基于特征值比值為指標(biāo)的預(yù)制箱梁鋼筋保護(hù)層質(zhì)量控制研究

姚文成

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

在公路施工過程中，鋼筋保護(hù)層厚度一直是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的關(guān)鍵檢測項(xiàng)目，而且以 JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊 土建工程》中要求的鋼筋安裝實(shí)測項(xiàng)目控制，并在混凝土澆筑前完成檢測［1］。河南省《高速公路“13445 工程”平安百年品質(zhì)工程三年行動方案》文件中提出了“依據(jù) JTG/TJ 21－2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，檢測構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度評定結(jié)果比值介于0.9～1.3”［2］的要求。對鋼筋保護(hù)厚度有了更嚴(yán)格的要求，現(xiàn)場實(shí)際質(zhì)量控制難度加大。JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》中梁、板、拱肋及拱上建筑保護(hù)層厚度為±5 mm；檢測方法用尺量，檢測頻率為每構(gòu)件各立模板面每 3 m2檢查 1 處，且每側(cè)面不少于 5 處。在 JTG/T J21－2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中，是以特征值和設(shè)計(jì)值的比值來評價鋼筋保護(hù)層的厚度。

1 模擬數(shù)據(jù)分析

擬鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為 30 mm，依據(jù)公路行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范 JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》中鋼筋安裝實(shí)測項(xiàng)目要求梁的鋼筋保護(hù)層厚度允許偏差為±5 mm（見表1）。

表1 保護(hù)層厚度 30±5 隨機(jī)表 mm

1）在 excel 數(shù)據(jù)表上，隨機(jī)生成符合規(guī)范 JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》要求的 100 個隨機(jī)數(shù)，來計(jì)算特征值/設(shè)計(jì)值，結(jié)果如表2 所示。

表2 鋼筋保護(hù)層厚度平均值大于設(shè)計(jì)值隨機(jī)表mm

通過以上數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，用 JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》評定鋼筋保護(hù)層厚度時合格率為 100 %，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；但是以《高速公路“13445 工程”平安百年品質(zhì)工程三年行動方案》評定時，“特征值/設(shè)計(jì)值”比值達(dá)不到 0.9～1.3，不符合品質(zhì)工程要求。接下來又用 50 個相同的隨機(jī)數(shù)表進(jìn)行“特征值/設(shè)計(jì)值”的隨機(jī)數(shù)統(tǒng)計(jì)，平均值介于 0.84～0.86。

得出結(jié)論：單純的用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》控制鋼筋保護(hù)層厚度時，雖然合格率為 100 %，但是特征值比值不符合規(guī)范要求。

2）根據(jù)以上結(jié)論，對特征值比值的計(jì)算公式進(jìn)行分析。因?yàn)樘卣髦当戎翟u定方法是比值法，那么分母不變的情況下，分子越大，結(jié)果也就越大。因鋼筋保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度不變，那么特征值越大，特征值比值才能越大。接下來對特征值的計(jì)算公式進(jìn)行分析，特征值的計(jì)算公式見式（1）。

式中：Dn為鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的平均值；Kp為判定系數(shù)，當(dāng)檢測點(diǎn)數(shù)為 10～15 個時，取 1.695；當(dāng) 16～24 個時，取 1.645；當(dāng)≥25 時，取 1.595；Sd為鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測的標(biāo)準(zhǔn)差［2］。

根據(jù)計(jì)算公式可以看出，鋼筋保護(hù)層厚度特征值是差值計(jì)算。有兩種情況可以保證鋼筋保護(hù)層厚度特征值大于 0.9 倍的設(shè)計(jì)值；一是保證鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的平均值大于設(shè)計(jì)值，二是鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的標(biāo)準(zhǔn)差要小。如果控制鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的平均值大于設(shè)計(jì)值，那么需要增加鋼筋保護(hù)層厚度；如果控制鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測的標(biāo)準(zhǔn)差小，那么需要對鋼筋保護(hù)層厚度的正負(fù)偏差值縮小控制范圍。

3）根據(jù)以上分析，在 excel 數(shù)據(jù)表上，生成符合規(guī)范 JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》要求且鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的平均值大于設(shè)計(jì)值的 100 個隨機(jī)數(shù)，結(jié)果如表2 所示。

通過 excel 隨機(jī)數(shù)表生成的隨機(jī)數(shù)據(jù)可以看出，鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的平均值大于設(shè)計(jì)值時，鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的最小值隨之增大，標(biāo)準(zhǔn)差也隨之減小。相對于偏差值減小，現(xiàn)場施工難度加大。現(xiàn)場施工只能運(yùn)用以增大鋼筋保護(hù)層的厚度和減小偏差值的方法，控制鋼筋保護(hù)層的厚度，確保檢測結(jié)果符合規(guī)范和業(yè)主文件要求。

