預(yù)制裝配式高架橋下部結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)安裝方法

張 瑋

上海浦興路橋建設(shè)工程有限公司 上海 201206

上海市濟(jì)陽(yáng)路快速化改建工程全線采用預(yù)制拼裝工藝施工，相對(duì)于現(xiàn)澆施工而言，不僅節(jié)約了工期，提高了施工質(zhì)量，也大大減少了施工對(duì)周邊交通的影響，該工藝非常適合用于城市中心區(qū)域復(fù)雜工況下的施工。

1 工程概況

濟(jì)陽(yáng)路快速化改建工程道路斷面形式為“主線高架＋地面輔路”，工程內(nèi)容包括主線高架、新建匝道、老橋拆除、頂升改建、地面道路、排水工程等。本項(xiàng)目包括下部結(jié)構(gòu)在內(nèi)，全線采用預(yù)制拼裝工藝施工，最大預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量240 t，預(yù)制構(gòu)件施工工藝精度要求控制在±2 mm[1]范圍內(nèi)。由于構(gòu)件體型大、質(zhì)量大，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝每個(gè)環(huán)節(jié)都需要確保施工準(zhǔn)確無(wú)誤，施工難度非常大。

2 下部結(jié)構(gòu)安裝方法

2.1 工藝原理

利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模、碰撞檢查，避免構(gòu)件生產(chǎn)返工所導(dǎo)致的損失。預(yù)制構(gòu)件廠內(nèi)利用預(yù)制構(gòu)件數(shù)字化信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件線上管理、數(shù)字化生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)使用機(jī)器人自動(dòng)測(cè)量放樣，并指導(dǎo)校準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件安裝位置。最后利用三維激光掃描儀對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體掃描，獲取空間實(shí)體點(diǎn)云模型，并將其與三維BIM模型進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證立柱吊裝精度。通過(guò)BIM建模、虛擬試拼、數(shù)字化加工、機(jī)器人自動(dòng)測(cè)量、吊裝后三維掃描驗(yàn)證，通過(guò)預(yù)制構(gòu)件施工事前、事中、事后三管齊下的模式，能有效提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量，提高現(xiàn)場(chǎng)安裝精度。

2.2 工藝流程

BIM建模碰撞檢查→三維拼裝→預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)→預(yù)制構(gòu)件吊裝→三維掃描復(fù)核驗(yàn)收

2.3 BIM建模及碰撞檢查

2.3.1 BIM建模范圍

本項(xiàng)目BIM建模范圍包括承臺(tái)、承臺(tái)預(yù)埋插筋籠、預(yù)制立柱、預(yù)埋灌漿套筒、立柱鋼筋、立柱鋼模板及其他施工輔助設(shè)施等。

2.3.2 碰撞檢查

1）對(duì)預(yù)制立柱、承臺(tái)連接部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，主要檢查承臺(tái)預(yù)留鋼筋與立柱灌漿套管之間是否碰撞、立柱主筋與灌漿套管是否沖突、承臺(tái)預(yù)留插筋籠與承臺(tái)鋼筋是否匹配。項(xiàng)目一階段施工過(guò)程中，預(yù)制蓋梁立柱拼接部位在BIM模型碰撞檢查中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提前將灌漿套筒型號(hào)進(jìn)行了調(diào)整，即將灌漿口位置向下調(diào)整3 cm，避免了預(yù)埋套筒采購(gòu)后又無(wú)法使用所造成的材料浪費(fèi)及成本損失。

2）利用BIM模型與周邊環(huán)境模型進(jìn)行碰撞檢查，主要針對(duì)本項(xiàng)目與地下管線，軌道交通6、7、8、11號(hào)線，龍耀路隧道，打浦路隧道交叉范圍內(nèi)施工區(qū)域進(jìn)行模擬檢測(cè)。由于預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量達(dá)百噸，對(duì)地下構(gòu)筑物影響大，必須確保施工機(jī)具與地下構(gòu)筑物保持安全警戒距離。以盾構(gòu)邊線兩側(cè)各50 m為地鐵盾構(gòu)保護(hù)區(qū)，沿保護(hù)區(qū)布設(shè)智能監(jiān)控?cái)z像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大型設(shè)備活動(dòng)范圍，當(dāng)大型設(shè)備觸碰到保護(hù)警戒邊線時(shí)隨即發(fā)出警示，保證預(yù)制構(gòu)件吊裝安全、有序。

3）BIM工程師參與圖紙會(huì)審，并將碰撞檢查問(wèn)題反饋至設(shè)計(jì)，進(jìn)行圖紙修正工作。修正過(guò)程中，同步進(jìn)行模型更新工作，并再次進(jìn)行碰撞檢查，直至碰撞全部消除。

