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桥梁下部结构施工控制工装
1.前言
随着我国桥梁工程的高速发展，桥梁里程进一步突破，我国已成为名副其实的“桥梁第一大国”，其中下部结构作为桥梁工程的重要组成部分，施工体量庞大，施工过程中普遍存在以下共性问题：
（1）桥梁桩基钢筋笼焊接效果差；
（2）承台上下层钢筋间距控制不到位、上层钢筋保护层厚度难以控制、支撑措施钢筋使用量大；
（3）墩身护面钢筋绑扎定位不准确，施工工效低；
（4）墩身塑料薄膜包裹覆盖不严，混凝土养护不到位；
（5）墩身吊围栏预埋U型螺栓定位不准确；
（6）墩身垫石预埋螺栓孔定位不准确，成孔质量较差；
（7）吊车吊装法进行墩身吊围栏施工，机械费用高，操作空间狭小，安全风险大。
针对上述问题，基于“工装保工艺、工艺保质量、质量保安全”的思想，通过在工装设备、施工工艺、安全文明等方面探索研究，研发了桥梁下部结构施工控制工装，有效提高了施工质量，提升了施工作业标准化，降低了施工控制难度，可有效解决桥梁下部结构施工中普遍存在的质量通病。
2.技术特点
2.1桩基钢筋笼精确连接控制工装：利用钢筋弯曲液压钳使钢筋的角度及位置满足要求，通过连接工装对连接钢筋进行精准定位控制。
2.2承台钢筋支撑可调式工装：利用可伸缩支撑杆支撑工装对钢筋进行支撑并固定其间距、高度等参数。
2.3墩身护面钢筋定位卡具：定制加工多尺寸可快速拆卸的钢筋定位卡具，实现墩身钢筋预埋钢筋精准定位，确保钢筋骨架搭设的整体效果。
2.4墩身模板开窗设计工装：利用墩身定型钢模U型螺栓开窗设计，实现吊围栏U型螺栓快速精确定位，满足模板拆卸要求。
2.5墩身喷淋养护工装：采用自动控制系统时间计时器、湿度感应器及电磁开关控制，根据养护膜内的湿度，实现自动喷淋养护功能。
2.6墩身垫石预埋孔精确定位工装：墩身垫石支座预埋孔定位成孔装置与垫石模板一体化设计，解决墩身垫石预埋孔留设平面位置不准、深度及垂度不满足要求等问题。
2.7墩身吊围栏安装操作平台：利用槽钢焊接成行走平台及吊装系统，解决吊围栏安装时操作空间狭小问题，保证施工人员作业安全。
3.适用范围
主要适用于公路、市政、铁路工程桥梁下部结构施工。
4.工艺原理
通过梳理分析易发质量缺陷和安全风险产生的原因，以问题为导向，基于“工装保工艺、工艺保质量、质量保安全”的思想，通过研究攻关开发设计了“卡、限、精、巧”为控制原理的实用工装，形成了先定位→后辅助→再提升的成套实用工装及工艺技术。
4.1桩基钢筋笼精确连接工装
利用液压钳与设计工装，实现钢筋精准预弯、快速对接、同心连接的目标，提高桩基钢筋笼焊接质量及施工效率。
4.2承台钢筋支撑可调式工装
合理设计支撑工装结构和形式，利用可伸缩式支撑杆解决承台钢筋支撑与定位问题，实现承台钢筋快速、精准绑扎。
4.3墩身护面钢筋定位卡具
合理设计工装结构和形式，定制加工多尺寸可快速拆解拼装的部件，在定位卡具内侧精准开槽，实现墩身钢筋快速、精准定位绑扎。
4.4墩身模板开窗设计
精密加工墩身定型钢模，在设计预埋孔位置模板采用机械车床控制开直径5cm大孔，嵌入活动盖板，再在活动盖板上开直径2.2cm预埋螺栓孔，以保证螺栓的预埋精度，同时避免随意开孔对墩身模板的损伤。
4.5墩身喷淋养护工装
