桥梁圆形墩柱钢筋保护层厚度的控制措施

2015-03-19徐建国陈叶刚

城市道桥与防洪 2015年8期

徐建国，陈叶刚

（浙江交工路桥建设有限公司，浙江杭州 310051）

0 引言

桥梁下部结构大多采用圆形的钢筋混凝土墩柱结构，钢筋保护层是墩柱钢筋与混凝土共同工作的基本前提，也是墩柱避免外界侵害的重要保障。过大的钢筋保护层厚度，将导致有效截面减小，进而降低截面受弯承载力，导致桥梁存在严重的安全隐患，同时混凝土表面容易出现较大的收缩裂缝和温度裂缝，影响墩柱的耐久性；过小的钢筋保护层厚度，容易降低混凝土与受力纵筋共同作用产生的粘结力，削弱墩柱的承载力，可能会使钢筋外围混凝土产生径向劈裂，造成钢筋锈蚀，影响墩柱的耐久性。因此，保护层厚度对墩柱的内在质量及桥梁承载力、耐久性都有着明显的影响，施工中钢筋保护层厚度的控制非常重要。

根据质量管理的相关理论，影响钢筋保护层厚度的因素很多，但归纳起来主要有六个方面，即“5M1E”，分别是:人员（man）、机械（machine）、材料（material）、方法（method）、环境（environment）、测量（measure）[1]。

1 人员素质

人是第一生产力，是钢筋保护层厚度控制的操作者和决定者，施工参与人员的素质决定着工程质量。人员的素质包括决策者、管理者和操作者的素质，人员的素质可从以下方面提高：

1.1 思想教育

通过教育，可统一思想，提高认识，使施工参与人员充分认识到钢筋保护层的重要性，真正、牢固树立“百年大计，质量第一”的思想，切实提高员工的质量意识，最大限度地发挥其主观能动性。

1.2 技术培训

分工种进行技术交底，加强专业技能培训，提高员工的操作水准，通过理论和操作技能考核，择优选用高素质的操作人员进行重点、关键工序的施工；同时可以通过参加施工现场交流会、技术比武等形式，促进施工水平的不断提高。

1.3 执行制度

通过制订和实施相应的奖惩措施，激励、敦促施工和管理水平的提高，消除人为因素；建立、健全质量保证体系，强化管理，明确分工，落实责任，严格执行质量责任追究制度。

2 机械设备

工欲善其事，必先利其器，施工人员要想控制好钢筋保护层厚度，必须先准备好工具，即施工机械设备，主要是施工过程中使用的各类机具设备。

2.1 择优选择

尽可能选用性能稳定、良好，而且选用性较强的钢筋加工机械。具备条件的，可采用数控弯曲机进行钢筋笼加强箍筋的弯制、数控滚焊机进行钢筋笼的成型。

2.2 保养维护

检查、调试设备和机械使用、管理方面存在的问题，如机械设备是否处于完好状态，保养、维护是否正常，部件和配件是否及时更换，以便进行分析和制定相应对策措施。特别须检查箍筋弯曲机的固定桩头是否松动、钢套是否磨损而造成间隙过大。

2.3 技术革新

对操作工具进行技术革新，改进一些实用小工具，如在箍筋弯曲机上配制设计有钢筋固定凹槽的标准模型圆盘，以提高工作效率和加工精度，确保钢筋笼加工质量。

3 工程材料

工程材料分原材料、半成品、构配件和成品，以及模板和过程消耗材料等方面。施工前需把住材料的检测关、抽检关、验收关，根据规定对原材料进行进场检测，对模板和消耗材料定期进行抽检，对成品和半成品材料要根据相关标准进行，必须将不合格材料和产品杜绝在施工现场以外。

3.1 钢筋保护层垫块

墩柱钢筋的精确定位目前一般只能控制顶端与底端，如果骨架自身刚度不足，势必导致钢筋中部位置失去控制，从而影响到保护层的厚度[2]，因此，有必要采用保护层垫块进行固定，每平方米不少于1处。