2.3.3 三維打印試拼

在本項(xiàng)目中，選取了濟(jì)陽(yáng)路高架橋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段進(jìn)行三維高精度打印，預(yù)埋件、預(yù)留鋼筋、預(yù)留孔等均按照施工圖要求設(shè)置，打印得到實(shí)體模型后進(jìn)行模擬試拼，確定拼裝無(wú)誤后，利用模型指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工。這種可視化、可操作的方式能輔助施工人員更為直觀地理解方案內(nèi)容，提前解決圖紙問(wèn)題，減少預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)返工的問(wèn)題。

2.4 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

2.4.1 預(yù)制構(gòu)件管理系統(tǒng)

利用基于BIM技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件協(xié)同管理，從構(gòu)件深化、下訂單、生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝等方面實(shí)現(xiàn)全面管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可追溯及共享調(diào)用，提升構(gòu)件廠質(zhì)量管理。

2.4.2 預(yù)制立柱模板設(shè)計(jì)與數(shù)字化下料

1）鋼模板設(shè)計(jì)。立柱側(cè)模板根據(jù)立柱的高差變化及便于模板裝拆的原則，進(jìn)行分片分段制造。側(cè)模由圓弧段和直線段兩部分組成。側(cè)模鋼模面板由厚10 mm鋼板組成，背部法蘭連接板及圓弧筋板均為厚20 mm鋼板，橫向骨架為16#雙拼槽鋼，豎向骨架為16#工字鋼。接縫高低差為零，順直度允許偏差為±1 mm，平整度允許偏差為±1 mm。立柱底座：底模上面板和下底板均為厚20 mm鋼板，筋板為厚12 mm鋼板。拉桿分為橫向和豎向2種規(guī)格，一組拉桿由1根φ25 mm精軋螺紋鋼及2個(gè)精軋螺母組成。鋼模板采用龍門吊在地面專用臺(tái)架上進(jìn)行拼裝，每塊鋼模與鋼模的拼縫之間墊厚5 mm的海綿條，以防漏漿。拼裝好的鋼模板與預(yù)埋底座通過(guò)螺栓進(jìn)行緊固，確保立柱的施工安全。拼裝完成后通過(guò)專用翻轉(zhuǎn)架進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

2）針對(duì)預(yù)制立柱鋼模板進(jìn)行BIM三維設(shè)計(jì)，利用BIM模型導(dǎo)出每塊鋼板的尺寸信息，轉(zhuǎn)換形成數(shù)控文件后導(dǎo)入數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行立柱鋼模板數(shù)字化下料。采用數(shù)字化方式，利用BIM物料清單智能輸出套料圖，替代人工排版，提高鋼材使用率，也有效避免了因人工下料時(shí)的誤差所導(dǎo)致的尺寸不準(zhǔn)、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，在減少人工工作量的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率 。

2.4.3 立柱吊裝施工

1）可視化交底。本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、承臺(tái)模板、鋼筋定位架、立柱、蓋梁、插筋籠以及其他各種預(yù)埋件進(jìn)行了精確建模，并按工序流程在施工前對(duì)施工人員進(jìn)行了三維可視化技術(shù)交底，避免了平面圖紙表達(dá)不清可能導(dǎo)致的施工錯(cuò)誤。通過(guò)可視化技術(shù)交底，提高了交底的質(zhì)量，使施工現(xiàn)場(chǎng)施工更加規(guī)范，進(jìn)一步提升工程實(shí)體施工質(zhì)量。

2）施工測(cè)量。為盡量減少施工測(cè)量誤差造成的吊裝偏位，本項(xiàng)目基于三維BIM模型，快速提取構(gòu)件的坐標(biāo)、高程、尺寸等數(shù)據(jù)，直接用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、放樣、監(jiān)測(cè)等工作。減少過(guò)程中的人為干預(yù)，保證測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)源的唯一性，進(jìn)而保證測(cè)量的精準(zhǔn)度，具體步驟如下：在BIM軟件中設(shè)置放樣點(diǎn)，提取其空間坐標(biāo)，再導(dǎo)入手持式終端，現(xiàn)場(chǎng)使用BIM三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行放線作業(yè)，放樣機(jī)器人可以自動(dòng)捕捉棱鏡，指揮機(jī)器人發(fā)射紅外激光自動(dòng)照準(zhǔn)現(xiàn)實(shí)點(diǎn)位，然后在激光指示位置進(jìn)行標(biāo)記，從而將BIM模型數(shù)據(jù)精確地反映到施工現(xiàn)場(chǎng)。由于采用自動(dòng)化測(cè)量方式，因此在吊裝過(guò)程中可進(jìn)行不間斷地連續(xù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程定位控制，相比傳統(tǒng)測(cè)量方法，BIM放樣機(jī)器人施工范圍更廣，可操作性比較強(qiáng)，技術(shù)門檻比較低，大大提高了作業(yè)效率和精度。