自动控制系统主要由时间计时器、湿度感应器及电磁开关自动控制系统组成，湿度感应器根据养护膜内的湿度控制电磁开关的打开与关闭，通过时间计时器设置喷淋时间，实现了全天候无人值守自动喷淋养护功能。
4.6墩身垫石预埋孔精确定位工装
合理设计工装内外轮廓尺寸，利用精确加工的定位框架与垫石模板连接固定，根据不同的支座形式采用不同的精加工限位盘，然后采用螺栓使其与模板连接为整体，安装成孔器，最后安装压杆限制成孔器移动，实现了垫石孔位精确定位，同时保证了混凝土浇筑过程中孔位不偏移、不上浮。
4.7墩身吊围栏安装操作平台
合理设计工装结构和形式，采用角钢、槽钢等焊接成型的吊装骨架，利用吊车整体吊装至墩顶，并固定在垫石两侧，同时在骨架上满铺钢板步道，为操作人员提供作业平台，保证了操作空间及作业安全性。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1桩基钢筋笼精确连接工装
5.1.1工艺流程
待预弯钢筋穿过液压钳顶部弯钩内→根据钢筋搭接长度对应液压钳顶部标尺后轻压液压钳→预弯钢筋接触至螺栓后停止→在两节钢筋笼的连接主筋上对称安装四个临时连接工装→其他主筋焊接→拆除临时连接工装→完成剩余四组主筋焊接。
5.1.2施工工艺及操作要点
（1）钢筋预弯：钢筋弯曲液压钳用于钢筋笼主筋预弯作业，在传统液压钳基础上增设弯钩作为预弯支点，弯钩右侧焊接长度标尺便于测量搭接长度，标尺上固定位置处安装镀锌螺栓作为角度限位装置。钢筋预弯时，操作人员将待预弯钢筋穿过液压钳顶部弯钩内，根据钢筋搭接长度对应液压钳顶部标尺后轻压液压钳，待预弯钢筋接触至螺栓后停止即可，此时钢筋预弯角度和搭接长度满足规范要求且便于焊接。
（2）钢筋笼连接钢筋定位焊接：钢筋笼焊接时，在两节钢筋笼的连接主筋上对称安装四个临时连接套筒，保证两节钢筋笼快速准确、稳定的连接，为其他主筋焊接提供良好的作业条件，加快焊接速度；其他主筋焊接完毕，拆除临时连接工装，完成剩余四组主筋的焊接。
该工装解决了钻孔桩钢筋笼焊接时因局部预弯长度、角度不合适、现场施工条件受限等不利因素所引起的钢筋焊接困难的问题，实现了钢筋精准预弯、快速对接、同心连接的目标，提高了钢筋笼焊接质量及效率。
图5.1-1桩基钢筋笼精确连接工装
图5.1-2钢筋弯曲液压钳应用图5.1-3临时连接固定工装应用
5.2承台钢筋支撑可调式工装
5.2.1工艺流程
承台下层钢筋网片安装→定位钢管底部槽口与下层钢筋网片插接→绑扎安装上层钢筋网片→安装承台护面钢筋和架立筋→松开定位卡具紧固螺栓并拆除支撑杆。
5.2.2施工工艺及操作要点
（1）在承台底层钢筋网片安装完成后，通过卡具底部的十字开口将卡具底部与承台下层钢筋网片固定。
（2）根据上层钢筋网片高度调节卡具的高度。支撑杆采用一根内径5cm钢管、一根外径4.8cm钢管套接制作而成，并在下部钢管（内径5cm）距离顶端20cm处焊接安装拧紧用螺栓螺母，通过拧紧或松开螺栓调整高度，支撑架一般按照横纵向间距4m呈梅花形布置。
（3）在钢管顶部（外径4.8cm）十字开口内安装横向钢筋作为支撑钢筋，在其上部按照设计要求安装纵横向钢筋。
（4）安装外侧门筋和水平钢筋，最后安装架立筋。
（5）将承台架立筋与上下层钢筋网片焊接形成整体后，松开紧固螺栓，缩短支撑卡具高度后取出支撑卡具，重复利用至下一个承台。