2 現(xiàn)場檢測分析

2.1 檢測方法及頻率

JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》中的檢測方法是用尺量法，檢測頻率為每構(gòu)件各立模板面每 3 m2檢查 1 處，且每側(cè)面不少于 5 處［1］。屬于事前檢測，檢測時比較直觀，能分析影響檢測結(jié)果的因素。在 JTG/T J21－2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中是用電磁檢測法，最少 10 個點(diǎn)，以特征值和設(shè)計(jì)值的比值來評價鋼筋保護(hù)層的厚度。屬于事后檢測，由于混凝土已經(jīng)施工，無損檢測難以對檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 分析結(jié)論

根據(jù)以上分析情況可以看出，兩種評判的檢測方法不同，檢測時間不同，檢測環(huán)境不同。所以要保證檢測結(jié)果一致，一是需要配備精確的檢測設(shè)備保證檢測結(jié)果真實(shí)有效，且需要時常校準(zhǔn)；二是要減小鋼筋位置在混凝土施工過程中的擾動量，保證第一次檢測結(jié)果和第二次的相差無幾。

3 施工圖紙分析

項(xiàng)目某箱梁施工圖紙中鋼筋的凈保護(hù)層厚度為30 m m，腹板的縱向鋼筋為 10Φ10@10 0和9Φ10@10 0 的光圓鋼筋，均分布在豎向帶肋鋼筋Φ10@200（150）的內(nèi)側(cè)。由于箱梁鋼筋連接一般不焊接，對于梅花綁扎的鋼筋骨架，鋼筋保護(hù)層厚度墊塊不好設(shè)置，單獨(dú)的靠扎絲固定鋼筋位置的可能性很小，聯(lián)動性差。計(jì)劃分別將兩根 10Φ10@100和9Φ10@100 縱向鋼筋移到豎向帶肋鋼筋 Φ10@200（150）的外側(cè)，方便墊塊的安裝和確保鋼筋骨架的整體聯(lián)動。

4 質(zhì)量控制措施

根據(jù)以上的分析和計(jì)劃，鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測值的平均值要大于設(shè)計(jì)值，偏差值盡量小；要減少在混凝土施工時對鋼筋位置的擾動；分別將兩根 10Φ10@100和 9Φ10@100 縱向鋼筋移到豎向帶肋鋼筋Φ10@200（150）的外側(cè)。為了更好地控制鋼筋保護(hù)層厚度，做出以下措施。

4.1 應(yīng)用 BIM 技術(shù)圖紙會審

應(yīng)用形象直觀的 BIM 三維可視化模型輔助圖紙會審，通過軟件對每個部位的鋼筋和模板進(jìn)行碰撞檢查，結(jié)合 JTG/T J21－2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》和 JTG F80/1－2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范的要求，將兩根 10Φ10@100和9Φ10@100 縱向鋼筋的第 4 根和第 7 根鋼筋移到豎向帶肋鋼筋Φ10@200（150）的外側(cè)，鋼筋保護(hù)層厚度控制值為 32.5mm 時，施工效果最佳。考慮施工難度等，將保護(hù)層厚度控制值設(shè)為 32 mm，鋼筋骨架縮小 4 mm，符合鋼筋骨架的寬為±5mm 規(guī)范要求。

4.2 鋼筋胎架制作

為了保證鋼筋胎架的尺寸精確，繪制詳細(xì)的 CAD圖紙聯(lián)系專門的生產(chǎn)廠家訂做鋼筋制作胎架。為了減小鋼筋制作時移動，控制鋼筋制作胎架上鋼筋的活動間隙，每根鋼筋的位置都設(shè)置有多個卡槽或多個定位插銷以及活動插板。為了減小鋼筋制作胎架本身的活動間隙，加強(qiáng)鋼筋結(jié)構(gòu)制作胎架的支撐性能，確保鋼筋制作胎架不變形移位，主架采用槽鋼，副架采用角鋼制作。

4.3 鋼筋生產(chǎn)與安裝

為了精確鋼筋下料長度和彎起位置，采用大廠家生產(chǎn)的鋼筋調(diào)直機(jī)和智能數(shù)控鋼筋自動彎曲機(jī)。通過廠家人員嚴(yán)格設(shè)備調(diào)試和操作工人培訓(xùn)后，設(shè)備才能投入使用。生產(chǎn)過程中對半成品進(jìn)行隨機(jī)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果偏差及時調(diào)整設(shè)備參數(shù)，保證生產(chǎn)的鋼筋半成品合格。

