桥梁工程预制T梁施工技术与质控措施

2022-10-21孙翔

运输经理世界 2022年6期

孙翔

（山西路桥第二工程有限公司，山西临汾 041000）

0 引言

在预制T 梁施工过程中，除了采用合理的施工技术之外，还需要从集料、混凝土、钢绞线定位等多个层面对桥梁整体实施质控管理，其中钢绞线定位决定了桥梁工程的使用寿命及荷载强度，并且在实际施工过程中也较难以把握。以下结合有限元模拟技术，对这一难点展开分析。

1 工程概况

以山西省某桥梁预制工程为例，该项目全长677m，设计构造为50m 简支变连续T 梁，其中梁与边梁高度均达到2.8m，预制梁宽分别为1.5m（中梁）和1.85m（边梁），各设置了1、2、3、4、5五组预应力钢束，为桥梁结构提供额外的张拉力。该桥梁设计速度为80km/h，采用C50 混凝土材料，翼缘板厚度0.2m。

2 质控管理措施

钢束在T 梁施工的过程中并非简单地提供张拉力，而是需要根据T 梁的构造特点不同，合理设置空间定位，以保证提供给桥梁最佳钢束合力，从而提高桥梁整体结构的稳定性，是桥梁施工质控管理中的关键一环。而钢束的定位通过波纹管的设置确定，一旦波纹管定位错误或在施工过程中受到其他因素的扰动出现位移，将会导致T 梁预应力不足，出现主梁侧弯变形等问题。为此结合设计图纸，设置了T 梁结构中的x、y、z 立体空间坐标，以此建立有限元数据模型，确定波纹管空间位置的最大偏差量。以下为有限元模型分析。

2.1 参数设置

该桥梁工程中T 梁的钢束布置定位如图1 所示，边梁钢束截面为1540mm，中梁钢束为1400mm，所使用的材质均为强度1860MPa 的钢绞线。在进行有限元参数设置时，为所有钢束施加纵弯，同时4、5钢束还要考虑平弯。模型建立过程中，以4、5钢束排列方向为y 轴，并与x 轴垂直于T 梁纵向之上，且与桥梁横向平行。

图1 中梁与边梁钢束布置示意图（单位：mm）

2.2 模型生成

生成模型时，选择了“迈达斯”FEA 软件进行波纹管空间定位偏差的模拟。已知波纹管定位偏差与钢束等效均布荷载

之间的关系可用下列公式表示：

式（1）中：

——T 梁的计算长度；

——波纹管的偏移距离；

——波纹管内钢束能够提供的最大张拉。将其整体代入桥梁的侧向弯曲变形公式，可以判断波纹管不同偏差距离下，对桥梁弯曲变形值

带来的影响为：

式（2）中：

为T 梁结构所使用的混凝土的弹性模量；

为该结构下产生的截面抗弯惯矩。

将弯曲变形公式输入系统之后，沿坐标正轴与负轴方向，以5mm 间隔距离调整波纹管偏差位移，从而得到梁侧弯变形数据共41 组。随后对其筛选，依次选出对1～5孔道偏移方向不利的数据，同时缩小位移距离，分别采用2mm 偏移量与1mm 偏移量对中梁与边梁孔道偏差模型进行分析。最终得到确定数值为：边梁波纹管孔道定位误差范围控制在±8mm 时，边梁弯曲数值可控制在6.88mm 以内；中梁波纹管孔道定位误差范围控制在±10mm 时，边梁弯曲数值可控制在9.91mm 以内。符合《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2—2008）中强调的“预制梁侧弯变形量不可超过10mm，其必须小于构件长度的1‰”。

2.3 波纹管定位措施

确定了波纹管最大容偏范围后，该工程中采用“坐标模具”的方案来确定波纹管定位。模具有角钢焊接的钢架支撑，内部设置等距栅条。使用过程中施工人员可以根据各钢束的y 轴坐标数值，逐一在栅条上焊接每延米位置处的走线槽口，水平方向依次向另一端递增，能够直观地呈现出1～5波纹管的5 道坐标线，图2 所示。

图2 波纹管坐标模具焊制

在实际施工过程中，工作人员可以将波纹管放置在相应的坐标位置处，并使用U 型钢筋对波纹管加以固定，可以根据设计图纸对波纹管的纵向或水平间距进行测量，检测其标高无误后即可进入下一步施工。这样的操作方法使施工成为操作人员的标准线，架设钢束时只需按照走线施工即可，不仅提高了作业的精准度，也便于工作人员随时对波纹管定位检查复核。

该工程为50m 简支变连续T 梁结构设计，施工过程中设置的中梁与边梁波纹管内径均为90mm。将定位模具固定在台座周边后，依次将波纹管放置在相应位置处连接，相邻两根波纹管的接头使用内径稍大于波纹管的套筒结构进行处理，套筒长度约为波纹管的5～6 倍，保证具有良好的固定功能。此外在处理接头的过程中，需要注意不可使用胶布等方式对其缠绕，以免后续进行混凝土浇筑施工时，波纹管接头部位无法被混凝土充分包裹，造成管道连接不稳定。波纹管安装期间，需要保证其定位偏差不可超过有限元模型计算出来的数值，因此工作人员要多次核对，保证桥梁施工质量。

3 预制T 梁施工技术

3.1 模板安装

T 梁预制工艺通常采用现场模板浇筑施工，为了模板拆装便捷，该工程采取了整体式钢模板施工。模板材料性能可以参照桥梁跨度的1/400，确保其变形量不超过1.5mm 即可，其中底模在安装过程中考虑运输等相关因素，采用了三段式结构，分别为两端可移动模板与中央的固定模板，有利于拆卸成小块进行运输。底模多为空心结构或槽钢框架，厚度一般在6mm左右。侧模则需要根据T 梁规格大小合理的分段，并且考虑浇筑过程中混凝土对其产生的侧压力与冲击力。该工程中采用的侧模厚度为10mm，拼接固定时为了保证模板之间的密闭性，可采用刨边对接工艺，接缝宽度不超过2mm。随后在可能贴近模具底端的位置处安装外模，将其与端模之间一起用螺栓固定，使之成为密封性良好的整体结构。