该工装解决了承台上层钢筋网绑扎过程中机具、人员荷载导致钢筋整体下沉的问题，有效控制了混凝土保护层厚度，大量减少了承台钢筋绑扎过程中支撑筋等非设计钢筋用量，有效节约成本。
图5.2-1承台钢筋支撑卡具
5.3墩身护面钢筋定位
5.3.1工艺流程
底部支撑钢管安装→测量定位→支撑钢管承插连接于承台上层钢筋网焊接的钢筋头上→下层定位卡具安装→连接钢管安装→上层定位卡具安装→卡槽位置安装墩身预埋主筋。
5.3.2施工工艺及操作要点
（1）钢筋定位卡具按照墩身结构尺寸设计，采用钢板和螺栓制作，共分为上层定位卡具、下层定位卡具、连接钢管、底部支撑钢管4部分。上下层定位卡具均分为可拆卸的2个圆弧段工装和2个直线段工装，通过销轴连接，方便现场施工。在卡具内侧按照设计钢筋位置设置钢筋定位槽。
（2）承台钢筋绑扎时，在承台顶层钢筋网片上焊接定位钢筋，下层定位卡具通过30cm短钢管与定位钢筋连接，下层定位卡具与上层定位卡具通过钢管支撑连接，上下层定位卡具间距为50cm。
（3）卡具安装完成后测量人员对卡具轴线位置进行复核，测量无误后，按卡具上预留的钢筋卡槽位置安装墩身预埋主筋。
（4）主筋安装时全部放入卡槽内用以固定，卡槽为半圆形卡槽，以便确保承台混凝土浇筑时墩身主筋不会产生滑脱等情况。
（5）浇筑混凝土时，将定位卡具以下部分墩身同承台一次性浇筑，保证20cm以上，浇筑完成后按照安装顺序逐步拆除定位卡具循环使用。
图5.3-1墩身主筋定位卡具4墩身模板开窗
5.4.1工艺流程
根据设计图纸绘制模板开孔大样图→模板加工厂精确定位开孔→绑扎墩帽钢筋→安装开孔后的模板→安装U型螺栓预埋件→安装活动盖板封闭模板→验收后浇筑混凝土→打开活动盖板后拆除墩身模板。
5.4.2施工工艺及操作要点
通过厂家定制整体钢模，在设计预埋孔位置对模板采用机械车床控制精确开直径5cm大孔，嵌入活动盖板，再在活动盖板上开直径2.2cm预埋螺栓孔，将预埋螺栓插入螺栓孔内，外面使用螺母拧紧固定，混凝土浇筑完成后先打开活动盖板然后拆除墩身模板。
该工装避免了墩身模板现场随意切割开孔，有效保护了墩身模板，提高了预埋孔定位准确性，提高了施工工效。
图5.4-1墩身模板开孔工装
5墩身喷淋养护工装
5.5.1工艺流程
墩身模板拆除→地面组装喷淋养护工装→设置养护时间及周期→汽车吊整体吊装至墩顶→连接电源及水源开始养护。
5.5.2施工工艺及操作要点
（1）工装主要由供给湿度自动感应器、自动控制系统、水箱、高扬程水泵、输水管道、喷淋管、吊挂系统、水循环回流系统组成。供给水池蓄水容量不小于0.5m，水泵扬程不小于30m，输水管道采用3cm不锈钢管与喷淋管道连接。
（2）利用汽车吊将喷淋养护工装整体吊运至墩顶，喷淋管沿着墩身一圈布设，喷水孔正对墩顶混凝土面。采用自动控制系统时间计时器、湿度感应器及电磁开关控制，根据养护膜内的湿度，实现自动喷淋养护功能。同时在墩身底部周围设置集水槽和集水井收集喷淋养护用水，实现水循环使用，节约用水。
图5.5-1墩身喷淋养护工装
6墩身垫石预埋孔精确定位
5.6.1工艺流程
垫石底部混凝土接茬面凿毛→测量放线精确定出垫石控制线→绑扎垫石钢筋→安装模板及定位骨架→根据垫石尺寸及预埋孔位置安装限位盘→安装成孔器并用压杆固定→验收后浇筑混凝土。
5.6.2施工工艺及操作要点
