预制小箱梁施工质量控制与工艺创新

吴建兵

上海公路投资建设发展有限公司，上海 200331

1 工程概况

上海S7公路（月罗公路—宝钱公路）新建工程始于月罗公路，该公路首先穿越练祁河，然后依次跨越嘉罗公路、嘉盛公路、曹新公路及徐潘公路，最终止于宝钱公路。该公路建设长度为6.1km，其道路红线宽度为60m。该工程的建设任务主要包括主线高架桥、月罗公路北侧立交、嘉盛公路立交及宝钱公路立交等。其中，主线高架桥采用的公路等级为高速公路。此外根据交通量及路段情况，将车道设置为双向六车道，设计车速为100km/h，荷载标准为公路Ⅰ级。

上海S7公路预制小箱梁全部由上海嘉定南翔制梁场负责生产，该梁场施工工艺经诸多工程实践项目的考验，已总结出一套成熟且高效的制梁工艺技术，且该预制工艺随技术规范的更新而不断完善。

2 预制小箱梁施工质量控制

2.1 混凝土材料

在该工程建设过程中，经各科研技术部门联合攻关试验，并反复对比与总结实验数据，最终研制出高性能自密实混凝土（C50）并用于小箱梁预制。配制该高性能自密实混凝土的关键要点如下。

（1）降低用水量，减小硬化后混凝土内部空隙，同时改善胶凝材料颗粒级配，增大混凝土密实程度。

（2）降低水灰比的同时添加适量矿物掺合料，通过水化与火山灰作用改善水化产物的微观结构，最重要的是能够加强骨料与水泥浆体之间的界面效应。此外，矿物掺合料除了具有上述作用，同时也能起到抑制碱骨料发生反应的作用。

（3）利用高效减水剂减缓混凝土拌和物中的絮凝现象，并使其呈现出良好的流动性、黏聚性及保水性。此外，部分矿物掺合料的外观形态结构有利于提高混凝土的和易性。

（4）减少水泥用量，以避免在混凝土硬化时出现裂缝，从而降低小箱梁预制质量。

2.2 钢筋加工

该工程小箱梁钢筋骨架采用模块化施工，即将整个小箱梁钢筋骨架分为底腹板、顶板及防撞墙钢筋结构，并对每一模块钢筋结构同步进行绑扎施工、安装预埋件及管道等，再利用龙门吊将整体钢筋结构吊起并精准安装至模板中。

首先在钢筋加工场集中对钢筋进行加工处理，再将其运输至梁场各分区由专业钢筋操作工进行统一绑扎。充分利用高精度的底腹板胎具绑扎底腹板钢筋，绑扎顺序如下：绑扎腹板以及底板钢筋；依次安放各类预埋构件、线预应力坐标、预应力管道（橡胶抽拔棒）；安放钢绞线吊点。同时，顶板钢筋在顶板胎具中绑扎成型，绑扎顺序如下：放置外露钢筋；安装湿接缝木模板，穿顶板分布筋与倒角筋；安放负弯矩钢板和张拉槽口齿状模板。

2.3 模板体系

小箱梁的整体外观质量是桥梁建设的关键部分，而模板整体工艺的施工质量决定了小箱梁的外观质量。该模板工艺主要包括设计、制作及安装，该工程中用于预制小箱梁的模板体系主要由侧模、内膜、端模及防撞墙模板组成，其具体施工要点如下。

（1）模板设计。在设计过程中，模板首先必须满足一定的强度与刚度，以充分保证其在安装与施工过程中不变形，同时也需充分考虑模板安装及拆卸的便捷性，以提高施工效率。

（2）模板制作。在制作过程中，以钢材为模板加工原料。在满足模板平整与光洁度要求的同时，需尽量降低其表面焊缝数量，留在模板表面的焊缝应充分打磨抛光。不同模板之间拼接制作时，可做成平缝或企口缝形式的接缝。

