預制裝配式高架橋下部結構精準安裝方法

張 瑋

上海浦興路橋建設工程有限公司 上海 201206

上海市濟陽路快速化改建工程全線采用預制拼裝工藝施工，相對于現澆施工而言，不僅節約了工期，提高了施工質量，也大大減少了施工對周邊交通的影響，該工藝非常適合用于城市中心區域復雜工況下的施工。

1 工程概況

濟陽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。本項目包括下部結構在內，全線采用預制拼裝工藝施工，最大預制構件質量240 t，預制構件施工工藝精度要求控制在±2 mm[1]范圍內。由于構件體型大、質量大，在生產、運輸、吊裝每個環節都需要確保施工準確無誤，施工難度非常大。

2 下部結構安裝方法

2.1 工藝原理

利用BIM技術進行建模、碰撞檢查，避免構件生產返工所導致的損失。預制構件廠內利用預制構件數字化信息管理系統，實現預制構件線上管理、數字化生產?，F場使用機器人自動測量放樣，并指導校準預制構件安裝位置。最后利用三維激光掃描儀對工程結構進行實體掃描，獲取空間實體點云模型，并將其與三維BIM模型進行比對，驗證立柱吊裝精度。通過BIM建模、虛擬試拼、數字化加工、機器人自動測量、吊裝后三維掃描驗證，通過預制構件施工事前、事中、事后三管齊下的模式，能有效提高預制構件生產質量，提高現場安裝精度。

2.2 工藝流程

BIM建模碰撞檢查→三維拼裝→預制構件生產→預制構件吊裝→三維掃描復核驗收

2.3 BIM建模及碰撞檢查

2.3.1 BIM建模范圍

本項目BIM建模范圍包括承臺、承臺預埋插筋籠、預制立柱、預埋灌漿套筒、立柱鋼筋、立柱鋼模板及其他施工輔助設施等。

2.3.2 碰撞檢查

1）對預制立柱、承臺連接部位進行重點檢查，主要檢查承臺預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、承臺預留插筋籠與承臺鋼筋是否匹配。項目一階段施工過程中，預制蓋梁立柱拼接部位在BIM模型碰撞檢查中發現問題，提前將灌漿套筒型號進行了調整，即將灌漿口位置向下調整3 cm，避免了預埋套筒采購后又無法使用所造成的材料浪費及成本損失。

2）利用BIM模型與周邊環境模型進行碰撞檢查，主要針對本項目與地下管線，軌道交通6、7、8、11號線，龍耀路隧道，打浦路隧道交叉范圍內施工區域進行模擬檢測。由于預制構件質量達百噸，對地下構筑物影響大，必須確保施工機具與地下構筑物保持安全警戒距離。以盾構邊線兩側各50 m為地鐵盾構保護區，沿保護區布設智能監控攝像頭，實時監測大型設備活動范圍，當大型設備觸碰到保護警戒邊線時隨即發出警示，保證預制構件吊裝安全、有序。

3）BIM工程師參與圖紙會審，并將碰撞檢查問題反饋至設計，進行圖紙修正工作。修正過程中，同步進行模型更新工作，并再次進行碰撞檢查，直至碰撞全部消除。

2.3.3 三維打印試拼

在本項目中，選取了濟陽路高架橋標準節段進行三維高精度打印，預埋件、預留鋼筋、預留孔等均按照施工圖要求設置，打印得到實體模型后進行模擬試拼，確定拼裝無誤后，利用模型指導預制構件生產及現場施工。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容，提前解決圖紙問題，減少預制構件生產返工的問題。

2.4 預制構件生產

2.4.1 預制構件管理系統

利用基于BIM技術的預制構件生產管理系統，進行預制構件協同管理，從構件深化、下訂單、生產、倉儲、運輸、安裝等方面實現全面管理，實現數據可追溯及共享調用，提升構件廠質量管理。

2.4.2 預制立柱模板設計與數字化下料

1）鋼模板設計。立柱側模板根據立柱的高差變化及便于模板裝拆的原則，進行分片分段制造。側模由圓弧段和直線段兩部分組成。側模鋼模面板由厚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種規格，一組拉桿由1根φ25 mm精軋螺紋鋼及2個精軋螺母組成。鋼模板采用龍門吊在地面專用臺架上進行拼裝，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埋底座通過螺栓進行緊固，確保立柱的施工安全。拼裝完成后通過專用翻轉架進行翻轉。

