平果至南寧高速公路項目預制梁質量通病原因及預防措施分析

韋立樺,肖 凱

(廣西百寧高速公路有限公司,廣西 南寧 530009)

0 引言

預制梁板作為通常橋梁使用最廣泛的主要承重組件,是采用工廠預制,再運至施工現場按設計要求位置進行安裝固定的梁板。而在工廠預制過程中,由于施工方法、技術條件、室外環境等各項影響差異,不可避免地產生各種質量問題。常見的質量通病有:外觀蜂窩麻面、空洞露筋、缺棱掉角,梁體破損、結構體存在離析、鋼筋間距過大或過小、預應力體系鋼絞線滑絲斷絲、壓漿存在空洞等,這些問題會影響到預制梁的整體質量,對結構整體性產生負面影響,從而影響橋梁的安全質量。如何處理這些預制過程中出現的問題,是所有涉及橋梁預制梁預制的施工項目需關注的問題。

1 工程概述

平果至南寧高速公路是廣西壯族自治區層面統籌推進的重點建設項目,是《廣西高速公路網規劃(2018—2030)》布局方案中“縱10線”的重要組成部分。該項目起點位于百色平果市四塘鎮,與巴馬至平果高速公路順接,經百色平果市和南寧市武鳴區、隆安縣、西鄉塘區,終點位于南寧市西鄉塘區石埠北立交。項目建設里程為81.983 km,批復概算為120.92億元,主線為設計速度120 km/h、標準路基寬34.0 m、雙向六車道的高速公路。全線路基土石方約4 515×104m3,主線橋梁51座,隧道5座,互通立交4處(其中樞紐立交1處,服務型立交3處),服務區2處,U形轉彎1處,監控通信分中心1處,養護工區2處。

2 預制梁及所用材料基本情況

該項目T梁標準跨徑為30 m,梁高為2 m,跨中梁肋厚20 cm,橫隔板為5道,馬蹄寬度為60 cm,伸縮縫位置梁肋厚度均為60 cm;翼緣板靠近梁肋位置厚度為25 cm,濕接縫處厚度為20 cm,中梁預制寬度為170 cm,邊梁預制寬度為205 cm。

該項目箱梁標準跨徑為20 m,梁高度為1.3 m,跨中梁肋厚度為18 cm,橫隔板設3道,伸縮縫位置梁肋厚度均為25 cm;翼緣板靠近梁肋位置厚度為25 cm,濕接縫處厚度為18 cm,中梁預制頂板寬度為240 cm,邊梁預制頂板寬度為285 cm,底板寬度均為100 cm。

該項目預制梁應用混凝土標號為C50,重力密度=26.0 kN/m3[1],彈性模量=3.45×104MPa。其中,水泥采用P.Ⅱ 52.5的硅酸鹽水泥,粗骨料采用連續級配,碎石采用錘擊式破碎生產,最大粒徑≤20 mm,以防止混凝土澆筑振搗空隙過大,細集料為優質天然河砂。混凝土各種材料配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比表[2]

3 預制梁的常規施工步驟

常規工程的一般施工作業步驟為:施工物料準備→梁片預制模板與清理→鋼筋預制綁扎與固定安裝→波紋管的制作和定位與安裝→預制梁片鋼筋模板及安裝→混凝土澆筑與養生→預應力筋張拉→壓漿與鉆孔封錨→移梁與存梁。

4 質量通病及其產生原因分析

預制梁的常規方法是存在很多問題的,根據以往的生產施工經驗總結如下。

質量通病:外觀問題上的蜂窩、麻面、水紋;梁片模板連接處的錯臺;梁體產生裂紋、裂縫;模板未密封良好導致部分漏漿、離析;幾何尺寸不合格(梁長、梁寬、頂板厚度、腹板厚度);預應力鋼絞線產生滑絲、斷絲;梁片橫坡出現問題。

產生原因:模板安裝不夠緊密產生漏漿;未按圖紙正確安裝模板造成尺寸不合格;安裝時模板未清理干凈造成外觀蜂窩麻面與水紋;未及時養護或養護不全面造成梁片產生裂紋裂縫;預應力張拉施工不規范造成鋼絞線滑絲斷絲;梁片模板安裝時未按要求調試模板左右高度從而造成橫坡問題。