3）預(yù)制立柱就位與校正工藝。

① 立柱翻轉(zhuǎn)時(shí)，底部鋪設(shè)橡膠輪胎保護(hù)后進(jìn)行翻身。立柱豎立后，吊機(jī)回轉(zhuǎn)至承臺(tái)位置，使立柱套筒對(duì)準(zhǔn)承臺(tái)插筋，將立柱緩緩下落、吊裝就位[2]。

② 清理承臺(tái)頂面，在承臺(tái)頂面做臨時(shí)四邊形擋漿板，用于鋪設(shè)墊層砂漿，按立柱的底面面積，各邊預(yù)留1.5 cm縫隙。在拼接面中心位置下部安放20 cm×20 cm橡膠支座，根據(jù)測(cè)量標(biāo)高，橡膠支座上方放置不同厚度的20 cm×20 cm鋼板。墊層砂漿攪拌好后倒入擋漿板區(qū)域內(nèi)，人工找平。墊層砂漿的厚度略低于中心墊塊高度。

③ 墊層砂漿澆筑完成后，把套筒底部止?jié){環(huán)穿入承臺(tái)預(yù)留鋼筋。起吊立柱至承臺(tái)上方，調(diào)整立柱方位，使得立柱底面的套筒孔口與承臺(tái)頂面預(yù)埋鋼筋一一對(duì)齊，結(jié)合預(yù)先標(biāo)記的控制軸線緩慢下放立柱就位。立柱吊裝就位完成后，測(cè)量上口平面坐標(biāo)，如允許誤差值超出設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，則采用千斤頂對(duì)立柱垂直度進(jìn)行微調(diào)，確保立柱上口平面坐標(biāo)精度要求。

④ 相對(duì)位置調(diào)整到位，緩慢下放立柱后，方可連接套筒灌漿。灌漿前應(yīng)采用空壓機(jī)對(duì)灌漿孔進(jìn)行清孔，灌漿時(shí)從底部注漿口進(jìn)行壓漿，直到頂部出漿口冒出漿液為止。灌漿后應(yīng)及時(shí)對(duì)灌漿設(shè)備進(jìn)行清洗，再移動(dòng)至下一工作面進(jìn)行灌漿。當(dāng)檢驗(yàn)的灌漿料1 d強(qiáng)度大于35 MPa后，可拆卸校正千斤頂，拆除擋漿模板及其他臨時(shí)設(shè)施，至此立柱安裝完畢[3]。

2.4.4 三維掃描復(fù)核驗(yàn)收

本項(xiàng)目在施工階段，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)記錄施工現(xiàn)場(chǎng)的信息，并生成高架橋點(diǎn)云模型。利用該點(diǎn)云模型和三維BIM模型進(jìn)行對(duì)比查看和擬合。對(duì)比數(shù)據(jù)如超出閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并指導(dǎo)進(jìn)行糾偏，減少質(zhì)量問(wèn)題和后期的返工。

通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目多根立柱進(jìn)行三維掃描復(fù)測(cè)、數(shù)據(jù)對(duì)比分析，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出立柱及承臺(tái)施工誤差值均控制在±2 mm以內(nèi)，符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。

另外，本項(xiàng)目在施工期間每間隔一段時(shí)間對(duì)高架橋進(jìn)行掃描，通過(guò)前后2次掃描對(duì)比能夠判斷橋梁的沉降、變形是否在合理范圍內(nèi)。通過(guò)這種方式，對(duì)比傳統(tǒng)的測(cè)量方式（水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS等）或預(yù)埋傳感器等方式去檢測(cè)橋梁使用狀態(tài)，可快速、準(zhǔn)確地反映出高架橋總體變形趨勢(shì)和局部變形情況，為高架橋全生命周期使用和養(yǎng)護(hù)提供更多的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市的發(fā)展和施工技術(shù)的提高，標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化的裝配式建筑發(fā)展也會(huì)不斷擴(kuò)大，采用上述安裝方法輔助預(yù)制拼裝施工，可以為項(xiàng)目施工提供更精確的數(shù)據(jù)信息，確保預(yù)制構(gòu)件安裝精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

本文主要介紹的是預(yù)制裝配式高架橋下部結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)安裝方法，上部結(jié)構(gòu)施工同樣也可以參考本方法進(jìn)行，本項(xiàng)目將會(huì)在后續(xù)施工過(guò)程中不斷優(yōu)化該安裝方法，深入研究BIM技術(shù)在市政工程施工中的應(yīng)用，為更多項(xiàng)目提供參考經(jīng)驗(yàn)。