鋼筋加工采用生產(chǎn)超市化管理，設(shè)置獨(dú)立的生產(chǎn)區(qū)和半成品堆放區(qū)。成品放在指定位置，制作合理尺寸專用支撐架，防止鋼筋半成品彎曲變形，按照鋼筋半成品的大小規(guī)格和一定的數(shù)量，分類分層分區(qū)整齊擺放，并懸掛標(biāo)識牌。運(yùn)輸過程中使用專用吊具。

鋼筋綁扎時，將所有的鋼筋安裝在鋼筋胎架上，嚴(yán)格按照梅花綁扎法綁扎，在特殊部位增加鋼筋綁扎點(diǎn)數(shù)。綁扎絲頭在側(cè)面綁扎，扎絲頭壓入鋼筋骨架內(nèi)側(cè)，不伸入鋼筋保護(hù)層厚度范圍。

4.4 墊塊選用及安裝

為了不在鋼筋骨架安裝和模板安裝過程中因墊塊破損，或因墊塊尺寸不合適造成的鋼筋保護(hù)層厚度不合格，專門找墊塊生產(chǎn)廠家訂制混凝土強(qiáng)度為 50 MPa、厚度 22±1 mm 的保護(hù)層墊塊。并對進(jìn)場的墊塊進(jìn)行隨機(jī)抽檢，不符合要求的墊塊不能使用在工程施工中。為了保證不在混凝土施工過程中振動棒對鋼筋位置的擾動，每平方梅花型設(shè)置 5 個墊塊，并在鋼筋制件胎架上設(shè)置墊塊的安裝位置標(biāo)識，墊塊安裝過程中對墊塊尺寸和安裝位置及數(shù)量進(jìn)行抽查檢測。

4.5 使用專門吊裝設(shè)備

專門制作鋼筋骨架吊裝設(shè)備，為了保證吊裝設(shè)備的剛性，使用不同型號的鋼管，焊接做成和鋼筋骨架長度一致的人字型桁架，每 2 m 設(shè)置一道吊鉤。吊裝時在鋼筋骨架上部穿一根φ20 的鋼筋，吊鉤掛在鋼筋上起吊。

4.6 混凝土澆筑和振搗

為減少鋼筋保護(hù)層厚度在混凝土施工過程中的擾動，在模板上架設(shè)橫梁供操作人員使用，施工操作人員不得在鋼筋上行走、踩踏。在滿足混凝土振搗的要求下，盡量減少振動棒對鋼筋的擾動，多使用附著式振搗器，以免出現(xiàn)鋼筋變形和鋼筋綁扎脫落的現(xiàn)象，造成鋼筋保護(hù)層厚度不合格。控制好混凝土澆筑速度，減少混凝土澆筑時對鋼筋骨架的沖擊移動。

5 檢測結(jié)果

根據(jù)多次調(diào)整和檢測分析：一是扎絲頭不能伸入到保護(hù)層范圍內(nèi)；二是墊塊的間隔距離要根據(jù)鋼筋間距的大小進(jìn)行調(diào)整，鋼筋間距大適當(dāng)減小墊塊安裝的間距，反之，適當(dāng)增大墊塊安裝的間距。混凝土澆筑完成脫模后，對箱梁腹板的鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表3 所示，實(shí)測最少值為 29 mm，最大值為 36 mm，平均鋼筋保護(hù)層厚度 32.5±3.5 mm。合格率為 97.5 %，特征值比值為0.98，控制鋼筋保護(hù)層厚為 32 mm，符合要求。

表3 鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)體檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 mm

測點(diǎn)值分布情況為 29 mm分布 1 個點(diǎn)、30 mm 分布 7 個點(diǎn)、31 mm 分布 6 個點(diǎn)、32 mm 分布 7 個點(diǎn)、33 mm 分布 7 個點(diǎn)、34 mm 分布 6 個點(diǎn)、35 mm 分布 5 個點(diǎn)、36 mm 分布 1 個點(diǎn)，測值基本處于正態(tài)分布，理論控制方法可行。

6 結(jié)語

通過以上分析和驗(yàn)證，以特征值和設(shè)計(jì)值的比值與保護(hù)層合格率雙重來評價鋼筋保護(hù)層的厚度，控制措施復(fù)雜，施工難度大，對人員、設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化施工要求高。宜減小鋼筋骨架尺寸、購置精度高的設(shè)備來控制鋼筋保護(hù)層的厚度。從施工前確定控制目標(biāo)，一開始就控制施工質(zhì)量，施工過程中確保施工質(zhì)量符合預(yù)定效果，才能保證成品的施工質(zhì)量［3］。Q