根据圆形墩柱的特点，为方便固定，垫块应选用强度不小于C30等级的定制的特种砂浆或混凝土垫块，宜为圆形，中间孔洞直径大于螺旋筋直径最多不超过2 mm，外圆直径为保护层设计厚度的2倍，钢筋笼加工时用穿在螺旋筋内，或单独用螺旋筋等规格的圆钢弯制成钢筋笼相同的圆弧、长度大于主筋间距在6cm以上，采用焊接在主筋上，圆弧方向与螺旋筋相同。当采用其他形状的垫块时，垫块内应在制作时预埋固定用的扎丝或预留穿扎丝的孔洞，垫块须绑扎在主筋与螺旋筋相交处，防止垫块位置移动。

3.2 模板

墩柱模板采用两块半墩柱形定型钢护筒拼装，其直径直接影响到墩桩尺寸，偏差需与钢筋笼直径综合考虑，不得同向累加，一般偏差允许为（-2 mm，0）。护筒加工前应经过严格设计，宜在专业厂家进行加工，单节制作长度不大于6 m，纵向设置有连接法兰盘，可根据墩柱高度进行拼接。护筒刚度须根据墩柱直径、混凝土单次浇筑高度和施工方式等实际情况核算，确保满足相应的施工要求，面板厚度不小于6 mm，沿长度方向间隔0.4～0.6 m、环向间隔0.5～0.8 m分别设置一道不小于［12槽钢的环形加强肋和竖向加强肋，电焊固定时采用跳焊，长度20 mm，以分散模板内部的温度应力，避免应力集中而导致模板局部变形。拼装后采用与设计墩柱直径的圆盘板检查圆顺度，偏差不得大于2 mm。

模板在运输、吊装和使用过程需由专人负责维修和保养，变形处必须及时调整，严重者作报废处理。拼装完成的护筒未经检查，不得投入使用。

4 工艺方法

目前墩柱的施工工艺比较简单，多为先行加工安装钢筋笼，采用定型钢护筒控制墩柱的几何尺寸，再浇筑混凝土。影响墩柱保护层厚度的工序有很多，主要从以下方面控制。

4.1 加强筋加工

钢筋笼由主筋和加强筋组成，加强筋是支撑钢筋笼的骨架钢筋，其加工质量决定了钢筋笼的直径，护筒直径固定的情况下，也就决定了保护层厚度。根据长期的施工经验和一般图纸的设计特点，加强筋直径必须根据保护层设计厚度经计算确定，而不可直接采用设计提供的数据。部分图纸按照理论，将作为主筋的螺纹钢两侧的肋条和月牙纹计算成主筋和加强筋之间的间隙，而一般设计按标注钢筋保护层厚度为主筋外缘到混凝土面的距离（即净保护层），因此，加强筋直径应在设计图纸标注的直径基础上，再酌情增大4～6 mm。其中加强筋母材直径Φ16～20 mm时取用4 mm，Φ22～25 mm时取用5 mm，大于Φ25 mm时取用6 mm。弯制后的加强筋半成品，先检查其直径和圆顺度，符合要求后再电焊固定，并及时焊接直径与加强筋母材相同的钢筋“十字”撑，确保不变形。

4.2 螺旋筋施工

由于《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中钢筋保护层厚度的定义为“钢筋保护层厚度为最外层钢筋外边缘至混凝土表面的距离”，而螺旋筋就是钢筋笼的最外层钢筋，因此其加工和安装质量直接影响到保护层厚度。

目前部分单位采用先进的数控钢筋笼滚焊机安装螺旋筋，由于作为螺旋筋的圆盘线材随着钢筋笼的滚动，强拉通过固定卡口调直而缠绕在主筋上，因此，对于钢筋笼圆断面来说，二根主筋间的螺旋筋为“弦”，而非“圆弧”，也就是说螺旋筋是与主筋根数对应的多边形，而不是设计的圆形，则钢筋笼外部“弦”和“弧”部分所测得的保护层厚度就有偏差，主筋间距越大，偏差也越大，因此，在使用滚焊机时，必须通过反复调整拉力，确保螺旋筋的安装外形为直径符合设计要求的圆形。

