浅谈大型预制构件施工技术

浅谈大型预制构件施工技术

申维刚

广东省长大公路工程有限公司广东省广州市510000

前沿

随着国内桥梁施工技术的不断发展，新材料、新工艺、新技术和新设备不断推广；桥梁建设的设计、施工理念正朝着“大型化、工厂化、标准化和装配化”进行发展。文章以港珠澳大桥墩台预制施工为依托，对桥梁建设新的设计和施工技术进行阐述。

1.工程概况

根据港珠澳大桥建设“大型化、工厂化、标准化、装配化”的设计理念，全桥深、浅水区非通航孔的墩身、承台均采用在预制工厂集中预制的方案进行施工。

CB04标预制场负责预制的构件包括两种：一种为承台+墩身（+墩帽）预制构件，一种为墩身（+墩帽）预制构件，预制构件总数量为71个，最大重量2837吨，最大高度为26.85m。

2.预制场场地布置

2.1厂址的选择

由于港珠澳大桥的预制构件的结构尺寸和重量的要求，对于预制构件的运输必须通过水运来完成。通过对珠三角地区出海口水域的现场实地踏勘，并综合考虑材料来源及组织、陆上交通、水上运输等客观因素，将港珠澳大桥CB04标预制场选址于中山市火炬开发区沿江东五路茂生村靠珠江出海口边的空地处。

2.2预制场产能规划

根据总体工期要求，预制梁预制及吊装工期允许为30个月。

根据该工期计划编制预制场施工计划，总体计划为：预制场临建施工6个月，首件施工3个月，墩身及承台预制18个月，存放及吊装在预制完成后3个月完成。

根据该预制工期规划承台和墩身预制生产线，本项目预制场负责施工的承台构件55个，墩身构件16个。

本预制场计划设置承台预制构件外模1套，墩身预制构件外模1套，外模通过轨道在几条生产线之间周转，因此预制生产计划和台座数量及模板的周转情况有关，根据工序计划编排，外模在一条生产线上施工的工期为10天，根据总体计划设置4条承台预制生产线和2条墩身预制生产线。工期计算如下：

承台预制构件：除去首件后剩余54个构件，则：54/4×10×4/30=18个月，满足要求。

墩身预制构件：墩身预制构件模板在一条生产线上使用时间为10天，而钢筋绑扎需15天，因此两条生产线每月只能生产2个构件，则：19/2=9.5个月，满足要求。

3.预制场总体规划

根据预制的总体部署将港珠澳大桥主体工程CB04标下构预制厂布置于中山市火炬开发区广东长大中山基地一期用地中，预制场长约340m，宽约192m，总占地面积约为61979m2。预制厂按照功能分区为：办公生活区、预制件生产区、拌和站区、实验室、钢筋加工厂、材料堆放区等。同时于预制场北边临近河道处，设置预制件出水码头，以满足预制件运输要求。

3.1生产区布置

生产区又分为承台生产区、墩身生产区及纵横移轨道区。承台生产区分为：承台钢筋整体绑扎区、砼浇筑生产区、成品存放区；墩身生产区分为：墩身生产区、成品存放区。由于预制厂地质较差，各台座下均采用打设PHC500管桩进行地基加固，以满足地基承载力要求。

1）承台生产区：设置4个钢筋绑扎台座，对应4个生产台座，12个存放台座。

2）墩身生产区：设置2个生产台座，6个存放台座。

3）备用台座：墩身区和承台区分别预留1个备用台座位置，防止现场因素影响施工顺序造成预制场卡位现象发生。备用台座先不进行台座建设，只预留施工场地，前期可利用为材料堆放场地。

4）横移轨道：横移轨道的设置可以实现绑扎钢筋骨架向生产台座的转移和预制件砼浇筑完毕后向存放台座的转移。横移轨道中心间距8.8m。

5）纵移轨道：通过纵移轨道，将预制件运至出海码头。通过运输船运至指定安装位置。由于纵向移动时构件的方向不能变，所以在纵向移动时墩身构件和承台构件的宽度是不一致的，为了尽量少设纵移轨道，纵移轨道由3条单轨组成，负责承台构件和墩身构件的运输，其中墩身纵移轨道中心间距为3.5m，承台纵移轨道为7.8m，两种构件共用其中最外侧的单轨。

