公路橋梁預制梁板施工工藝與智能管控研究

馮 蕾

(韶關市武江區地方公路管理站，廣東 韶關 512000)

0 引 言

韶關市武江區重陽鎮水口橋原始長度為56.5 m，寬度為4.5 m，該橋因橋墩垮塌無法滿足居民正常通行需求，工程單位針對原橋設計的改建施工方案因其中一橋臺基坑鄰近高鐵線路，導致現場施工終止；后續通過協商、勘察確定于原水口橋下游68 m區域開展新橋梁的建設工作，該橋梁為3 m×20 m預制混凝土空心板梁橋，所應用的工藝為后張拉預應力法。橋梁施工區域巖層單一、穩定，地質構造條件良好。下面對相關工藝與智能管控策略詳細論述。

1 公路橋梁預制梁板施工準備要點

1.1 技術方案

為確保預制梁板施工有效開展，工程單位需要提前結合現場地質水位勘察數據、業主要求等相關內容編制出合理的施工組織方案，從經濟實用、技術可行等多個方面對比選擇適宜的施工技術方案，明確方案要點后組織各施工人員開展技術交底工作，確保現場人員能夠在預制梁板施工階段嚴格落實各項技術要求。此外，工程單位也需要深度復核技術圖紙，結合施工現場對設計內容進行優化調整，追求工程質量和安全的同時加快施工效率[1]。

1.2 機械設備

針對鋼筋生產、綁扎等各項施工工序，工程單位需要針對性地做好相關智能化機械加工設備的準備工作，借助機械臂等智能生產線機器人完成對預制梁板鋼筋的安裝、綁扎、焊接與存放等相關工作，基于流水化作業的形式提升鋼筋綁扎施工效率和質量，滿足智能管控工作需求。針對預制梁板模板生產工作，工程單位應借助智能化集成管控系統對各模板生產線進行集中、智能化管理，確保工作人員能夠利用系統中輸入的模板參數信息實現對模板尺寸精度的精準控制，同時也能夠滿足后續預制梁板的快速、高質量加工需求。在預制梁板運輸、架設方面，工程單位需要結合預制梁板的尺寸和重量情況以及預制工廠的現場空間情況，合理選擇起重能力與跨徑型號使用的機械設備，明確設備選型要求后對設備進行智能化改造，滿足設備后續使用期間的可視化管理、操作權管理、機械設備狀態監控等，并針對軌道平行度監測、架橋機調平等相關操作工況進行可視化監控或自動操作。針對張拉工藝，機械設備應具備對加載動態、張拉應力、持荷時間等參數的智能監控能力；針對壓漿工藝，機械設備應具備對壓漿方向、水膠比、壓漿流量、壓漿壓力相關參數的自動調節與記錄能力，滿足壓漿工藝質量的精準控制需求。針對振搗工藝，振搗設備應與梁板尺寸、結構性能相關參數具有良好的適應性，能夠根據現場入模溫度、坍落度相關參數實現對混凝土振搗過程的智能化調控，同時對各項工序進行智能化監控，實現對施工質量的有效管控[2]。

1.3 施工材料

混凝土是預制梁板的核心材料，施工人員需要結合預制梁板乃至橋梁各部件的結構性能要求合理調配水泥、骨料、拌和水等材料，確保所調配的混凝土質量滿足使用需求。針對預制梁板鋼筋材料，施工人員需要區分普通鋼筋和熱軋鋼筋，結合鋼筋直徑控制鋼筋型號，如熱軋HRB400帶肋鋼筋用于直徑≥12 mm時，熱軋HPB300鋼筋用于直徑≤10 mm時；預應力鋼絞線通常需具備低松弛、高強度特性，工程單位需要嚴格控制絞線的彈性模量、強度、公稱直徑相關參數。各項施工材料在使用前均需要結合技術標準進行狀態鑒定，抽檢合格后方可用于現場施工[3]。

2 公路橋梁預制梁板施工工藝

2.1 梁板(空心板)預制

梁板預制是公路橋梁預制梁板施工中的核心環節，對于橋梁工程的質量具有較大影響。施工期間，工作人員需要嚴格按照設計要求控制預應力孔道和鋼筋定位，避免預應力束與錨墊板兩者垂直度存在較大偏差，確保管道中心與墊板中心對齊[4]。針對彎折部位，施工人員需要采取圓曲線法將鋼絞線過渡，同時也需要控制管道的圓順度，在定位鋼筋布設時需要基于800 mm的標準控制直線段布置間隔，并基于400 mm標準控制曲線段。在梁板澆筑前，為避免后續返工，施工人員需要確認各預埋件與鋼筋是否按設計要求按照到位；針對厚度低的預制梁板腹板、底板與板頂區域，施工人員需要選擇強度適宜的混凝土材料配比，通過試驗的方式明確骨料粒徑等材料配比參數，本工程采用C40混凝土；對于錨固區域、管道密集區域、梁端周邊，施工人員需要對振搗、養護施工質量嚴格管控，避免關鍵部位混凝土存在嚴重的質量缺陷。在空心梁板澆筑期間，施工人員需要對同一跨的梁板澆筑時間間隔進行嚴格控制，各空心梁板張拉完成時應具有不超過10 d的混凝土齡期，有效規避同一跨各梁板拱值相差較大的問題。