对于采用传统工艺加工和安装的螺旋筋，使用前必须先机械调直线材，再在与设计半径相同的圆盘上弯制成环形筋，在主筋与螺旋形箍筋交叉点采用点焊或扎丝间隔一个交叉点梅花形固定，保证螺旋形箍筋与主筋密贴。

4.3 钢筋笼吊装

墩柱钢筋笼的安装采用吊车就位，使用定制的十字形、四个吊点的吊架，笼内穿入刚度足够的四根钢管与主筋等间距用铁丝临时绞紧固定。吊机大小钩分上下端二点起吊，吊点处钢筋笼加强筋和钢管一起固定，以防止钢筋笼变形。

钢筋笼吊装时，两端缓慢起吊，顶端上升速度相对超过底端，待达到竖直后缓慢吊到墩柱钢筋笼位置处。再由人工仔细调整对中，确保与桩基顶面事先放好的墩柱中心点竖直对齐，以保证墩柱底部的中心位置正确无误。

4.4 钢筋笼安装

对于和桩基连接的墩柱，安装前调直桩基预留钢筋，在桩接柱渐变段上口设置一道墩柱加劲筋，并与每根主筋电焊固定，严格控制中心与桩基混凝土顶面测设的墩柱中心位置重合。墩柱钢筋笼吊起后，要调整钢筋笼的垂直度，可以采用线锤、钢卷尺进行校核。垂直度合格后，再缓慢下放到桩接柱位置，并与桩基预留钢筋一一对应，然后用两个自制钢筋扳手把墩柱钢筋与桩基预留钢筋搭接部分进行固定焊接。焊接时要采取对称焊接（通过圆心互相垂直的四根对称主筋）。所有主筋焊接完成后，钢筋笼必须再次与桩基中心进行对中校核[3]。

对于承台或基础接桩基的墩柱，钢筋笼须外加多根斜向支撑钢筋固定，与承台（基础）骨架形成整体，防止浇筑承台或基础顶层时，混凝土下放和振捣的冲击力导致钢筋笼移位。

5 环境条件

环境条件是指对控制钢筋保护层厚度起重要作用的环境因素，包括工程技术环境、工程施工环境和周边环境等。

5.1 钢筋笼存放环境

钢筋笼存放场所必须平整，堆放层数视钢筋笼刚度而定，一般不超过二层，防止钢筋笼变形，

5.2 钢筋笼运输环境

钢筋笼在剧烈振动下容易变形，因此运输道路需平整，拖车长度需与钢筋笼长度匹配，两端悬空长度不大于3 m。

5.3 缆风绳地锚条件

护筒安装调整后，须在四角设置缆风绳以固定。缆风绳下端的地锚须牢固，在松软土场地，缆风绳容易拔松，因此宜采用重量和面积符合实际需要的定制配重块。

5.4 施工平台

施工人员的操作平台应是独立的体系，必须与护筒分离，防止平台摇晃联动护筒偏移，影响墩柱垂直度。

6 测试测量

检测工具的适用性、测量方法和测量人员操作造成的误差等因素，也会影响保护层厚度合格率。

6.1 加强筋直径测量

普通钢尺测量钢筋笼加强筋加工直径，存在着端面难以对齐、视觉误差引起的偏差，因此宜采用与标准圆比对的方法间接检查。

6.2 垂直度检测

传统的垂直度检查采用线锤法，受风吹影响和锤球重量限制，精度难以保证，特别对于高墩柱，误差会更大，因此宜采用电子垂准仪，避免外界影响。条件受限时，也可将垂球挂到护筒上口中心，对准底面的测设中心位置，既检查垂直度，也可复核中心位置。

6.3 平面中心位置测放

目前平面位置的精确测量定位一般采用全站仪，全站仪经过国家法定计量部门检定，从理论上讲由仪器造成的误差可以忽略不计，但是中心点的多次测（引）设或由不同人员、不同仪器、从不同的测站和基准点引设测放，均可能导致中心点偏离于首次测点，引起钢筋笼和护筒前后安装的中心位置不重合，造成保护层厚薄不均匀。因此，应固定在前后测设过程中的测量人员、仪器和测站、基准点。条件具备时，可在不妨碍施工的牢固处，四角引设中心点的保护桩（点），在后续需要时可予以恢复中心，既省时又准确。