6）转换台座：在横移轨道和纵移轨道的交接处，通过设置转换台座来实现台车的转换。

预制场整体布置实体图和效果图

4.预制构件施工工艺

4.1钢筋施工

4.1.1钢筋施工重点难点

(1)高性能环氧钢筋防护要求高。为保证高性能环氧涂层钢筋的耐久性能满足120年使用要求，钢筋加工设备必须采用特殊的保护装置保证涂层的完整性。现场绑扎过程中，任何过大的磕碰和撞击都可能破坏环氧涂层，对环氧涂层的保护和防护都有极高的要求。

(2)钢筋结构复杂、预埋件较多，施工繁琐。承台和墩帽钢筋结构复杂，钢筋种类及型号繁多，不同断面和层间钢筋干扰大，需精细筹划每一步钢筋绑扎顺序；同时预制墩台内预埋件种类较多，不同的预埋件预埋位置不同，给钢筋施工带来较大的难度。

(3)钢筋整体绑扎高度高，精度要求高。为缩短混凝土浇筑龄期差，预制桥墩钢筋骨架施工采用整体绑扎的形式进行，即在混凝土浇筑前，承台钢筋和墩身标准节钢筋一次绑扎成型，钢筋笼高度高达18.5m。在钢筋绑扎过程中，对钢筋骨架的整体稳定性，及钢筋笼的抗风要求非常高。同时对钢筋骨架本身的竖直度要求高。

4.1.2钢筋施工重点、难点解决措施

（1）现场钢筋安装其他施工控制点及注意事项

1.现场钢筋安装时主要有摆放和穿筋两种方式，在施工时需注意对环氧钢筋的保护，轻拿轻放，严禁拖拽钢筋，避免钢筋之间或者钢筋与骨架之间摩擦导致环氧涂层破坏；2.现场结构环氧严禁风割、电焊，骨架焊接时需对环氧钢筋进行保护处理，所有定位环氧钢筋的定位筋均采用自加环氧钢筋；3.环氧钢筋与其他未作防腐处理的骨架、定位筋之间均需采用橡胶皮进行隔开处理；4.在钢筋施工过程中，利用木夹板在钢筋网上形成人行通道，防止人员直接踩踏环氧钢筋；5.在钢筋施工过程中，定员两人在现场进行钢筋补涂作业，防止出现破损的环氧钢筋漏补情况发生。6.现场骨架阻碍钢筋施工需切割的部分，需经现场施工技术员同意方可进行。

（2）制定钢筋安装标准化制度

1.编制预制墩台钢筋安装标准化手册。针对预制墩台钢筋施工，按照钢筋施工顺序、劲性骨架施工顺序，制定钢筋安装施工流程图；现场钢筋安装严格按照施工流程图进行安装。2.制定钢筋安装三检制度。现场钢筋按步骤进行验收，每次报检由工班自检完成，通知施工员交接检，施工员通知质检员质检，质检员在三检完成后报监理进行验收。内部三检需填写三检表。3.制定预埋件验收制度。为防止构件预埋件少埋、漏埋，并确认预埋件位置的精确，在砼浇筑前实行预埋件验收手续。针对每个墩台制定预埋件验收表格并进行验收。

4.2模板施工

4.2.1模板施工方案比选

根据设计图纸要求，预制构件不允许设置对拉螺杆，以免影响构件的耐久性；同时由于构件高度较高，故对构件模板支撑系统的刚度要求较大，以保证模板的变形要求。

针对构件的模板施工工艺，项目部针对预制构件的结构形式，对采用液压整体式模板安装系统和散拼式模板（利用门吊进行安装）进行了工艺对比，最终采用整体式液压模板；工艺比选如下：

经组织讨论研究后，最终采用液压整体式模板系统，通过模板设计，预制构件模板可以自动行走，开合以及结构尺寸的调整，实现了模板施工的半自动化控制。

4.2.2模板总体配置

承台区共配置一套外模，包含承台外模及门架支撑系统、芯模及预埋骨架、2.5米墩身外模及内模系统、2.5米以上墩身外模及内模系统、行走系统和液压系统。

墩身区共配置一套外模，包含上节墩身外模系统、151#上节墩身外模系统、下节墩身外模系统、内模系统、行走系统和液压系统。

模板系统

4.3混凝土施工

4.3.1混凝土施工简述

预制构件为大体积混凝土结构，整体式构件混凝土浇筑方量约1000m3，单次浇筑方量最大约750m3，历时27h-29h。

预制场搅拌站设置两条生产线进行混凝土拌制。在进行混凝土浇筑时，采用两台泵车进行分层浇筑，每台泵车配备两台混凝土运输车供应混凝土。

4.3.2大体积混凝土配合比设计

通过密实骨架堆积法对混凝土的配合比进行设计，采用参入Ⅱ级粉煤灰和S95级矿粉取代部分水泥，大幅度减少水泥用量，从根本上大大降低了混凝土的水化热，且混凝土经密实堆积设计后，优化了集料的组成级配，显著提高了混凝土材料的结构致密性，在保证混凝土具有良好工作性的条件下，最大限度地降低胶凝材料的用量，进而提高混凝土的力学性能、耐久性和经济性。

