預(yù)制小箱梁橋施工工藝質(zhì)量控制與影響因素研究

李芳

（昆明市建設(shè)服務(wù)中心，云南 昆明 650011）

0 引言

簡支梁的施工工藝成品，具有受力明確、結(jié)構(gòu)規(guī)整等特點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生溫度變化、材料收縮、外界張拉等多種作用情況時(shí)，梁結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)附加內(nèi)力。此結(jié)構(gòu)可用于各類中小跨徑裝配化施工工藝，結(jié)構(gòu)內(nèi)力穩(wěn)定，不易改變。在載荷固定條件下，正彎矩逐漸變小，此時(shí)結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋更具施工工藝經(jīng)濟(jì)性。為此，采取“簡支＋連續(xù)”的施工工藝方法，形成先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)制梁結(jié)構(gòu)，可有效控制工期，保證施工工藝質(zhì)量。

1 工程概況

案例項(xiàng)目為海河橋，坐落于飛虎大道南段，海河跨徑寬度約為29m。此項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)，施工工藝方案為“預(yù)制法＋簡支箱梁”。主梁施工采用預(yù)制構(gòu)件，在主梁吊裝完成后，使用現(xiàn)場澆筑的方法，連接各片梁，施工成連續(xù)整體。

2 預(yù)制小箱梁橋施工特點(diǎn)

2.1 施工工藝特點(diǎn)

預(yù)制小箱梁橋施工工藝，多用于預(yù)制施工工藝方案中，具有“體系轉(zhuǎn)換”“結(jié)構(gòu)連續(xù)”的施工工藝效果。預(yù)制梁橋成品具有較高的施工工藝優(yōu)勢。在橋梁施工工藝完善的視野下，預(yù)制小箱梁橋施工工藝獲得了多重應(yīng)用。然而，在施工工藝實(shí)踐中，會(huì)出現(xiàn)裂縫質(zhì)量問題，削弱了橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能，降低了施工工藝成品的美觀性。預(yù)制小箱梁橋施工工藝共有五個(gè)特點(diǎn)：第一，采取標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制施工工藝，前期集中生成預(yù)制梁，保證施工工藝質(zhì)量。第二，可同步開展橋梁各孔位的施工工藝任務(wù)，有利于壓縮施工周期。第三，使用架橋機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一安裝，可保證安裝質(zhì)量，有效控制安裝進(jìn)度，合理規(guī)劃施工工藝和設(shè)備，具有較高的施工工藝經(jīng)濟(jì)性。第四，預(yù)制生產(chǎn)期間，使用定型鋼模，可加快預(yù)制速度，有效控制材耗，預(yù)制效果優(yōu)異。第五，結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)制梁的工藝成品，符合工程質(zhì)控要求[1]。

2.2 受力特點(diǎn)

小箱梁具有自重輕、抗扭性能好等結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。轉(zhuǎn)換前期為簡支梁受力，主梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換完成后，結(jié)構(gòu)成為連續(xù)梁，能夠承載二期固定作用力。由此可見，預(yù)制小箱梁橋成品，具有疊加內(nèi)力的承載能力。

3 預(yù)制小箱梁橋施工工藝分析

3.1 施工工藝不足

3.1.1 轉(zhuǎn)換不規(guī)范，削弱成品性能

參照預(yù)制小箱梁橋的整體施工工藝方案，轉(zhuǎn)換施工工藝尤為關(guān)鍵。在轉(zhuǎn)換施工工藝中，如未全面把握連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將會(huì)使小箱梁出現(xiàn)質(zhì)量問題，集中表現(xiàn)為裂縫。形成裂縫質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素有：前期梁橋空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未完成力學(xué)分析，致使結(jié)構(gòu)整體剛度不足；施工工藝期間，并未嚴(yán)格參照規(guī)范要求，進(jìn)行施工工藝控制，致使成品與設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)較大偏差，形成裂縫問題，削弱了預(yù)制小箱梁橋成品性能，使其結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)耐久性均無法達(dá)到工程要求。