（1）定位骨架：纵向定位杆和横向定位杆采用∠36×36×4mm角钢钻孔，通过螺栓进行连接，分别固定住限位盘的纵向位置和横向位置，纵向定位杆与垫石模板一体化设置，横杆与纵杆丝杆连接。
5.6-1定位骨架大样图
（2）限位盘：由∠36*4mm角钢焊接组合而成，根据支座预埋孔孔位的相对位置及成孔大小需求设置限位盘，限位盘的限位孔不仅可以限制成孔器的平面位置，而且一定程度上限制了成孔器的转动。
5.6-2限位盘大样图
（3）成孔器：用2.5mm厚的A3钢加工而成，圆锥台形式，下小上大，在底部开设排气孔，防止形成真空负压，在顶端开孔插入销棒，方便拔管。
5.6-3成孔器大样图
（4）压杆：使用∠36*4mm角钢，与定位盘配套使用，限制成孔器的上浮，同时一定程度上限制了成孔器的转动。
5.6-4压杆大样图
（5）验收合格后进行混凝土浇筑，拆除工装，重复利用进行下一个垫石施工。
该工装模板采用的易安特新型模板，重量较轻、价格低廉、可循环使用，便于现场施工；施工中通过限位盘构件的多重定位功能，使成孔定位精确，且不产生变形、位移和转动；底部设置排气孔的成孔器及压杆，防止了成孔器上浮、保证了成孔深度及成孔质量。已申请实用新型专利（ZL·.0），创新成果达到了国内领先水平。
图5.6-5墩身垫石预埋孔精确定位工装7墩身吊围栏安装操作平台
5.7.1工艺流程
垫石养护完成→地面组装半幅吊围栏平台→汽车吊分别吊装至墩顶→在墩顶连接成整体→安装墩身吊围栏→拆除平台循环至下一个墩身。
5.7.2施工工艺及操作要点
操作平台利用等边75角钢根据墩顶圆弧焊接成型，满铺3mm厚花纹钢板，同时设置1.2m高防护栏进行临边防护。吊装系统利用12的槽钢焊接成型，然后进行吊装，最后在墩顶连接形成整体。该平台利用槽钢焊接成型的吊装骨架，直接利用吊车吊装到墩顶，并固定在垫石的两侧，使用方便快捷，可快速提供安全稳定作业面，便于施工作业。
图5.7-1墩身吊围栏安装操作平台
6.材料与设备
所用材料为桥梁下部结构施工常规材料，主要包括：钢管、钢板、螺栓、螺母、钢模、限位型钢、角钢、钢筋等。设备主要包括湿度自动感应器、自动控制系统、水箱、高扬程水泵、吊车等。
7.质量控制
7.1严格执行设计图纸和相应规范规程的技术要求。
7.2工装均采用工厂精确加工，按照工艺流程精确安装、拆卸。
7.3施工操作程序化：科学安排施工工序并按工艺要求组织施工，做到施工、自检、验收三同时。
7.4施工管理标准化：以设计图纸、规范规程为依据，进行现场施工管理，按照不同工艺的技术要求选定合格技术人员进行现场技术管理。
7.5施工操作标准化：以技术交底为依据，按专业工种选用合格的作业人员。
7.6施工管理规范化：按“工艺操作规程”指导施工；按工程质量目标及质量管理制度管理施工；施工作业指导书、技术交底等语言文字严密、清楚、准确。
8.安全措施
8.1认真贯彻国家安全生产的方针政策和法规，加强安全施工管理工作，保障人身和财产安全，预防安全事故的发生。
8.2建立健全安全生产管理机构，成立以项目经理为组长的安全生产领导小组，全面负责并领导本项目的安全生产工作；实行逐级安全技术交底及培训制度，确保管理人员及现场作业人员掌握安全操作要点。
8.2操作人员应遵守安全操作规程，不违章指挥、不违章操作、不伤害自己、不伤害他人、不被他人伤害，提高安全防护意识和自我防护能力。