對于如何處理這些通病問題,該項目在預制梁場施工前,分析了所有質量通病產生原因,并針對這些問題逐一撰寫解決方案提高項目預制梁的預制質量。

5 質量通病解決方法與防治手段

5.1 鋼筋綁扎胎架與波紋管定位卡槽

考慮到因鋼筋綁扎間距把握不準確而造成的鋼筋間距過大或過小的通病,進而影響預制梁總體質量的情況,在制作鋼筋綁扎胎架過程中,預先按照規定要求的鋼筋間距定位好卡槽,在綁扎鋼筋時便可通過將鋼筋放入卡槽,直接定位鋼筋,解決定位偏差的問題,保證鋼筋間距的合格率。同時,在胎架對應位置標志出對應的波紋管定位高度,通過所給位置精準焊接波紋管定位鋼筋,保證波紋管按照要求定位。

5.2 自行式不銹鋼液壓模板

將普通不銹鋼模板拼裝好,用連接裝置將每個模板連接為一個整體,然后在兩片側模的頭部和尾部各加裝兩個可行走的小臺車,通過行走小臺車帶動整體模板前后移動。小臺車上裝有液壓油缸,將模板運至預制梁臺座處,模板高度及平面位置使用油缸調節,以滿足施工要求,這就是自行式不銹鋼液壓整體模板。其特點是使用可移動式的整體不銹鋼液壓模板,不僅接縫的密貼程度好,而且模板長度調節以及使用拼裝都很便捷。與傳統吊裝式的預制梁側模相比,液壓模板只需要一次安裝即可長久使用,避免了重復安拆模板造成的模板連接邊緣處的受損情況,基本不會再出現因模板安拆頻繁而導致的預制梁表面錯臺問題。

整個體系安裝調試完成即可運行使用,還可以人工通過模板頂部的拉力桿加大緊密程度,側模系統下的小臺車系統可以促使模板縱梁向移動。在施工過程中,液壓模板體系不再用龍門吊等設備進行模板吊裝,極大地減少安全風險,既降低了成本投入,還提高了梁片質量水平,對于提高預制梁片質量有良好的積極作用。

5.3 護欄鋼筋預埋

為保證橋梁護欄的施工質量,在梁場預制邊梁梁片時,采用預埋的方式先將護欄鋼筋預埋進梁片。具體方法為:在綁扎梁片頂板鋼筋時,通過準確定位,在不影響梁片運輸的情況下先將護欄的部分鋼筋綁扎進頂板鋼筋,然后將混凝土整體澆筑進梁片,使之后在綁扎護欄鋼筋時有準確定位,保證了橋梁護欄的澆筑質量,使護欄與梁體產生良好連接,從而提升橋梁質量。

5.4 土工布全覆蓋養護

該項目地理位置處于北回歸線以南,年均氣溫高達21.6 ℃。由于氣溫過高,太陽光照時間長,太陽光線強度高,而預制梁養護過程中需要避免陽光曝曬。在預制梁預制完成并初凝后采用土工布對預制梁進行全覆蓋,這既是為了使預制梁不會因為長時間曝曬而產生表面裂縫,也是為養護預制梁創造一個良好的保濕條件。對預制梁進行全覆蓋后,能保證預制梁的相對濕度與溫度處于一個相對穩定的狀態。

5.5 智能噴淋裝置

預制梁的養護一直是預制梁強度提升的關鍵因素,而如何控制養護噴淋時間與養護噴水覆蓋率一直是一個難以解決的問題。傳統的人工灑水方法不僅耗時長,人工投入大,灑水覆蓋率還受人工因素影響,導致養護情況不容樂觀。該項目在預制梁場建設之前考慮到養護可能存在不全面的問題,在預制場建設過程中同步建設智能噴淋系統,通過監控系統對預制梁養護情況進行實時監控,根據預制梁預制成型后經過的時間長短自動設定程序對梁片進行噴淋。同時噴水孔布設覆蓋整片梁,采用自動旋轉噴灑,全方位無死角覆蓋梁片,減少了對噴淋工作的人工投入,也避免了因噴淋不及時而造成的預制梁溫度過高與缺水情況。

