1自动化工艺
与国际先进工艺接轨，国内开发了钢筋笼全自动生产工艺和相应设备。钢筋笼自动化成型机的基本结构如图3所示。主筋原料架包括原料台和动力喂料系统，主筋旋转支架包括旋转导向及防撞系统，盘筋放线架包括矫直机构和箍筋导向机构，固定旋转盘包括全自动焊接系统，移动旋转盘包括行走系统和双向移动安全保护系统，起落架包括液压系统，在固定旋转盘旁还有电控及操作系统。钢筋笼成型前需做如下几项准备工作：主筋定尺剪切下料，并放置到主筋喂料架上；支撑环弯弧成型，并放到固定旋转盘附近；盘条箍筋上料、解捆；确定钢筋笼的直径、主筋的直径、主筋的数量、盘筋的直径及盘筋间距;在固定盘上根据钢筋笼规格排布套管，用扳手固定；根据固定盘套管分布顺序，在移动盘上同样的位置安装固定管；调整盘筋的导向，按要求抬高或降低盘筋矫直机构；按下移动盘寻参按钮，使移动盘小车回到零位。准备工作结束后开始生产制作，自动化成型主要工艺如图4所示。将钢筋笼的主筋穿过固定旋转盘模板圆孔，在移动旋转盘圆孔中固定后，经过去应力矫直的箍筋端头先在主筋上焊２～３圈；同步转动两个旋转盘，移动盘边旋转边后移，主筋同时在纵向和圆周两个方向运动，拖动箍筋在主筋上缠绕，形成螺旋箍筋，焊头对箍筋与主筋的交叉处进行点焊定位，从而形成钢筋笼。按下移动盘顺转按钮，移动盘继续前进，直到主筋尾部离开固定盘0.5m左右。使用扳手松开所有的钢筋端部紧定螺栓。再按下盘顺转按钮，移动盘继续前进，直至钢筋笼从移动盘上卸下。按下支撑落下按钮，将成品钢筋笼下降卸载。如果没有安装卸载装置，可以使用桥式起重机和足够的缆绳将钢筋笼提升、吊运到储存区域。此次生产结束，检查设备各部分恢复初始状态，按下移动盘寻参按钮让移动盘小车回到零位，开始下一次生产。根据钢筋笼的刚度情况，支撑环可在固定旋转盘处人工焊接上去，间距由程序设置；也可以在钢筋笼成型并卸到地面后再焊接。自动化成型工艺通常采用如下技术：控制部分采用变频器和PLC控制，箍筋间距无级可调，加密段、中间段及过渡段箍筋间距均由程序设置，加工速度无级可调，根据焊接能力合理调整旋转和移动速度；采用触摸式液晶显示屏,可在屏幕上监控各种技术参数,并可通过触摸方式对之进行修改；焊接模式有手工焊、自动焊、隔点焊三种选择，根据不同的钢筋笼成型要求灵活处理；采用三轴伺服系统驱动：两盘旋转同步精度控制在±0.1°以内，钢筋笼无扭转变形，主筋、缠绕箍筋的间距均匀，钢筋笼直径一致。因此，在手工生产钢筋笼时工程监理几乎每天都到加工现场进行检查，而使用自动化工艺加工后，钢筋笼基本可实行“免检”；箍筋不需搭接，较之手工作业节省材料1%，降低了施工成本；由于主筋在其圆周上分布均匀，多个钢筋笼搭接时很方便，节省了吊装时间；操作维修也简单，仅一名操作人员就能够完成操作。
2创新工艺
在发达国家钢筋笼生产工艺的基础上，集合我国现实国情，形成了具有中国特点的创新工艺，主要在3个方面不同于国外。1）将设备分为喂料、成型和下料3个模块，可快速拆解、运输、安装及移机，满足国内大量工程现场加工钢筋笼的需要。如图5所示，一辆车即可运送一整台钢筋笼成型机，只需拆装16条螺栓就可以分解和组合各模块，设备在工地间周转非常方便。2）参数环的设计采用，节约了大量的模具费用，并显著缩短了模具更换周期，提高了成笼效率。如图6所示，更换钢筋笼规格时只需更换对应参数环，无须人工均布过线套。参数环连接牢固，主筋位置准确，轻便灵活，成本低；而国外设备更换钢筋笼规格时，要拆下分料传动轴，再拆掉参数盘，更换难度大、时间长，参数盘重量大、成本高。3）钢筋笼螺纹连接工艺的突破，则把从钢筋主筋螺纹加工开始到钢筋笼对接后入桩孔的成套技术有机结合起来，解决了钻孔灌注桩快速施工中的关键问题。主筋预加工连接螺纹，自动成型和吊运存储过程中，连接螺纹始终处于预设位置，吊装入孔时对位准确，采用分体套筒快速连接，其连接速度是焊接工艺的5倍以上，降低了桩孔垮塌现象出现的概率（图7）
3结语
考虑到钢筋笼长度通常为30～60m，由于原材料、运输和起重的限制，钢筋笼必须分段生产、现场对接插入桩孔，在桩孔口进行对接。例如，以40mm钢筋为主筋，长度为12m,每根重量约为94kg，2个人搬起来就很吃力，一节钢筋笼最短约12m，如有40根主筋，则总重达3840kg,就位、焊接、转动等工序不仅劳动量大，而且劳动安全和钢筋笼精度都难以保证。由于每焊接一个点，都需要提前标注位置记号，还需要人工就位固定，对于较大的钢筋笼，需7个人以上才能进行生产，效率缓慢。采用自动化设备每1～2s即可完成一个焊接循环，更换钢筋笼规格快捷，生产效率是手工制作的3～5倍，而操作设备只需一人完成。而创新工艺的应用，不仅在规格更换、设备拆装方面效率倍增，更让钢筋笼的连接效率又提高5倍以上。目前国内钢筋笼焊接成型机已可以生产直径300～2500mm，长度27m的钢筋笼，还在研究双主筋、双箍筋的加强型或特殊型钢筋笼的生产和施工工艺。中国的钢筋笼成型生产工艺同时经历着传统手工、国际化的自动化成型和中国特色的专业化创新3个技术阶段，随着新工艺在工程实践应用中的不断成熟，必将带来该领域的跨越式发展。在钻孔桩工程实践中，钻孔和混凝土浇筑工艺及设备都相对成熟，其效率容易满足工程质量和进度的要求。但钢筋笼的制作、吊运和对接工艺相对落后，不仅影响工程质量，更影响工程进度，尤其在高铁、高速公路、桥梁及超高层建筑等大型工程建设中，单纯依赖传统手工工艺已无法满足工程要求。随着钢筋笼成型生产工艺的不断进步，这个问题正在逐步得到解决。
作者：张东斌 单位：中国建筑科学研究院
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