装配式混凝土T梁工业化预制关键技术研究与应用.pdf

78 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 装配式混凝土 T 梁工业化预制关键技术研究与应用何 磊，彭 彬，曹优良（杭州市交通工程集团有限公司，浙江 杭州 310008）摘要：以杭甬高速复线宁波段二期工程 TJ-4 标段 T 梁预制为例，针对传统装配式混凝土 T 梁建造过程中普遍存在的资源浪费多、工业化程度低、劳动力需求大、预制场建设不规范、预制质量控制难、装配安装精度差、智慧化应用缺失等问题，研究了基于智能移动台座的预制 T 梁工厂化施工技术，并成功应用于杭甬高速复线宁波段二期工程实践中，取得了良好效果。关键词：工业化；移动台座流水线；二次张拉；检验指标中图分类号：U445 文献标识码：B 文章编号：1673-8098（2023）03-078-041 研究背景宁波作为第二批交通强国建设试点单位，“打造平安百年品质工程，提升交通工程工业化水平”是其重要任务之一。随着宁波市高速公路建设飞速发展，桥梁工业化水平逐步提高，为落实 交通领域科技创新中长期发展规划纲要（20212035年）公路“十四五”发展规划中提出的任务，建设“结构安全、智能建造、绿色建造、科学管理”的现代化高速公路，设计上越来越多地采用了预制 T 梁、预制大箱梁结构，但建造过程中普遍存在资源浪费多、工业化程度低、劳动力需求大、预制场建设不规范、预制质量控制难、装配安装精度差、智慧化应用缺失等问题，通过本项目研究，采用构件工厂化预制生产、现场装配式施工方式，极大提升构件质量和施工效率的同时，整体工期可缩短 30%以上，实现了桥梁建造的低碳、环保与可持续发展，符合交通产业转型升级要求。该成果以杭甬高速二期工程为依托，针对装配式预制 T 梁制造及工装设备的智能管控等关键问题，对预制桥T 梁构件的质量、智能、安全、低碳等方面开展智能制造及安装成套关键技术研究，解决了工程面临的以上关键共性科学及技术问题，取得了一系列创新成果。2 主要创新点和关键技术该成果大量采用新工艺、新技术，在借鉴全国优秀智慧梁场施工经验基础上，提出了新的创新点和关键技术。2.1 管理创新点（1）以预制梁厂“少人化”为目标，针对 T 梁预制生产过程关键设备开展智能化提升，研发了面向工厂建造的装配式混凝土 T 梁智能预制成套工艺及装备，关键装备智能化全覆盖，形成了关键工艺质量控制体系及技术标准，有效支撑了梁厂流水化智能制梁，实现梁厂自动化、少人化甚至无人化。（2）以实现桥面铺装“零调平”为目标，实现实时纠偏及智能控制；通过智能图像识别算法优化，研发了面向装配式混凝土 T 梁精准架设的智能检测及预拼装控制、架桥机落梁控制技术及装备，构建了装配式混凝土 T 梁建造全过程的可视化精度分析控制系统，实现面向桥梁铺装“零调平”的高效精准架设。（3）融合 5G 及新能源技术，研发了面向梁厂预制构件搬运及运梁场景的电动智能运输技术及装备，构建了制、运、架一体化智能控制系统，实现了装配式混凝土 T 梁运输设备的绿色智能升级。2.2 技术创新点（1）技术创新：打造国内领先的钢筋数字化生产线及智造中心，形成面向钢筋集中数字化加工、仓储管理自动配送的一体化解决方案；采用混凝土“鱼雷罐环形轨道运输、自动布料”系统，节省吊装操作人员和混凝土罐车设备；采用“智能液压模板、79NO.3/JUNE.2023交通建设与管理 影响有影响的人 附着振捣、顶板排振”系统，配备清扫喷油一体机，提升浇筑质量和模板周转效率；采用清洁蒸汽养护，智能化调节温湿度，高效提升混凝土强度及弹性模量；研发面向高效精准架设的梁板智能检测及虚拟预拼装控制技术、自动落梁智能控制及装备，融合梁板构件电动搬运以及整体梁片智能转运，实现制、运、架作业数字化串联。（2）应用创新：打造国内最新一代基于智能可移动制梁台座的 12 条环形轨道生产线，36 套移动台座（一配三：1 套固定侧模配 3 套移动台座），相比传统梁厂节约占地面积 50%以上，实现了 T 梁预制全过程高效循环生产；通过以热电厂蒸汽为供热的蒸养设备代替传统燃煤高能耗设备，减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害气体和 PM2.5 排放。