预制小箱梁施工工艺及质量控制研究

1 引言

随着我国基建水平的提高，公路桥梁工程越来越多。 在实际应用过程中，受使用材料及技术影响易出现质量问题，为消除质量通病，需加大控制力度。

2 工程概况

本文结合房山区良常路南延项目， 开展预制小箱梁施工工艺研究，并归纳施工要点。 房山区良常路南延项目中常舍村大桥长405 m， 桥梁上部结构为装配式预应力混凝土小箱梁，下部结构为桩柱一体墩、柱式墩。 该工程中共有160 榀预制小箱梁，采用后张法建设预应力混凝土结构。 其中混凝土强度等级C50，实际用量3 564 m3，预制小箱梁长20 m，工期要求4个月。 为使该工程如期竣工，专门在现场建设预制场地，实现预制小箱梁及时加工。 在实际施工中，为使预应力混凝土结构与预制小箱梁结构顺利建成， 还需配备充足的人力与设备资源，包括混凝土工20 名，钢筋工80 名，模板工60 名，电工与机修工2 名；张拉设备2 套，压浆机及龙门式起重机（跨度46 m，15 t）1 台，插入式振动棒10 个，3 kW 钢筋切断机及5.5 kW钢筋调直机。

3 预制小箱梁施工工艺关键点

3.1 台座施工工艺

在预制小箱梁实际施工中，需先行在预制场地生产台座，为模板等结构提供可靠依据。 结合模拟仿真算法，以Revit 工具、REX 可延展编辑插件等软件系统绘制台座施工图，进而在图1 所示的模型图展示中掌握结构细节。 为保证该工程在多工艺辅助下有序完成阶段性施工任务，要在每次构图、建模后，注重模型信息的保存，以RFA 格式为主，继而达到留存目的。

图1 预制箱梁模型演示图（来源于广州君和）

在台座施工环节，依据台座模型图纸加强荷载控制，保证台座施工后无开裂风险。 需将该工程中台身及其基础部分建成钢混结构，保持其处于均衡张拉状态。 上下两个部分需加强钢板材料的合理布置，铺设宽度进行“等梁”处理，并使用直尺、水准仪等工具检测平整度，若台座钢板施工后与梁体底端宽度一致，且未出现不平整现象，表示该结构相对稳定。 施工人员需增设拉杆孔， 起到规范台座作用范围及固定模板结构的作用。 另外，需保证钢板厚度保持10 mm，以500 mm 距离布置拉杆孔，以楔形槽口为预制箱梁构件提供所需连接空间[1]。

3.2 钢筋连接工艺

在开展钢筋连接工艺前， 需将加工好的钢筋半成品进行分类，设标记牌进行有序存放。 再将台座面打磨平整，涂上脱模剂，钢筋在绑扎时需在台座上进行作业，其具体绑扎步骤为底板钢筋→腹板钢筋→布置底、 腹板束波纹管→制作安装芯模→绑扎顶板钢筋→布置顶板束波纹管。

在绑扎小箱梁预制钢筋过程中， 施工人员应充分考虑现场梁的布设形式， 合理安排绑扎区域， 利用胎膜进行精准定位，再使用底腹板和顶板钢筋骨架进行绑扎作业。 当通过龙门式起重机后，需对钢筋整体进行吊装入模安装作业。 为保证绑扎钢筋在运输过程中不受外力等不确定因素影响， 需为其设置相应的保护层垫块，垫块规格为标准混凝土垫块，可有效避免梁体外观出现变形与磕碰等问题， 在设置过程中需调整垫块间距，使其始终保持在1.0 m，并采用梅花状布设。

在绑扎钢筋的同时，还应考虑相关构件的预埋问题，在预应力孔道预留过程中，可采用后张法钢波纹管成孔技术，并要注意纵向及横向曲线参数，必要时进行钢筋优化布置，如图2所示，以此满足设计要求。

图2 钢筋布置连接优化前后对比效果图

3.3 模板安装工艺

小箱梁施工工艺对模板质量要求较高，模板设计必须具有较强的刚度，以保证在安装过程中不出现变形，同时方便施工人员拆卸。 模板制作通常使用钢材，其侧模应采用大块定型钢模，平整度与光洁度需达到设计标准。减少焊缝数量，部分表面焊缝可通过后期打磨，抛光平整。当不同模板之间连接时，可将接缝做成平缝或企口缝状，以提高美观度与连接质量。 模板质量检测完成后，具体安装步骤为：底、腹板钢筋绑扎成型→预应力孔道穿入支立→预应力孔道布置、检测完成→芯模支立。

如果在拼装过程中模板出现生锈、 变形及缺损等情况应及时更换，避免在吊装过程中出现二次污染，最大程度上保证梁体外观质量。 当外侧模板安装完毕后，需将底部模板及外侧模板打磨平整，均匀涂刷相应的脱膜漆，切忌使用废机油或柴油，当模板板面产生一定的油感，说明达到既定标准。 拼装模板时可以借助卷扬机等设备吊运模板及所需材料， 如图3 所示，保证拼装结构与施工方案一致。

