高速公路橋涵混凝土預制梁外觀質量控制研究

畢進安

（四川省交通建設集團有限責任公司養護分公司，四川成都 610000）

0 引言

近年來，隨著高速公路建設的不斷推進，針對復雜地區的高速公路建設項目逐步增多，通常涉及橋涵等類型施工。為提升施工效率，且兼顧適應性與經濟性等多項指標，混凝土預制梁的應用已經較為普遍。但實際施工過程中，混凝土預制梁仍存在外觀質量不足的問題，影響工程整體質量，因此有關部門需重點關注高速公路橋涵施工中混凝土預制梁外觀質量控制工作。

1 工程概況

某地為提升邊遠地區經濟發展質量，計劃在當地修建一條長度約60km、速度為100km/h 的高速公路。由于當地地形限制，該線路涉及規模較大的橋涵施工作業，計劃中包含16 座橋梁，總長度21.2km，超過總路線的1/3，施工建設難度較高。考慮施工難易度、施工效率及施工成本等多方面因素，工程單位決定采用混凝土預制梁作為該工程中橋涵施工的主要模式，具體選用預制梁，混凝土等級為C55，以后張法作為施工方法。

2 混凝土預制梁外觀質量控制流程

2.1 混凝土配制

由于該預制梁需應用強度等級為C55 的混凝土進行制作，對混凝土性能要求較高，同時也對混凝土原材料的質量和配合比的精準性等方面提出更高要求。為此，需按照如下原則進行混凝土原材料配制：第一，適當降低水泥用量，以降低水化熱；第二，適當提升粉煤灰添加量，以提升混凝土和易性；第三，適當添加不同類型的外加劑，以提升混凝土的綜合性能。根據以上三點原則，并結合實際經驗和相關文獻資料后，最終確定混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土配合比情況（以配制1m3 混凝土計）

混凝土配制完成后，對其進行初步測試，測試結果顯示該混凝土的坍落度在180～220mm 范圍內，擴展度為480～500mm，1h 坍損低于20mm，且浮漿厚度低于15mm，符合整體力學性能要求，可進一步應用。

2.2 模板工程

施工過程考慮該施工對于模板系統的力學性能有更高要求，基于《鋼結構設計規范》（GB 50017—2017），按照如下原則對模板材料進行選型設計。

首先，針對預制梁模板，其面板材料選用厚度為6mm 的鋼板，面板橫肋選用14#槽鋼，并控制間距為30cm；豎肋采用10#槽鋼，以內外兩層模式設計。外側豎肋上端及內側豎肋下端設兩根10#通長槽鋼，做對拉螺栓孔背肋，高度和底座預留孔對齊。梁端及中橫梁處加密為1.5m，其余處為2.5m。

其次，根據上述選型結果，按設計圖紙中的尺寸和形狀要求進行模板制作。完成制作后進行模板支設，包括在通排柱上安裝兩排柱，通過校正和固定確保柱的位置準確，再拉通線校正中間各柱的位置。根據模板設計圖的位置要求，從下至上安裝模板，并使用螺栓將模板之間擰緊。

最后，進行正式的模板安裝。對底座進行打磨，并在兩側粘貼止漿條。按照編號的順序將側模靠在底座兩側，下沿包裹臺座5cm，模板支腿使用5cm×5cm 的方木結合木楔進行支墊，并通過拉螺栓進行緊固。根據《梁底預埋鋼板調節量計算表》的要求，調節梁底預埋鋼板調節裝置的四角螺栓，確保調節裝置的鋼板角度與梁底預埋鋼板的角度一致。

2.3 鋼筋工程

結合實際情況，鋼筋工程分為以下兩部分進行：首先，綁扎底筋。對后澆帶超前止水部分進行底筋綁扎時，采用HRB400φ12@400 型長鋼筋，水平分布筋則使用規格為HRB400φ12@300 型鋼筋。確定上述鋼筋材料后進行放線定位，從而掌握鋼筋位置，將變形縫寬度控制在50mm。其次，進行頂板鋼筋的綁扎。該綁扎環節使用的鋼筋在規格參數上與底筋相同，仍采用HRB400φ12@400 型長鋼筋，并以規格為HRB400φ12@300 型鋼筋作為水平分布筋。在此基礎上，根據變形縫定位線的標注位置，對鋼筋位置予以準確控制，且控制變形縫寬度在50mm 以下[1-2]。

2.4 混凝土工程

由于該混凝土預制梁的澆筑施工作業為典型的大體積混凝土施工作業類型，容易出現蜂窩狀結構從而影響混凝土質量。為規避此類問題，工程單位結合實際情況對混凝土澆筑方案做如下優化：一方面，在混凝土澆筑前，增加壓杠和馬凳等重物，對鋼筋籠施加約束作用，避免鋼筋籠受到混凝土作用力的影響裸露在外。另一方面，根據混凝土預制梁各部位配筋密度上的差異，按照“馬蹄—腹板—頂板”的順序，分為五層澆筑模式，每層垂直高度分別控制為60cm、60cm、70cm、70cm 和30cm；同時，在澆筑過程中，為保證混凝土的連續性，按照每300cm 一段澆筑，從一端向另一端推進，接近梁體端頭時，改從此端相反方向進行投料，進一步降低混凝土可能發生裂縫等問題的概率。