3 创新技术水平和先进性该成果搭建了标准化、智能化的装配式桥梁构件预制厂（如图 1），研发与应用了智慧工地平台，打造国内最新一代基于智能可移动制梁台座的环形轨道移动生产线，实现了“钢筋绑扎混凝土浇筑蒸汽养护预应力一次张拉及移梁”高效循环生产，采用鱼雷罐环形轨道运输系统、自动布料排振系统、二次张拉施工、自动蒸汽养护系统等创新技术，实现了预制构件的流水线智能制造。打造国内领先的钢筋智造生产线，贯穿钢筋深化设计、翻样套料、数控加工、智能焊接、智能搬运及智能检验等，实现集中数字加工、仓储管理及自动配送一体化。针对预制构件骨架钢筋的吊装难点，对原吊点进行优化，提出了新的最优吊点构造。该吊具主梁上设有三个主钩吊挂点，当一台门吊因故障无法抬吊或钢筋骨架需要调头入模，可利用吊具中心吊点来完成任务。组合的均布环链加保险扣方式对称钩挂钢筋骨架，使骨架受力更均衡且不易变形。采用环形轨道移动生产线，将 T 梁不同生产阶段产品放置在流动工作台上，通过环形滑轨实现产品流水线加工，大幅减少了台座和模板数量，相比传统梁厂节约土地面积 50%以上。针对预制构件钢模板用钢量较大的问题，采用移动台座+一键自动开合固定液压模板工艺，优化后外模数量降低了 40%。采用混凝土鱼雷罐环形轨道运输模式，减少了混凝土运输罐车和吊装设备。开发了三维激光扫描技术在预制梁生产过程中的应用，快速获取了钢筋排布尺寸、混凝土构件尺寸以及堆料体积，与理论的对比证实了三维激光扫描技术的可靠性。在传统智慧梁场系统基础上，以预制生产工艺为主线，以无人干预的数据物联感知为基础，融合传统智慧工地及生产线智能管控，开发了智慧中枢平台，以智慧管控辅助提质增效。图 1 装配式桥梁构件预制厂4 预制 T 梁质量检验技术指标预制T梁工业化、标准化、信息化最终将转化为T梁市场化、商品化。为推进预制 T 梁商品化，本项目将产品质量检验技术指标体系分为 2 类：规范强制性标准 15 项和特殊性标准 14 项，表 1 预制 T 梁产品质量检验指标强制性标准类号类别项号项点质量指标检测方式及部位检测方法检测设备及计量器具1混凝土强度1梁体混凝土强度验收强度不低于设计强度等级抽取一批达到 28日龄期试块，进行试验并评定GB/T 500812002压力试验机2钢筋2受力钢筋间距两排以上排距5mm每个构件检查 2 个断面用钢卷尺直接测量钢卷尺同排10mm3箍筋、横向水平钢筋、螺旋筋间距10mm每个构件检查510 个间距用钢卷尺直接测量钢卷尺4钢筋骨架尺寸长10mm按骨架总数 30%抽查用钢卷尺直接测量钢卷尺宽、高或直径5mm5弯起钢筋位置20mm每骨架抽查 30%用钢卷尺直接测量钢卷尺6保护层厚度+5mm-0mm在梁体梁端、L/4、L/2、3L/4 截面处的梁底板测量直接用仪器测量最底排构造筋位置钢筋保护层测试仪80 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 （表 1 续）类号类别项号项点质量指标检测方式及部位检测方法检测设备及计量器具3钢筋7管道坐标梁长方向30mm测量定位尺寸用钢卷尺直接测量钢卷尺梁高方向10mm8管道间距同排10mm测量孔道直径用钢卷尺直接测量钢板尺上下层9张拉应力值满足设计要求单根预应力钢绞线复张法DB36/T 11362019反拉式有效预应力检测仪10张拉伸长率满足设计要求，未规定时6%测试钢绞线伸长量JTG/T 36502020位移传感器11断丝滑丝数钢束每束 1根，且每断面不超过钢丝总数的 1%每根（束）目测/4管道压浆12压浆强度不低于50.0MPa 或设计要求抽取一组达到 28 天龄期试件进行试验GB/T 500812002压力试验机5梁体外观13平整度 5沿梁长方向每侧面每 10m梁长测 1处2 尺直接测量2m直尺14蜂窝麻面深度 5mm 长度 10mm观察梁体表面直接测量，深度或长度中的一项超过允许偏差限值的，以 5 个/m2以上即构成一个缺陷钢板尺15露筋不允许露筋观察任何部位明显或隐蔽露筋目测发现露筋不计长度目测表 1 中检验指标依据来源于公路工程质量检验评定标准（JTG F80/12017）表 2 预制 T 梁产品质量检验指标强制性标准类号类别项号项点质量指标检测方式及部位检测方法检测设备及计量器具1混凝土强度及弹性模量1初张拉混凝土强度不低于设计强度按企业实际最短初张拉龄期抽取一组试块进行试验GB/T 