2）針對預制立柱鋼模板進行BIM三維設計，利用BIM模型導出每塊鋼板的尺寸信息，轉換形成數控文件后導入數控生產設備進行立柱鋼模板數字化下料。采用數字化方式，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的誤差所導致的尺寸不準、質量不達標等問題，在減少人工工作量的同時，提高了生產效率 。

2.4.3 立柱吊裝施工

1）可視化交底。本項目利用BIM技術對基坑圍護結構、承臺模板、鋼筋定位架、立柱、蓋梁、插筋籠以及其他各種預埋件進行了精確建模，并按工序流程在施工前對施工人員進行了三維可視化技術交底，避免了平面圖紙表達不清可能導致的施工錯誤。通過可視化技術交底，提高了交底的質量，使施工現場施工更加規范，進一步提升工程實體施工質量。

2）施工測量。為盡量減少施工測量誤差造成的吊裝偏位，本項目基于三維BIM模型，快速提取構件的坐標、高程、尺寸等數據，直接用于現場測量、放樣、監測等工作。減少過程中的人為干預，保證測量數據來源的唯一性，進而保證測量的精準度，具體步驟如下：在BIM軟件中設置放樣點，提取其空間坐標，再導入手持式終端，現場使用BIM三維模型數據進行放線作業，放樣機器人可以自動捕捉棱鏡，指揮機器人發射紅外激光自動照準現實點位，然后在激光指示位置進行標記，從而將BIM模型數據精確地反映到施工現場。由于采用自動化測量方式，因此在吊裝過程中可進行不間斷地連續測量，實現全過程定位控制，相比傳統測量方法，BIM放樣機器人施工范圍更廣，可操作性比較強，技術門檻比較低，大大提高了作業效率和精度。

3）預制立柱就位與校正工藝。

① 立柱翻轉時，底部鋪設橡膠輪胎保護后進行翻身。立柱豎立后，吊機回轉至承臺位置，使立柱套筒對準承臺插筋，將立柱緩緩下落、吊裝就位[2]。

② 清理承臺頂面，在承臺頂面做臨時四邊形擋漿板，用于鋪設墊層砂漿，按立柱的底面面積，各邊預留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，根據測量標高，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域內，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，把套筒底部止漿環穿入承臺預留鋼筋。起吊立柱至承臺上方，調整立柱方位，使得立柱底面的套筒孔口與承臺頂面預埋鋼筋一一對齊，結合預先標記的控制軸線緩慢下放立柱就位。立柱吊裝就位完成后，測量上口平面坐標，如允許誤差值超出設計及規范要求，則采用千斤頂對立柱垂直度進行微調，確保立柱上口平面坐標精度要求。

④ 相對位置調整到位，緩慢下放立柱后，方可連接套筒灌漿。灌漿前應采用空壓機對灌漿孔進行清孔，灌漿時從底部注漿口進行壓漿，直到頂部出漿口冒出漿液為止。灌漿后應及時對灌漿設備進行清洗，再移動至下一工作面進行灌漿。當檢驗的灌漿料1 d強度大于35 MPa后，可拆卸校正千斤頂，拆除擋漿模板及其他臨時設施，至此立柱安裝完畢[3]。

2.4.4 三維掃描復核驗收

本項目在施工階段，通過三維激光掃描技術記錄施工現場的信息，并生成高架橋點云模型。利用該點云模型和三維BIM模型進行對比查看和擬合。對比數據如超出閾值，系統會自動生成檢測報告，及時發現問題并指導進行糾偏，減少質量問題和后期的返工。

通過對本項目多根立柱進行三維掃描復測、數據對比分析，由實驗數據得出立柱及承臺施工誤差值均控制在±2 mm以內，符合施工標準要求。

另外，本項目在施工期間每間隔一段時間對高架橋進行掃描，通過前后2次掃描對比能夠判斷橋梁的沉降、變形是否在合理范圍內。通過這種方式，對比傳統的測量方式（水準儀、全站儀、GPS等）或預埋傳感器等方式去檢測橋梁使用狀態，可快速、準確地反映出高架橋總體變形趨勢和局部變形情況，為高架橋全生命周期使用和養護提供更多的數據支持。

3 結語

隨著城市的發展和施工技術的提高，標準化、工廠化的裝配式建筑發展也會不斷擴大，采用上述安裝方法輔助預制拼裝施工，可以為項目施工提供更精確的數據信息，確保預制構件安裝精度達到標準要求。

本文主要介紹的是預制裝配式高架橋下部結構精準安裝方法，上部結構施工同樣也可以參考本方法進行，本項目將會在后續施工過程中不斷優化該安裝方法，深入研究BIM技術在市政工程施工中的應用，為更多項目提供參考經驗。