5.6 智能張拉

該項目預應力鋼束采用標準直徑為φs15.2(1×7)mm高強度低松弛鋼絞線,面積為A=140 mm2,抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa,抗拉設計強度fpd=1 260 MPa[2],張拉控制應力為1 395 MPa,1 000 h后應力松弛率≤2.5%,鋼絞線彈性模量Ep=1.95×102MPa。每束施加張拉力的順序為:0→10%→20%→50%→100%。30 m預制T梁張拉順序為:N2→N3→N4→N1;20 m箱梁張拉順序為:N1→N2→N3。項目根據施工現場千斤頂標定證書中給出的線性回歸方程,計算相關張拉參數時油表讀數,指導現場施工,計算結果如下頁表2～3所示。

梁片的預應力體系一直是影響梁片預制質量的關鍵因素,而張拉誤差一直是困擾預應力施工的嚴重問題。對此,項目采用了最新的智能張拉系統,其由系統主機、千斤頂及油泵構成,主要控制方式是控制張拉力及核對標準鋼絞線伸長量。系統可應用壓力傳感器連續采集實際額定工作壓力數據、鋼絞線的實際伸長量與回縮量等各種相關測量數據,送至主機,接著進行數據自動整理與分析判斷,這時張拉設備接受系統指令,實時地、動態地調整各電機單元的運行參數,自動實現調控張拉力電機,實時精準掌握張拉力和加載運行速度,自動實現所有張拉過程。這就保證了張拉施工不會產生張拉不足或者張拉過度的情況,基本消除鋼絞線滑絲與斷絲的可能性。

表2 T梁張拉數據表

表3 箱梁張拉數據表

5.7 智能壓漿

傳統設備壓漿情況工作原理為:將真空泵放到孔道一端,管道抽真空后,孔道負壓在0.1 MPa左右,之后用壓漿機在孔道另外一側以正壓力0.5～0.7 MPa將水泥漿壓入孔道,不僅增加孔道灌漿密實度,而且還能將水分以及氣泡對預應力筋的影響降到最低。

預應力壓漿漿液的性能指標見表4、表5[3]。

表4 壓漿性能指標1表

表5 壓漿性能指標2表

管道壓漿施工是保護預應力鋼絞線免遭水與空氣銹蝕,保證構造物使用耐久性的有效途徑。預應力筋依靠注入的水泥漿與周圍的梁體混凝土結合成整體,加強錨固裝置的整體穩定性,以增強預制梁自身強度及抗壓裂能力,若預應力管道壓漿不密實,將嚴重影響結構物的使用耐久性。智能壓漿系統主要有系統主機、測控系統和壓漿系統三大部分。由預應力管道、制漿機和壓漿泵構成的回路內持續循環中,管道里的空氣可以通過壓漿漿液排出,而且能夠及時顯示管道堵塞等狀況,通過加大壓漿機壓力,沖入孔道內,排出其中如殘留混凝土等的各種雜質,消除可能造成壓漿不密實的各種因素。通過操作系統實時監測漿液的水灰比與注漿壓力,調整漿料與水的比例和壓力泵的壓力,從而保證水膠比和注漿壓力均處于壓漿工作的施工標準范圍內,確保預應力筋可通過水泥漿與預制梁片結合成一個整體,保證梁片的結構耐久性。

6 結語

預制梁作為最主要的橋梁結構,在常規橋梁的建設中扮演著極其重要的角色。由于施工方法、材料質量、環境條件等多種因素的限制,預制梁質量通病直到現在仍難以徹底解決,在施工中需提高警惕,注意從每一施工步驟中發現可能產生的質量問題,并盡可能地利用新技術、新工藝、新設備等去解決問題,把質量通病扼殺在搖籃里。同時,在日常的生產施工中,注意按規定方案施工,杜絕人為因素造成的預制梁施工質量問題。