預制梁板澆筑施工人員需要嚴格管控施工的連續性，做到板體一次成型，各預制板避免澆筑耗時6 h以上。施工人員需要在拌和混凝土之前基于3.0%～4.5%的標準對各材料中的含氣量進行嚴格控制，基于5～35 ℃的標準對鋼筋、模板溫度嚴格控制，基于5～30 ℃的標準對入模溫度嚴格控制，澆筑振搗期間需要通過監督規避漏振、欠振等失誤情況，并做好漏漿問題的應急處理準備工作。對于腹板、頂板等區域，施工人員需要借助平板振搗器施工，并注意規避模板、預埋件、管道設施，確保將各區域混凝土振搗到位。為確保混凝土澆筑質量合格，施工人員需要在施工期間對梁板不同區域選取樣本制作彈性模量與強度試件，驗證施工工序、技術方法的應用效果。針對振搗澆筑完成的混凝土梁板，施工人員需要對頂板區域進行抹光處理，并做好收漿、拉毛相關操作。在預制空心梁板期間，施工人員需要利用鋼筋制作一段粗糙面，具體需要將6 mm鋼筋鑲嵌于梁板鉸縫區域，嵌入規格為500 mm鋼筋間隔1 m嵌入一道[5]。

拆模施工過程中，施工人員需要對預制梁板的表層、混凝土芯部溫度嚴格控制，避免出現15 ℃以上的內外溫差，為此施工人員需要在溫度適宜的時候拆模，避免因短時間內溫度變化引發較大的內外溫差。同時，施工人員需要做好防曬相關工作，避免混凝土表面受陽光直射等影響出現較大變化。對于拆模后的預制梁板，施工人員需要借助自動噴淋設備進行灑水養護處理，為維持混凝土梁板的溫濕度，施工人員可以利用土工布將梁體覆蓋，養護時間應控制在14 d以上。

預制梁板在長期存放過程中將會出現上拱現象，不同的澆筑齡期也會導致橋面與預制板之間的收縮量存在一定差距，施工人員需要對預制梁板存放時間嚴格控制，同時也需要在定期測量上拱值，當實際值與標準值相差高于8 mm時應及時處理。預制梁板后張拉施工完成后，施工人員需要對下撓值與上拱度參數嚴格管控，本工程經過計算得到的標準值詳見表1。

表1 預制梁板下撓值與上拱度控制標準(數值均代表位移向上)

2.2 預應力施加工藝

本次預應力張拉所采用的工藝為后張拉法，施工人員需要基于設計圖紙要求通過測量放線的方式標定預應力管道位置，并借助鋼筋進行固定處理，為避免出現管道下垂或錯位等異常情況，施工人需要做好鋼筋位置的優化調整工作，并通過焊接的方式將定位鋼筋焊接在腹板箍筋點上；為避免管道被混凝土侵入而堵塞，施工人員需要對波紋管密封情況進行核查，及時修復泄漏點位。預應力鋼束的張拉前提為混凝土預制梁的彈性模量和強度達到標準值，通常需要兩參數不低于設計要求的85%，在滿足這一要求的基礎上也需要確保混凝土具有7 d以上的齡期。

為保證預應力張拉質量確保工程建設需求，施工人員需要綜合控制拉伸量與張拉力，對于正彎矩鋼束錨部位，施工人員需要按照1 395 MPa的標準控制張拉力，由于錨圈口與鋼束之間的摩擦力會削弱張拉力，施工人員需要適當提升張拉力，本工程將摩擦阻力造成的張拉應力損失設定為3%，因此需要按照1 437 MPa的標準控制張拉應力，相關工程單位在實際施工過程中需要通過施工經驗數據或現場測試數值對應力損失情況進行計算和控制，但最終應力應控制在1 488 MPa范圍內。在施加預應力過程中，施工人員需要對兩端伸長量進行對比控制，避免出現兩端相差5%以上的情況，在按照設計應力將鋼束張拉完畢后，施工人員也需要對伸長量實際值與設計值進行對比，確保相對設計值的偏差在±6%范圍內。