3.1.2 預(yù)制施工工藝的精度不足，降低施工工藝效果

跨數(shù)較多的橋梁結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)，測定橋梁預(yù)制結(jié)構(gòu)的施工工藝質(zhì)量。預(yù)制生產(chǎn)小箱梁期間，以批量生產(chǎn)為主。引入概率調(diào)查分析方法，合理應(yīng)用可靠度分析方法，綜合評判施工工藝質(zhì)量，旨在增加預(yù)制方案設(shè)定的簡便性，提高評價(jià)結(jié)果的可參考性。然而，當(dāng)前使用的可靠度分析方法，尚存不足，致使評價(jià)內(nèi)容缺失一定依據(jù)，亟須改進(jìn)。收集橋梁參數(shù)后，方可進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)。如果參數(shù)精確度不足，將會(huì)降低質(zhì)量評價(jià)的真實(shí)性。如果調(diào)查參數(shù)具有“正態(tài)分布”特點(diǎn)，可直接使用參數(shù)進(jìn)行可靠度分析。如果調(diào)查參數(shù)并非“正態(tài)分布”，需將其處理成正態(tài)分布之后，再進(jìn)行可靠度分析。實(shí)踐中，進(jìn)行正態(tài)分布轉(zhuǎn)換，會(huì)增加數(shù)據(jù)偏差，難以保證分析結(jié)果的可靠性。

3.2 質(zhì)控對策

3.2.1 規(guī)范轉(zhuǎn)換施工工藝，保證成品性能

預(yù)制小箱梁橋的施工工藝過程，是使一聯(lián)多孔的梁橋結(jié)構(gòu)從預(yù)制梁生產(chǎn)環(huán)節(jié)至梁裝在支座位置，呈現(xiàn)出簡支受力形態(tài)，與一般梁并無較大差異。小箱梁豎向結(jié)構(gòu)之間，在墩頂與通波紋管箱梁之間，添加鋼絞線，進(jìn)行濕接段處理，使其形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。依據(jù)施工工藝要求，卸除臨時(shí)支座。此時(shí)橋梁上部承受的荷載，主要由永久支座承擔(dān)。采取此種規(guī)范的施工工藝操作方法，完成了體系轉(zhuǎn)換，增加了連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力分布的合理性。

3.2.2 精確給出預(yù)制方案，提高施工工藝成效

進(jìn)行預(yù)制小箱梁橋的生產(chǎn)，梁板的可選材料較多，包括“空心板”“T 梁”等。梁型的選擇理念如下：

第一，參照跨徑、工程需求綜合選定梁型。如果材料是空心板，梁型跨徑應(yīng)介于13～25m，跨徑小于20m 時(shí)，整體梁橋結(jié)構(gòu)性能較優(yōu)。如果上部結(jié)構(gòu)是小箱梁，梁型跨徑大小應(yīng)介于20～35m，參數(shù)不超過30m 時(shí)，結(jié)構(gòu)性能較好。如果上部結(jié)構(gòu)是T 梁，梁型跨徑規(guī)格應(yīng)處于20～50m，取值40～50m 為最佳。整理材料與梁型確定的精確參數(shù)，如表1所示。

表1 材料與梁型確定的精確參數(shù)

第二，依據(jù)受力需求選擇上部結(jié)構(gòu)。小箱梁具有較強(qiáng)的抗扭性能，相比空心板與T 梁，抗扭效果最好。

第三，參照工程地勢特點(diǎn)選擇上部結(jié)構(gòu)。地勢平緩的地區(qū)可選擇小箱梁，地勢陡峭多用T 梁。案例項(xiàng)目處于地勢平緩的區(qū)域，使用小箱梁為宜。

第四，以結(jié)構(gòu)美觀性為主選擇上部結(jié)構(gòu)。相比之下，小箱梁美觀性較高，其次是空心板。

第五，以梁型規(guī)格一致的理念選擇上部結(jié)構(gòu)。一個(gè)橋梁項(xiàng)目中，應(yīng)主選一種類型的梁結(jié)構(gòu)，以此保證規(guī)格統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)連續(xù)。

由此發(fā)現(xiàn)，預(yù)制小箱梁橋施工工藝規(guī)劃期間，應(yīng)合理確定梁型，從施工工藝成本、跨徑大小、受力需求、工區(qū)地勢等視角，綜合給出適用的施工工藝方案，提升方案設(shè)計(jì)的精確性，增強(qiáng)施工工藝內(nèi)容的規(guī)范性，達(dá)到控工期、保質(zhì)量、低成本的施工工藝質(zhì)控目標(biāo)[2]。

3.3 施工工藝質(zhì)控方法

預(yù)制小箱梁橋的施工工藝質(zhì)控共有三個(gè)階段。

第一，成品質(zhì)檢階段。在預(yù)制小箱梁橋施工工藝完成后，檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，排查劣質(zhì)成品。此種檢驗(yàn)方法，具有工程質(zhì)量的監(jiān)督作用，能夠有效監(jiān)督施工工藝操作的規(guī)范性，及時(shí)排查不合格的成本結(jié)構(gòu)。