500812002压力试验机2终张拉混凝土强度不低于设计强度按企业规定最短终张拉龄期抽取一组试块进行试验GB/T 50081 2002压力试验机3封端混凝土强度不低于 C50 或设计要求抽取一批达到 28 天龄期试块，进行试验并评定GB/T 500812002压力试验机4终张拉混凝土弹模满足设计要求按企业规定最短终张拉龄期，抽取一组试块进行试验GB/T 50081 2002压力试验机、混凝土弹模仪5梁体混凝土弹模28 天弹性模量满足设计要求抽取一组达到 28 天龄期试件进行试验GB/T 500812002压力试验机、混凝土弹模仪2钢筋6预留筋设置齐全位置正确测量定位尺寸目测，必要时用钢卷尺测量钢卷尺3预应力筋7预应力筋保护层厚度满足图纸要求且梁底 50mm测成形钢筋笼预留孔道的保护层厚度，不少于 5 处用钢板尺直接测量钢板尺4横隔板8横隔板位置10mm测量定位尺寸用钢卷尺直接测量50m 钢卷尺9横隔板厚度+5mm测量定位尺寸用钢卷尺直接测量3m 钢卷尺5梁体外观10孔洞深度 30mm 且长度 50mm在梁体表面、下翼缘、底板、内边墙、端边墙观察直接测量，深度或长度中的一项超过允许偏差限值的 1.5 倍，则判定为该项超差钢板尺深度尺11硬伤掉角深度 30mm长度 50mm观察梁体表面（重点为移梁吊点处）直接测量，深度或长度中的一项超过允许偏差限值的 1.5 倍，则判定为该项超差钢板尺12石子堆垒长度 100mm观察梁体表面（重点下翼缘底部边角、联结板、支座板处）直接测量梁体表面跑 浆，石子堆垒、沾皮的长度钢板尺81NO.3/JUNE.2023交通建设与管理 影响有影响的人 并明确各项质量指标、检测方式及部位、检测方法、检测设备及计量器具。5 经济、社会及环保效益5.1 经济效益采用工业化流水线生产模式，生产效率提高 3 倍，预制外模数量减少 40%；钢筋套料动态调控精细化加工模式将钢筋加工废料率控制到1%，对比浙江省钢筋加工废料率2.5%的定额指标，累计可节省钢筋 390 吨，显著降低了原材料成本。5.2 社会效益依托工程共布设 4 个全天候生产车间、12 条移动流水生产线，相较于传统的固定台座生产模式，节约了50%以上土地资源，有助于沿海地区生态环境可持续发展；应用智慧用电系统，实现日均用电量下降 15%，大幅降低了能源消耗。5.3 环保效益项目积极响应“双碳”要求，开展绿色低碳梁厂系列标准策划，探索双碳背景下公路建设节能降碳技术，引导梁场绿色低碳标准化建设运营，从能源高效利用、资源集约节约、环境保护修复、数字赋能降碳等方面，聚焦梁厂绿色低碳建设活动及工厂化预制生产工艺对绿色低碳的促进作用，预期形成可推广应用的预制梁工业化生产绿色低碳评价指南。6 推广价值及前景本研究初步建立了公路桥梁预制构件质量检验技术指标体系以保证工程质量，并为公路桥梁产品生产许可证制度建立提供依据。工业化流水线预制工厂的产品化生产及智慧管理化效果显著，相关技术成果通过了工程应用验证，提升了我国装配式混凝土 T 梁绿色、智能建造水平。为打造平安百年品质工程，提升交通工程工业化水平提供了有力技术支撑，社会效益良好，可在浙江乃至全国桥梁。参考文献1 夏海山，李敏.新型建筑工业化的模数协调与智能建造 J建筑科学，2019，35（3）：147-1542 曾涛，郭海山，李素彩，等.工业化建造编码及自动识别应用框架探索及实践 J.施工技术，2019，48（16）：48-52.3 来猛刚，杨敏，翟敏刚，等.桥梁工业化智能建造 J.公路，2021（7）：195-201.4 夏凡，王安辉，张瑞兴，等.装配式高架桥工业化智能制造与安装关键技术研究与应用 J.工程科技，2022（S1）：61-62.5 交通运输部.公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程：JTG F80/1-2017S.北京：交通运输部，2017.6表面裂纹13非预应力部位宽度 0.2mm桥面保护层、连结板、边墙、隔板和封端等部位的混凝土表面收缩裂纹。用眼观察裂纹，用10 20 倍刻度放大镜量裂纹宽度，不计长度。10 20倍刻度放大镜14预应力部位不允许出现裂纹（梁体表面收缩裂纹除外）除上一项所述部位以外的任何部位观察裂纹，不计长度，不计宽度5 倍 放 大 镜 及10 20 倍刻度放大镜（表 2 续）