8.3施工现场必须按照规定设置安全防护设施，保证施工现场人员和设施安全。
8.4配电箱、开关柜必须绝缘良好，有自动漏电保护开关，严防触电及路事故发生。
8.5作业前必须对起重设备、吊具进行检查，确认安全后方能使用。
8.6起重吊装时必须有专人指挥，信号不清时不得操作。
9.环保、节能措施
9.1施工过程中产生的建筑垃圾集中收集，定时清理。
9.2夜间施工时，应取得当地相关部门同意，并尽量安排功率小、噪声低的机械设备进行施工。
9.3加强施工现场管理，保持施工现场整洁，材料堆放整齐，机械设备停放有序，特殊施工地段有明显标志。
9.4施工过程中严格按照国家有关部委批复的环保、水保方案实施。
10.效益分析
10.1经济效益
（1）桩基钢筋笼精确连接工装可确保每节钢筋笼焊接时减少约一半人工，摊销成本单根桩节省37.5元，平均每个桥墩8根桩，则每个墩身节省费用元。
（2）承台钢筋支撑可调式工装的应用可减少承台架立筋的使用，每个承台平均节省8根，每根长2.5m，节省费用约8×2.5×2.47×3.5=.9元。
（3）既有的施工方法4人*台/天，使用定位胎具后2人*台/天，施工工效显著提高。节省两人工的费用为*2=元/墩身。
（4）墩身模板开窗设计工装与传统施工方法相比，主要是节省了后期返工费用，每个墩身按照10%返工计算，平均每个墩身有20个U型螺栓，每个螺栓的植筋费用是50元，则每个墩身节约费用元。
（5）墩身喷淋养护工装与普通工艺相比，主要是节省了人工费用。普通工艺中每个墩身主要材料费摊销为63元，人工费元，养护用水40元，而采用工装后主要材料费摊销为73元，人工费元，养护用水2元，每个墩身可节约成本元。
（6）墩身垫石预埋孔精确定位工装与普通工艺相比，主要节省了人工费及因预埋偏差可能发生的洗孔费用，综合节省费用.4元。
（7）墩身吊围栏安装操作平台可实现多个班组共用1台吊车，每个墩身吊围栏施工节省机械租赁费约元。
通过采用桥梁下部结构施工控制工装，经测算，单个桥墩采用桥梁下部结构施工控制工装综合节省费用约.3元。我单位铁路、市政、公路项目数量众多，桥梁工程占比较大，经实践应用后，施工工效显著提升，施工成本明显降低，安全质量显著提升，若积极应用，可持续为企业提质增效。
社会效益
本实用技术其先进性、实用性得到了多家建设单位的认同，并在商合杭铁路，连镇铁路，杭绍台铁路、昌景黄铁路、太焦铁路、黄千高速等项目的桥梁墩身施工中得到推广运用。年11月京福客专安徽公司及各参建单位共同参观了桥梁下部结构质量控制工装的应用情况，对本创新技术给予了高度评价，并给予B级通报表扬，社会效益显著。
环保节能效益
本创新技术确保了桥梁下步结构施工的安全与质量，提升了现场作业标准化；工装材料均为现场常见材料，无需额外资源投入，同时可高效利用既有资源，环保效益显著。
11.应用实例
该技术依托*****桥梁下部结构施工研究总结形成。通过技术创新，有效保证了桥梁下部结构钢筋工程、混凝土工程、附属工程施工符合设计规范要求，提高了桥梁下部结构施工工效和施工质量，降低了安全风险，节约了施工成本，效果显著。通过在多个桥梁工程中的不断实践，持续对工装进行优化、调整，最后达到在工序上提高了工效，在进度上节约了工期，在质量上得到了保障。在连镇铁路、合安铁路、连徐铁路、杭绍台铁路、昌景黄铁路、南沿江铁路、黄千高速等项目均在使用，应用前景广阔。