第二，統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管理。此環(huán)節(jié)使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，前期控制施工工藝方案，防止出現(xiàn)劣質(zhì)成本。由專業(yè)施工工藝人員，制定施工工藝方案，保證施工工藝質(zhì)控效果。此種質(zhì)控方法，可在施工工藝前期融合質(zhì)控思想，有效消除質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)推進(jìn)質(zhì)量管理工作。

第三，全面質(zhì)控階段。以整個(gè)工程施工工藝過程為對象，進(jìn)行全面質(zhì)控管理。有效落實(shí)試驗(yàn)工作，給出完整的施工工藝方案，合理鑒定試驗(yàn)成品。以全環(huán)節(jié)的質(zhì)控方法，積極把握施工工藝質(zhì)量。工程案例實(shí)踐中，使用全面質(zhì)控方法，積極排查質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，獲取優(yōu)異的預(yù)制小箱梁橋施工工藝成品。

4 案例工程質(zhì)量驗(yàn)收分析

4.1 影響預(yù)制小箱梁橋性能的因素

4.1.1 預(yù)制小箱梁橋成品完整性。材料強(qiáng)度不夠、箱梁結(jié)構(gòu)尺寸較小，均會(huì)引起梁橋成品結(jié)構(gòu)不完整，削弱結(jié)構(gòu)整體性能。

4.1.2 材料性能。在施工工藝期間，質(zhì)控不規(guī)范，會(huì)降低材料性能，使其無法達(dá)到性能要求，出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。性能不好的材料，難以抵擋外界因素的影響，出現(xiàn)材料質(zhì)變問題，危及預(yù)制小箱梁橋成品的施工工藝效果。

4.1.3 鋼筋銹蝕。預(yù)制生產(chǎn)期間，使用的材料有混凝土與鋼筋。如果鋼筋發(fā)生銹蝕問題，材料表層的防銹層質(zhì)量欠佳，會(huì)危及預(yù)制小箱梁橋成品的施工工藝質(zhì)量。成品裂縫，主要是鋼混黏合力較弱引起的。裂縫形成后，會(huì)降低材料保護(hù)作用，縮短截面，致使鋼筋發(fā)生銹蝕，削弱預(yù)制小箱梁橋成品整體的承載能力。

4.1.4 環(huán)境因素。以案例工程周邊環(huán)境為參考，環(huán)境屬性為“特殊環(huán)境”。在普通環(huán)境中，空氣是引起鋼混出現(xiàn)質(zhì)變的主要因素。特殊環(huán)境中，以防銹為主要任務(wù)。為此，案例工程需加強(qiáng)防氧化、防銹蝕處理[3]。

由上述分析可知，影響預(yù)制小箱梁橋成品質(zhì)量的因素有混凝土性能、預(yù)應(yīng)力變化、梁截面大小、橋墩參數(shù)、承臺與樁基性能。其中，對橋墩具有影響作用的參數(shù)有：高度、截面。對承臺與樁基中具有影響作用的參數(shù)是樁直徑、樁長度。

4.2 工程技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 案例橋梁項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)

4.3 建模分析

4.3.1 應(yīng)用Midas civil 創(chuàng)建模型，導(dǎo)入案例工程的各項(xiàng)施工工藝方案，創(chuàng)建預(yù)制小箱梁橋模型。質(zhì)量驗(yàn)收建模時(shí)，全橋共有1100 個(gè)節(jié)點(diǎn)，梁單元共計(jì)981個(gè)。從自身質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力兩個(gè)方面，進(jìn)行荷載分析。

4.3.2 參數(shù)選擇。案例項(xiàng)目的梁、墩、承臺、樁基四個(gè)結(jié)構(gòu)，選出具有預(yù)制小箱梁橋影響作用的參數(shù)。梁體結(jié)構(gòu)選擇的參數(shù)是抵抗彎矩。橋墩參數(shù)選擇臨界荷載。承臺參數(shù)選擇與橋墩相接位置的切應(yīng)力。樁基選擇單樁豎直承載能力。

4.3.3 模型分析發(fā)現(xiàn)：各個(gè)因素對預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量均有一定影響，影響程度有差異。影響程度的權(quán)重分配結(jié)果：梁體、橋墩、樁基影響的權(quán)重均為0.3，承臺影響的權(quán)重為0.1。各二級指標(biāo)的影響權(quán)重為梁混凝土性能0.012，預(yù)應(yīng)力損失0.341，梁截面大小0.647，墩截面大小0.274，墩高0.01，承臺截面大小0.5，承臺高0.5，樁直徑0.886，樁長度0.114。