確定上述澆筑方案后，使用“趕漿法”進行澆筑，以保證澆筑工作的連續性。此外，為提升澆筑質量，施工部門在澆筑過程中使用直徑為φ40mm 規格的振動棒進行振搗，插入混凝土材料的間距控制為20cm，每次振搗時間控制為30s，同時搭配平板振動器設備進行拖行振動，保證混凝土材料的振搗均勻性。

混凝土澆筑完成后即對其進行養護作業。結合當地環境情況，以及預制梁的典型大體積混凝土特征等因素，采取針對性養護措施如下：采用養生棚配合智能噴霧的方法，減少水頭直接噴淋在混凝土面時造成的沖刷，提高其凝結強度。后續6d 采用土工布配合智能噴淋法，使混凝土強度迅速提高。并由專人負責灑水養護，保證梁體處于濕潤狀態。同時，由于施工期間的環境溫度普遍在15℃以上，且早晚溫差在6℃以下，因此將噴水時間設置在上午11 時左右進行，噴水間隔時間則設置為前三天0.5～1h/次，第四天后1.5h/次[3-4]。

2.5 模板拆除

混凝土強度達到20MPa 后進行模板的拆除作業，該環節按照“先支后拆、后支先拆”的原則進行，共計分為以下幾個步驟。第一，先解除梳形模板的固定螺栓，取下梳形模板。再卸除橫隔板端模，迅速用方木和木楔支撐橫隔板底模，放松模板上下的拉桿，拆除支腿下的木楔，最后使用人工結合龍門吊的方式進行肋板模板的拆卸。第二，拆除側模時，預留橫隔板底模不拆且使用方木結合木楔加以支撐。第三，拆除橫隔板端、堵頭模板后，用墨線將橫隔板端及梁端鑿毛區域彈出，采用手持氣動鑿毛錘將翼緣板端及梁端進行鑿毛處理，并及時修補梁體混凝土損傷部位，以此完成模板的拆除[5]。

3 混凝土預制梁外觀質量評價流程

3.1 確定評價指標

由于混凝土預制梁構件在實際工程中面臨的外觀質量影響因素相對較多，為確保能夠盡可能多地識別影響因素，在確定評價指標工作中，通過查閱歷史經驗和數據庫，對相關因素進行初步識別，且進行專家會議和調查表結果統計后，最終確定該工程中混凝土預制梁外觀質量評定指標體系，如圖1 所示。

圖1 混凝土預制梁外觀質量評定指標體系

該評定指標體系涉及內容相對全面，包括結構層面、外觀層面、附屬設施三個內容，且上述內容中的部分指標已能夠實現較為深入的評價。在此基礎上，考慮部分評定指標定性特征較為突出，難以實現精準定量化的評估，因此采用層次分析與模糊綜合評價相結合的方法進行該混凝土預制梁外觀質量的評定，評定步驟則按照《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）中的相關要求進行。此外，在模糊綜合評價模式下，由于評價人員可能給出不同評價結果，結合實際情況對評語集進行如下定義：V={一類，二類，三類，四類，五類}，分別對應評分分值為5、4、3、2、1。

3.2 確定評價指標權重

在確定混凝土預制梁外觀質量評定指標體系后，由于各個指標的影響程度不同，因此按照以下步驟，對評價指標權重予以確定。

3.2.1 構建判斷矩陣

由于圖1 中各指標的所占比重間必然存在差異，因此采用A.L.Saaty 的1－9 標度法，確定判斷矩陣標度及其含義。

3.2.2 計算評價指標權重

首先，基于指標的判斷矩陣，對判斷矩陣中的每列向量均進行歸一化處理，得到歸一化處理后的矩陣表達式如下：

式（1）中：aij為判斷矩陣中第i行第j列的元素；wij為向量歸一化處理后的值；i，j分別為判斷矩陣的行數和列數。

其次，對歸一化后的各行做累計相加處理，得到一個新的向量Awij，其計算公式如下：

最后，對新的向量做歸一化處理，由此即可得到權重值，其主要通過對向量中的元素進行轉置計算獲得，計算公式如下：

式（3）中：T為轉置運算。

通過以上計算過程得到此次各個評價指標的權重值如表2 所示。

表2 評價指標權重值

4 評價結果與討論

基于上述評價體系和過程，對該工程設計的811片混凝土預制梁外觀質量進行分析評定，得到混凝土預制梁的檢測結果如表3 所示。

表3 混凝土預制梁外觀質量評定結果

根據表3 中的結果數據可知，該工程中擬采用的811 片混凝土預制梁未出現四類和五類梁，一類梁和二類梁的占比超過96%，表明此次高速公路橋涵混凝土預制梁外觀質量控制工作取得較優成績。

5 結語

為實現對高速公路橋涵混凝土預制梁外觀質量的有效控制，在實際工作中，要重點關注混凝土在原材料、施工工藝等方面的要點工作，加強對上述工作環節的質量把控，可通過應用層次分析和模糊綜合評價的方法加以評估來實現預期目標。未來，將考慮人工神經網絡等方法的應用，以此進一步保證目標項目中使用的混凝土預制梁外觀質量控制工作符合要求，質量控制工作取得較優成績，因此該質量控制工作方法可進一步總結與推廣應用。