（3）模板安装。在模板安装过程中，其具体位置应在预制场和台座上做出控制标记，以进一步保证安装模板的精确度。安装侧模应精确对准对拉螺栓孔，同时保证接缝处紧密贴合，防止出现梁宽不符合设计要求与漏浆等现象。模板拼装时采用双面胶贴合缝隙，使接缝具有较好的严密与平整性。此外，根据底模板调整的矢高调整侧模接缝，从而使梁体整体达到线性要求。①端模安装时，需要严格按照技术人员的书面交底放线，严格控制模板两端间距，同时需控制梁端预留筋长度使其满足设计要求。此外，安装锚垫板时需将压浆孔朝上放置，利用双面胶紧密贴合锚垫板与端头模板之间的接触缝隙，采用泡沫胶密封段头模板上的预留筋孔洞，以防止模板密室出现漏浆现象[1]。②内膜安装时，首先利用龙门吊将其整体吊装入加固的底腹板钢筋骨架中，再适当调整内膜，使其端界面与端头模板严密相接，利用泡沫胶封堵小缝隙，最后利用精轧螺纹钢筋将内膜与底膜对拉连接。③防撞墙模板安装时，需严格按整体拼接整体吊装工艺执行，即先将模板拼装成两个整体再吊装。首先进行内模板安装，其次调整线性及标高并用撑杆固定，最后进行外模板安装。待全部模板均严格按要求安装完成后，需对其安装位置及尺寸进行精准校对，并再次核查模板的平整性与顺直度以确保小箱梁的预制质量。

3 小铰缝施工工艺创新

近年来，预制装配构件工业化制造及施工技术得到快速发展，同时不断涌现出混凝土新材料，使得原预制小箱梁施工工艺中采用的较宽湿接缝形式已不适应现有的施工要求。因此，在同样满足接缝传力机理及受力性能条件下，采用窄缝连接形式不仅有利于减少施工作业量，而且能显著提升整体施工质量[2]。

（1）小铰缝试件设计。为了研究接缝受力过程中开裂特性、应力重分布过程，揭示接缝破坏模态及传力机理，采用以下试件进行试验，各小铰缝试件参数如表1所示。

表1 小铰缝试件参数表

其中，试件SFRC-J5采用高性能混凝土C80+钢纤维接缝（SFRC），试件HPC-J9采用高性能混凝土C80（HPC），试件NC-J2采用混凝土C60（NC）。接缝预留U形钢筋及直钢筋均采用HRB400级普通钢筋，其实测屈服强度为460MPa，极限强度为650MPa。接缝预留U形钢筋直径为20mm，插销钢筋直径为10mm。试件混凝土浇筑分为主体段及湿接缝段两次，两次浇筑相隔14d。浇筑好主体普通混凝土后覆盖保水布并洒水养护7d。拆除主体段模板并架立湿接缝段侧模，接缝段混凝土浇筑完成覆盖塑料薄膜现场养护28d（前7d洒水养护）。

（2）小铰缝试件试验。试验的主要目的是得知不同接缝材料情况下，U形钢筋对现浇接缝的破坏形态和相关受力性能。根据试件可能发生的现浇混凝土碎裂、U形筋拉断等破坏设计了以下测试内容：①接缝区域受拉荷载；②缝两侧相对位移；③接缝区域钢筋及混凝土应变；④接缝区域裂缝分布、长度及宽度。研究试件关键受力性能需对接缝在开裂时刻、接缝主筋同时屈服时刻（对应荷载分别为Pc和Py）、试件最后破坏时刻（对应荷载Pmax）及接缝主筋同时达到极限强度时刻（对应荷载Pu）做试验。破坏过程及破坏形态试验显示高性能混凝土试件主筋部分屈服，其余试件主筋均全部达到屈服状态，但所有试件主筋均未达到全部钢筋极限状态[3]。试验结果显示，接缝的承载力与主筋搭接长度成正相关，建议构造接缝宽度不小于30cm。C60混凝土接缝+U形环钢筋能够使钢筋屈服，但钢筋屈服后强度增长相对其他材料接缝略小些。在接缝长度能够满足钢筋拉断的需求时，采用HPC材料的情况下插销钢筋能够显著提升试件的承载力以及延性。在插销钢筋存在下，其破坏模式为混凝土碎裂，形状无明显规律。在HPC（C80）中加入钢纤维的SFRC能够大幅度提高此类接缝构造的承载力。

（3）小铰缝实际应用。根据以往工程经验及桥面板现浇缝的试验研究决定，将上海S7公路（月罗公路—宝钱公路）新建工程中30m简支小箱梁现浇缝采用窄缝设计，其现浇接缝具体构造如下：接缝材料采用高性能混凝土C80+钢纤维接缝（SFRC）；接缝形状设计为倒漏斗形，上口宽400mm，下口宽300mm；U形钢筋布置为单侧320mm，交叉后为290mm。

4 结束语

该预制小箱梁施工工艺已成功运用于S7公路建设工程，其预制装配比例达到95%以上，减少现场劳动力90%，施工速度提高7倍，极大提高了施工效率、施工精度及施工质量。与传统的小箱梁施工工艺相比，该创新工艺的应用实现了建设资源集中化利用与社会效益高效产出，在完成高精度、标准化的预制拼装建设的同时，也充分考虑到施工建设与人、环境的友好协调性，使得该施工工艺具有广阔的应用与发展前景。