4.3.3温控计算

承台混凝土强度等级为C45，墩身部位混凝土强度等级为C50。浇筑工作量大，按照承台、墩身的结构尺寸，考虑温控及施工需要，采用ANASYS对承台进行建模及大体积混凝土温度计算。

通过温度分析，大体积混凝土结构最高温度、最大温差见表2-1。

港珠澳大桥预制构件承台一次浇筑，在取消冷却水管降温的情况下，由于一次性浇筑方量较大，结构沿高度方向较厚，承台部分最高温度达到72.2℃，内外温差为31.1℃，墩身部分最高温度达到73.5℃，内外温差为33.8℃。根据分析结果可知，混凝土各结构部位内最高温度均超过70℃，而内表温差亦超过规范规定的25℃。

在采用预埋冷却水管降温的施工措施情况下，承台部分最高温度为65.9℃，内外温差为22.3℃，墩身部分最高温度为68.9℃，内外温差为23.9℃，大体积混凝土结构内部最高温度小于70℃，内外温差小于25℃。

故在实际施工过程中，通过设置冷却水管进行降温的方式抑制内部温升和减小结构内外温差，以避免大体积混凝土温度裂缝的产生。

表2-1大体积混凝土温度分析结果（℃）

4.3.4构件移运

构件移运采用轮轨式的移运方式实现预制构件在场内的横纵移以及构件出运。同时采取以下措施对轮轨式移运的缺点进行了优化设计。

轮轨式移运主要优点

（1）、采用分配梁，厚80cm，车长对地基要求低

（2）、横纵移车可做成全通用，模块化。

（3）、安装变频器，启动和停止平稳可靠，连续性移动，过程无冲击。

（4）、操作简单，所需操作工人少。

（5）、移运效率高，横纵移交叉处不用轨道转换，横移轨道轨距相同，不用掉头

（6）、轨道在地基沉降比较大的情况下可拆开垫钢板调整。轨道后期维护成本低，除非磨损。工程完工后，轨道便于回收。

（7）、采用操作人员站于台座外侧利用手轮摇动驱动齿轮齿条移入橡胶垫块。无需进入台座空间。

对于轮轨式移运的缺点，采取以下措施进行解决

（1）、如何适应滑道沉降或起伏。

解决方法：油缸串联，油压相通，自动调整。

（2）、如何应对千斤顶失效，如千斤顶内泄，油管爆裂等。

解决方法：油缸串联，压力相等，内泄只是某个油缸失效，但油压没有损失，其他油缸可以支撑构件重量。油管爆裂时，油缸卸载，构件下落高度为预设的1cm，构件落到混凝土台座上（需要将混凝土支撑台座满场地布置，我方预制场设计时没有。）

（3）、台车如何在纵移轨道之间、横移轨道之间、纵移到横移轨道之间周转。

解决方法：横移轨道间转换靠简易门架，纵移轨道之间和纵横移之间转换，可以用汽车吊拆装。

（4）、驳船坐底基础可能出现沉降，上船接头处产生高差，如何处理

解决方法：做活动轨道。

（5）、无油轴承、钢轮磨损、电机损坏如何更换

解决方法：功率储备足够克服增加的摩擦力，待一个工作周期结束后，拆下维修。

构件移运

5预制构件施工工艺的研发成果

通过对港珠澳大桥大型预制构件技术和质量精细化管理的研究，取得了一定的社会效益和经济效益。通过对大型预制场的研究，不单解决了大型预制构件的几个重点难点问题，形成了大型预制场场地建设方面的成果，还实现了诸如大型模板设计创新设计、预制构件运输小车的创新设计、总结出大体积砼施工标准化、钢筋施工标准化、各种工艺试验研究成果总结等，形成了一整套的施工技术资料。这些成果不单给项目部带来了重大的经济效益，还产生了重大的社会效益，对今后同类项目的建设具有良好的借鉴意义。