張拉完成后，施工人員需要在48 h內完成孔道壓漿工作，需要確保壓漿飽滿，水泥漿強度達到50 MPa以上，避免出現加料、攪拌、壓漿同時操作的情況。壓漿期間，施工人員需要加強對氣溫狀況的關注，針對5 ℃以下的低溫環境進行保溫處理，對于35 ℃以上的高溫環境則需要停止壓漿施工。壓漿完成后，施工人員需要做好各部位污垢清潔處理工作，并借助混凝土材料封堵錨具部位。

3 公路橋梁預制梁板施工智能管控策略

3.1 針對鋼筋、模板加工布置智能控制的自動化生產線

公路橋梁預制梁板加工期間通常需要消耗大量人力資源開展鋼筋的加工安裝施工，傳統施工模式為人工+胎架+數控設備的施工模式，存在智能化、自動化水平不足且對勞動量大的問題，施工質量難以把控；針對此類問題，本工程結合預制梁板中鋼筋應用特性對鋼筋從制作到安裝綁扎各環節的工序進行深入研究，針對性地設計出能夠借助機械臂對鋼筋材料進行自動安裝、綁扎與焊接操作的智能管控系統，由智能系統和自動化機械設備取代人工完成鋼筋的高質量、快速制作與安裝工作。預制梁板模板施工過程中也存在施工效率低下、工作強度高等問題，施工質量把控難度相對較大，針對此類問題，工程單位結合預制梁模板加工需求對現場工作區域重新進行規劃，設計了一種臺座可移動、模板固定的加工形式，從而在施工過程中能夠基于特定的模板對預制梁板加工尺寸進行可靠控制，并基于移動臺座劃分的不同生產區域完成預制梁板各部件的快速生產工作，最終通過智能化系統實現對整體預制梁板生產作業的高效管理。

3.2 針對混凝土澆筑布置智能管控系統

混凝土澆筑施工前，工程單位通常選擇拌和機將混凝土拌和完成后，由人工輔助將材料移至罐車并運輸至現場的施工形式，本工程為提升拌和、運輸質量，選擇能夠利用智能化程序進行自動控制的拌和站完成拌和操作，并針對性地設計相應的物料收發系統，借助智能化控制系統(平臺)下達相應的生產任務，控制魚雷罐自動移動至接料口接料。拌和站控制系統能夠對運行期間的混凝土配比、坍落度、拌和時間相關參數進行實時采集，能夠通過智能化分析確定材料配比效果，為配比試驗工作提供便利，也能夠通過采集的參數判斷拌和期間有無異常情況，并為系統管理人員發出預警信息，有效規避拌和質量問題。針對混凝土振搗施工，本工程選擇利用振搗信息化管理平臺對自動附著式振搗設備進行自動控制，借助平臺對入模溫度相關參數進行采集并實現對振搗操作的自動調整，整體施工由智能化平臺自動控制，平臺能夠結合記錄的數據對振搗情況進行檢測，為振搗操作優化提供數據基礎。預制梁板混凝土澆筑之后的養護工作通常需要人工配合蒸汽發生器、噴淋系統等設備完成，實際操作效果受人為因素影響較大，質量控制難度高，針對這一情況，工程單位可以制作封閉式的小棚對預制梁混凝土進行升溫養護處理，并有智能系統對蒸養時間、溫度、濕度等進行監控，結合監控數據對預制梁構件養護參數進行優化調整，為后續養護時間的進一步縮短提供依據，在優化調整的同時也能夠對異常情況進行預警，規避養護質量缺陷。

3.3 針對預應力張拉與壓漿建立智能化監測控制系統

為提升預應力張拉與壓漿施工質量，施工人員需要借助智能化設備對壓漿、張拉參數監測，并利用智能化信息平臺對設備進行集中控制，實現對張拉應力、持荷時間、伸長量相關參數的實時監測與對比分析，及時對異常的張拉數據進行預警；同時，系統也能夠針對穩壓時間、壓漿方向、水膠比相關參數進行優化調節和預警分析，確保現場施工能夠做好壓漿飽滿密實，為預制梁板施工質量提供保障。

4 結 論

綜上所述，公路橋梁預制梁板施工工藝繁多復雜，部分工序存在勞動強度大、施工效率低的問題，現場施工過程中存在人工操作質量難以把控的問題，針對此類問題，工程單位需要結合工程建設需求制定可行且經濟實用的施工組織方案和技術方案，準備質量合格的各類材料和相應的智能化、自動化機械設備，在嚴格按工序要求控制各工藝施工質量的同時，也需要合理借助智能化設備實現對鋼筋安裝、預應力施加、混凝土澆筑等工序質量的精準把控，確保公路橋梁預制梁板施工有序推進。