钢筋笼智能加工设备的研究与应用

国道109新线高速公路西六环路至市界段工程第十工区位于门头沟区清水镇，里程桩号为K57+ 421~K68+685，全长9.232?km（清水互通立交除外），起点清水1号隧道至终点张家庄1号大桥桥尾段。本工区共桩基有539根，设计为摩擦桩和嵌岩桩，其中有桩径1.2, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2（m） 5种，桩长20~ 40?m，共15?296延米。

本文以国道109新线高速公路（西六环路—市界段）工程桥梁桩基工程为例，解析桩基工程中与人工桩基钢筋笼加工相比钢筋笼智能化加工的经济及施工效率差异，以此为后续桩基工程施工提出对策与建议。

1?桩基概况

齐家庄沟特大桥位于北京市门头沟区清水镇杜家庄村界内，上跨国道109，桩基总数236根；碰水沟大桥位于北京市门头沟区清水镇杜家庄村与张家庄村界内，两次上跨国道109，K66+957~K67+742，桩基总数126根；鹿鸣苑大桥位于北京市门头沟区清水镇张家庄村界内，南临国道109，K68+284~K68+329，桩基总数31根；张家庄1号大桥位于北京市门头沟区清水镇张家庄村界内，南临国道109，K68+445~ K68+685，桩基总数42根。全段位于北京市门头沟区清水镇内。桩基总数435根，桩基施工工期326?d。

根据设计要求和地质情况确定采用旋挖钻或冲击钻成孔，使用导管灌注水下C30混凝土。采取旋挖钻施工，若遇岩层强度高或塌孔严重情况，则改为冲击钻施工。

2?工艺原理

智能钢筋加工生产流程为：自动送料→定尺→切割→套丝→打磨→清扫→自动收料→分级储料。其技术要点如下。

2.1?钢筋切割

钢筋切割是指根据图纸需要，选择与图纸相符型号的钢筋，内部设置相应参数（端头的切割长度及钢筋长度），通过机械的自动化管控完成生产。由于采用智能化钢筋切割可大幅度减少用工，原需3~4人完成的钢筋切割任务仅需1名操作人员即可完成，还可在钢筋切割过程中及时剔除由于变形等原因导致的不合格钢筋，延长设备寿命（图1）。

图1?机械化钢筋切割

2.2?钢筋套丝

钢筋切割完成后，通过料槽传送至套丝工作区。人工钢筋加工套丝作为1个独立单元过程，主要耗费在物料的转移时耗及人工成本。自动化钢筋加工设备可通过电气驱动系统将钢筋定位固定；根据输入的数值，对不同型号的钢筋确定规范指数，把控套丝的丝牙数量，提高质量检测通过率。

采用智能化钢筋加工，钢筋的切割—套丝—打磨均处于一套流水线中，仅需1名操作人员进行品质把控，降低成本（图2）。

图2?机械化钢筋套丝

2.3?钢筋打磨

经套丝的钢筋需进行打磨及端面清洗工作。将套丝后的钢筋通过传送料槽传至钢筋打磨工作区，先对半成品钢筋进行定位夹紧，再对钢筋的端头进行打磨、清洗，导出钢筋。原需2~3人完成的工作量，使用智能设备，一条流水线仅由1名操作人员进行品质把控即可（图3）。

图3?机械化钢筋打磨

2.4?钢筋笼滚焊机

钢筋笼主筋与缠绕筋采用气焊的方式焊接，按不同直径的灌注桩钢筋笼制作图进行生产。对直径较大的钢筋，钢筋笼成型精度要求较高，利用智能化数控设备钢筋笼滚焊机可严格控制缠绕筋间距，提高钢筋笼滚焊质量。原滚焊过程需由7~8名工人完成，使用滚焊机可加快加工速度，减少人工成本。正常情况下每班仅需3人，钢筋笼成型也仅需40?min左右。与传统的人工钢筋笼滚焊相比，使用滚焊机的生产能力大幅提高（图4）。

图4? 钢筋笼滚焊机

3?技术优势

3.1?钢筋切割

与传统钢筋切割相比，自动化流水线可减轻操作人员劳动强度，还可严格控制钢筋长度。在电脑的数字化控制下减少钢筋原材料损耗。相对于人工干预较多的传统切割，严格的自动化加工也延长了机械的使用寿命。

3.2?钢筋套丝

相对于传统的物料转移，单根提升形式的物料转移可加快钢筋加工的速度，缩短物料的转移时间，提高生产效率。

数控化的生产过程可严格把控螺纹数量，智能化的套丝过程仅需检查冷却液循环、易损件及夹紧装置是否对齐，是否存在偏差即可，可在最大限度上排除不合规产品。

3.3?钢筋打磨

自动化的流水线过程保证了钢筋成品的质量，在减少人工成本的同时，也转变了工人们的工作形式，从传统的使用劳动力转为对机械的监管检查。加快了生产速度。

3.4?钢筋笼滚焊机

与人工绑扎相比，利用气体保护焊焊接主筋与缠绕筋可缩短工时30~40?min且效果更好。滚焊机可针对不同直径的钢筋笼发挥出最好的效果。原本需6人耗时1h的工作，使用滚焊机3人40?min便可完成，产量提升3~4倍。

4?经济效益

以直径2?m，长34?m的钢筋笼为例，传统工艺人工成本单人8h需500元，13人完成435套钢筋笼共需288万元。使用智能化钢筋笼加工设备生产1套钢筋笼仅需4人，在减少加工时长的同时，人工成本也从降至67万元，还提高了加工效率。

以国道109新线高速项目十工区为例，购置一套钢筋笼加工设备投入约80万元；而购置传统切割机需投入3?500元，套丝机需投入6?000元，角磨机需投入500元，3台电焊机需投入15?000元。单以设备投入而言，智能化钢筋笼加工设备投入较大。但在数控电脑的控制下，使用智能化钢筋笼加工设备下料比传统方式精准，减少了原材损耗。

本工程中传统人工钢筋笼加工需290万元，使用钢筋笼智能加工设备需147万元，可节约143万元。传统加工设备损耗大，钢筋笼智能加工设备效率 更高。

钢筋笼智能加工设备的人工成本远低于人工加工钢筋笼，且可以更低的成本、更快的速度完成加工 （图5）。

图5?智能加工钢筋笼完成

5?结束语

近年来，高速公路建设项目增多，桩基工程中钢筋笼制作的质量与速度已成为公路能否快速通车的因素之一。作为桥梁施工中不可少的部分，如何快速高质量地加工钢筋笼已成为优化桥梁施工进程和工程质量的决定因素。采用钢筋笼智能加工设备简化了工作内容，减轻了工作量，有利于安全生产，加快了钢筋笼的加工速度，更减少了由人为因素导致的偏差，提高了产品的合格率。

相对于传统钢筋加工设备安全系数低、设备多、转场难、损耗大等问题，钢筋笼智能加工设备体现出了极高的安全性，且具有损耗小等优势。

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