4.4 預(yù)制小箱梁橋驗(yàn)收評價(jià)理念

創(chuàng)建預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量驗(yàn)收評價(jià)體系，需要考量影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量的多個(gè)因素。實(shí)踐中，驗(yàn)收評價(jià)的理念包括：第一，目的性。預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量驗(yàn)收的評價(jià)工作，應(yīng)保證評價(jià)的客觀性，評價(jià)內(nèi)容的真實(shí)性。第二，實(shí)用性。當(dāng)橋型不同時(shí)，驗(yàn)收評價(jià)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)一定差異。為此，創(chuàng)建預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量驗(yàn)收評價(jià)體系，應(yīng)保證指標(biāo)具有更換的靈活性。第三，簡明性。用于橋梁質(zhì)量判斷的因素較多，以簡化驗(yàn)收流程為方向，選擇威脅程度較大的因素。第四，定性＋定量。采取定量分析、定性評價(jià)的方法，全面給出橋梁質(zhì)量評價(jià)結(jié)果。第五，層次性。將威脅預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量的各類因素，進(jìn)行層次劃分，創(chuàng)建多層級的評價(jià)體系，細(xì)化驗(yàn)收流程，完善評價(jià)內(nèi)容[4]。

4.5 驗(yàn)收評價(jià)依據(jù)

參照質(zhì)量驗(yàn)收各項(xiàng)規(guī)定，驗(yàn)收分?jǐn)?shù)與質(zhì)量評級的對照關(guān)系如表3所示。

表3 驗(yàn)收分?jǐn)?shù)與質(zhì)量評級的對照關(guān)系

表3、表4 數(shù)據(jù)參照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1—2012）的規(guī)定內(nèi)容（僅包括合格、不合格），聯(lián)合平臺多級質(zhì)量分類，進(jìn)行評分?jǐn)?shù)據(jù)分級，給出更為細(xì)致的驗(yàn)收方法，其中很差、較差代表不合格，一般、較好以及優(yōu)秀代表合格。五等（＜65 分）代表不合格，四等及以上（≥65 分）代表合格。

表4 橋梁項(xiàng)目的質(zhì)量評價(jià)層級劃分方法

表3、表4 數(shù)據(jù)參照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF801—2012）的規(guī)定內(nèi)容。

4.6 工程驗(yàn)收方法

4.6.1 鋼筋性能驗(yàn)收：各構(gòu)件，均抽選2 個(gè)進(jìn)行斷面檢查，梁、板位置的構(gòu)件偏差不超過10mm，基礎(chǔ)與墩臺的施工工藝偏差應(yīng)控制在20mm 以內(nèi)；灌注樁施工工藝偏差不應(yīng)超過20mm。保護(hù)層驗(yàn)收時(shí)，各模板周邊選出8 個(gè)檢測點(diǎn)，柱與梁的保護(hù)層施工控制標(biāo)準(zhǔn)為±5mm，基礎(chǔ)與墩臺的保護(hù)層驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為±10，板材保護(hù)層的質(zhì)檢規(guī)范為±3mm。

4.6.2 承臺驗(yàn)收時(shí)，材料強(qiáng)度符合要求。每種參數(shù)各取2 點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)收，規(guī)格偏差＜30mm 以內(nèi)。使用水準(zhǔn)儀查看5 個(gè)位置的高度值，檢測承臺頂面高程。

4.6.3 橋墩外觀處于規(guī)范要求內(nèi)，斷面大小偏差不超過20mm，頂面高度偏差處于10mm 以內(nèi)。外觀檢查時(shí)，橋墩、承臺各位置的結(jié)構(gòu)規(guī)整、表面光潔，未見明顯接縫問題。如發(fā)現(xiàn)裂縫問題，依據(jù)裂縫大小進(jìn)行減分處理。裂縫寬度的免減分評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是：裂縫寬度＜0.15mm。案例工程各項(xiàng)質(zhì)量驗(yàn)收得分為96 分，參照表4 的質(zhì)量評價(jià)規(guī)則屬于“一等質(zhì)量”，能夠達(dá)到橋梁質(zhì)量要求。

5 結(jié)語

綜上所述，預(yù)制小箱梁橋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出工期短、性能高的施工工藝優(yōu)勢。實(shí)踐中，會(huì)受到材料性能、截面大小、環(huán)境條件等諸多因素的影響。加強(qiáng)質(zhì)量管理，積極提高施工工藝效果，是預(yù)制小箱梁橋施工工藝實(shí)踐的重要措施。以案例項(xiàng)目為對象，進(jìn)行工程質(zhì)量驗(yàn)收，從多個(gè)工程視角，參照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，給出得分，質(zhì)量驗(yàn)收方法具有較高的可信度。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，案例項(xiàng)目質(zhì)量得分為96 分，為一等質(zhì)量，符合要求。