3.2 混凝土浇筑施工

该工程采用分层浇筑技术，但是浇筑间隔不宜过长，控制在2h 以内。为了避免意外因素导致的浇筑中断，在正式展开施工前,要根据浇筑目标规模确定混凝土用量，同时检查模具的连接稳定性，以保证每一片T 梁都能在3.5h 以内完成浇筑施工。为保证施工流程规范化、标准化，设置了T 梁混凝土浇筑施工参数，如表1 所示。

表1 T 梁混凝土浇筑施工参数

该工程中采用的混凝土标号为C50，根据设计标准中强调的坍落度7～9cm 范围，选择的骨料粒径需小于31.5mm，适当加入一定的减水剂材料，由搅拌站充分拌和后，统一送至现场进行施工，拌和时间不可短于70s。浇筑过程中根据分层施工标准，保证每一浇筑层的厚度在0.3m 左右，纵向长度为8m。输送混凝土材料之前，工作人员需要控制好混凝土的温度以及含气量，避免其固结过程中出现水化热或孔隙现象，导致建筑结构表面出现裂隙。为了确保混凝土入模时符合建筑施工标准，采用每50m为一个单元对材料进行温度检测。

除此之外，每层浇筑施工结束后，施工人员都要及时对模具内的混凝土材料进行振捣。振捣过程中要注意控制振捣棒不可与波纹管或模板接触，以免造成二者的损坏或位移。经过充分振捣后的混凝土材料，表面会呈现出平整状态，同时带有泛浆现象，但不会出现气泡，说明混凝土已经达到充分密实状态，工作人员可以等待其初凝之后进入下一阶段的浇筑工序。

3.3 拆模与养生

浇筑结束，经过实测混凝土强度达到2.5MPa 后，该工程进入拆模工序中，拆模要先从侧模入手，观察混凝土表面固结状态，以及是否存在空洞现象，经检查无误后可正式拆卸顶模。

根据施工要求，拆模后的混凝土强度符合设计标准95%以上后才可开展预应力张拉施工，拆模后T 梁构件要经过一个阶段的养护才能继续下一步施工。为了提高养护工作效率，该项目在前期筹备时，提前在梁场预制台座周边埋置了喷淋管道系统，管道长度经过充分计算，确保能进行180无死角喷淋的同时，最大限度避免与预制T 梁结构表面接触，以防对其造成损伤。此外，该技术的最大优势，在于采用了智能系统控制，可以做到与手机APP 软件的实时对接，还可以自动对现场的空气湿度、温度进行测量，不仅可以每天定时喷水养护，还可以随时根据现场环境变化向人工传递预警，极大程度上提高了养护工作的管理效率。

3.4 预应力张拉

混凝土强度经养护符合设计标准后，即可对其展开预应力张拉施工。此过程中，该项目同样采用了智能数控技术保证张拉应力的准确设置。设备主要由千斤顶和电动油泵构成，在展开施工前对钢束的力学性能进行了测试，确定了钢束伸长量与张拉应力值之间的关系。结合有限元数据模型，对1～5钢束的预应力值计算后，精确设置了钢束的合理伸长量，通过控制电动油泵加压来完成施工作业。这一过程中不仅提高了施工效率与准确性，同时在完成张拉之后还可以对钢束的实际生产量进行核对，避免此过程中产生误差，从而影响桥梁整体质量。

此外在对数控系统参数进行设定，工作人员应采用分级张拉模式，初始阶段先张拉至10%应力值，随后逐级加荷至100%，每级载荷时间需要控制在2min左右，以便于能够抵消锚固装置以及预应力夹片带来的应力损失。待应力值拉满之后需要检测锚索的伸长量，其最大误差不可超过±6%，确定伸长量无误之后需要进行锚固处理。

3.5 孔道压浆施工

预应力张拉工序完成后，工作人员需要立刻检测应力筋的断丝数量，检测其截面断丝不可超过1%，确认状态完好之后需要在24h 内进行孔道压浆作业。

该项目中采用的压浆技术为真空辅助压浆法，正式作业之前要求工作人员首先检测设备的运行状态，包括球阀、真空端以及压浆管道等。确保设备运行指数完好之后，即可开启设备排除孔道空气，并使用压浆泵进行施工。作业期间工作人员需要设置压力参数为0.7～1.2MPa，观测孔道另一侧有浆液涌出之后不可立刻关停设备，而是要持续注浆2min 以上，随后可进行封锚作业。

3.6 封锚作业

封锚作业过程中，工作人员需要采用与梁体混凝土同一级别的材料进行施工，同时保证混凝土材料具有无收缩特性，以确保起到良好的施工效果。现场作业期间，工作人员首先需要对锚具以及锚板进行清理，去除其表面泥浆杂物之后，在锚垫板等位置设置防水层。随后在梁体表面涂刷同配比的水泥浆液，并放置钢筋网片,同时进行封锚作业。

封锚结束之后便需要进行梁体养护作业，工作人员可以采用自然养护的方式，具体养护周期需要根据现场的环境参数进行调整，现场相对湿度在60%以上时，需要进行14d 以上的养护；若相对湿度不足60%，则需要进行不少于28d 以上的养护。此外工作人员需要对混凝土强度进行检测，以确保梁体施工质量符合设计标准。