.2 社会效益大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工长大钻孔灌注桩施工中具有安全、节省、快捷等特点，该工法对提高我国铁路和公路桥梁桩基础的施工技术水平具有较大的推动和促进作用。同时，所进行创新性的设计研发、应用研究使该工法具有更广阔的推广价值，社会效益显著。11. 应用实例11.1 宁波铁路枢纽新建北环线工程甬江左线特大桥主桥宁波铁路枢纽新建北环线工程甬江左线特大桥主桥位于浙江省宁波市，主桥为铁路钢-混混合梁斜拉桥，索塔设计为钻石型，全高177.91m。主跨以468m钢-混混合梁跨越甬江，主
19、塔基础采用48根3m长132.5m的大直径超长钻孔灌注桩，桩基钢筋笼长134.7m。钢筋笼采用28mm主筋，上部47m为双层三筋布置，下部87.7m为单层双筋布置，主筋间距14.11cm，钢筋笼单节采用长度为12m的主筋制作，从上至下共分11个节段，总重110t。主筋接长采用直螺纹套筒连接，前七节钢筋笼接头为126个/节，后四节为189个/节。索塔桩基础共3m钻孔灌注桩，使用大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工技术施工，于2011年2月开工，2011年8月竣工，平均每根桩施工周期一个月。本工法在大直径超长钻孔桩钢筋笼施工过程中具有操作简便效率高、施工安全精度高等显著优点，为类似条件下的钻孔
20、桩钢筋笼施工技术提供了很有价值的参考实例和经验。11.2 宁波市轨道交通1号线一期工程宁波市轨道交通1号线一期工程位于浙江省宁波市高桥西站高桥站区间跨甬金高速连接线，主桥为220m钢箱提篮式拱桥。主墩桩基础采用122m钻孔灌注桩，桩长76m。钢筋笼长为77m，上部30m为40根25主筋，主筋间距14.3cm，下部47m为20根25主筋，钢筋笼共分9个节段制作，采用“大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工技术”施工。该工程于2011年11月开工，2012年11月竣工，钢筋笼采用本工法施工，钻孔桩施工时间比原计划提前1个月，为上部结构施工争取了宝贵的时间，钢筋笼制作安装合格率达到100%，钻孔桩
21、超声波检测结果均为I类桩，施工全过程无安全质量事故发生，受到业主及监理单位的一致好评。11.3 江苏省海安县通榆路扩建工程江苏省海安县通榆路扩建工程南屏大桥主桥为独塔双跨(108m+80m)双索面斜拉桥。主墩桩基础采用202m钻孔灌注桩，桩长90m。钢筋笼单孔长为91.15m，87根28主筋，主筋间距12.6cm，钢筋笼共分11个节段制作，采用“大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工技术”施工。该工程桩基础于2012年9月开工，2013年3月竣工，钻孔桩钢筋笼采用本工法施工，钻孔桩施工时间比原计划提前1.5个月，为上部结构施工争取了宝贵的时间，钢筋笼制作安装合格率达到100%，钻孔桩超声波检测结果均为I类桩，施工全过程无安全质量事故发生，受到业主及监理单位的一致好评。在上述工程中，大直径超长钻孔桩钢筋笼快速制作与安装施工技术都得到了成功运用，圆满完成了施工任务，达到快速优质、安全经济的良好效果，为企业赢得良好的经济效益和社会效益。