图3 预制小箱梁模板拼装示意图（来源于路桥隧干货渠）

3.4 混凝土施工工艺

安装模板后，还需应用浇筑、振捣、养护等混凝土施工工艺。 在工程浇筑混凝土环节，需要先行从搅拌站运输商用混凝土，以专用泵车为主，待顺利运输至现场后，借助龙门式起重机，将其吊运至材料暂放区，等待施工人员进行浇筑。 为促使该工程预制小箱梁形成整体结构，理应进行一次性浇筑，在12 cm 或16 cm 高度下浇筑混凝土， 按照底板四边→底板中间→腹板的顺序进行。

需注意： 施工人员于腹板浇筑作业期间应按50 cm 层距加以布置，尽量严控不同层级浇筑时间，若环境温度高于30 ℃，需在1 h 内完成浇筑；若环境温度低于30 ℃，可考虑在1.5 h内完成浇筑（见图4）。

图4 腹板施工时间距参数控制示意图

浇筑后，施工人员还需预留宽5 mm 左右的接缝，并应用插入式振动棒实施振捣处理， 以梅花点分布方式按30 cm 间距对预制小箱梁底板加以振捣，以快插慢拔标准，观察振捣后气泡是否完全消除，直到表面未见明显不均匀或气泡现象，即可进入养护环节。

选用的养护技术以洒水养护与盖膜养护为主。 环境温度不低于5 ℃时，可在其表面进行洒水作业，以此维护混凝土表面湿润度，并可借助塑料薄膜进行遮盖，要求在相对湿度低于60%情况下，养护28 d 以上，反之养护14 d，每隔0.5 h 测温一次，以测温结果控制养护水量，便于优化预制小箱梁结构性能。于养护作业中，养护人员还要准确记录混凝土表面测温结果，并在现场执行责任制，督促相关人员认真履行养护职责。 而且在桥梁高处予以养护时，养护人员要身穿防滑鞋、佩戴安全防护带，以免出现安全事故。 在选择养护方案时，注重其适用性，多选用自然养护法，如若应用蒸汽养护，还需将混凝土温度上升速度控制在每小时10 ℃以下，对应的湿度要求在90%以上，且内外温度不可超出20 ℃差距，便于在养护技术的辅助下，浇筑后混凝土裂缝病害发生风险可得到有效控制，保障施工质量。

3.5 张拉灌浆工艺

养护后预制小箱梁需应用张拉灌浆工艺。 施工人员在拆模后使用张拉设备将该结构张拉至指定位置， 并结合预应力筋伸长值（ΔL）控制张拉力道。

式中，Np为平均张拉力，N；L 为曲线长度与直线段长度和，mm；Ep为弹性模量，N/mm2；Ap为钢筋截面面积，mm2。

平均张拉力则需要借助式（2）求值：

式中，σcon为张拉控制应力，N；k 为孔道局部偏差摩擦影响系数， 取0.015；L 为预应力筋曲线段水平投影长度，mm；μ 为预应力筋同孔道壁摩擦系数，取0.25；θ 为曲线转角，（°）。

在综合分析上述数据后，借助千斤顶等辅助工具，在预应力钢绞线助力下张拉预制小箱梁。 要求逐渐增加张拉力，并根据ΔL 数值确定张拉状态，在满足±6%条件时持续张拉。 在灌浆操作中，施工人员需保持0.5 MPa 灌浆压力，且泥浆材料不宜高于3%泌水率，持续搅拌120 s 后将其用在孔道内，促使灌浆后整个孔洞结构抗压强度在30 N/mm2以上[2]。

4 预制小箱梁施工质量控制措施

4.1 加强材料质量检测

为保证上述施工工艺在预制小箱梁中体现出应用优势，充分提升施工质量， 项目经理等负责人需从材料质量检测环节给予密切关注。 特别是混凝土质量检测，要求搅拌站内配制的混凝土材料，保持2∶5~9∶20 的水灰比。 确保混凝土材料符合既定要求后，可在进场后建设实验室，用于检测预制小箱梁各预制构件的尺寸、规格及其相关性能参数，以同批次抽样检测方式维护产品质量，促使各施工工艺均能得到可靠保障[3]。

4.2 注重完整性检验

将预制构件拼装成箱梁结构后需展开完整性检验， 以模板安装工艺为例，相关人员需对模板浮沉、拉杆紧固度、混凝土坍落度及浇筑质量进行逐项检查， 尤其是对模板进行浇筑时，其材料凝结状态及其后期张拉拱起现象均为检验重点，自此在全面检验中提升结构完整性。

4.3 规范施工工艺步骤

在采用模拟仿真分析法构建预制小箱梁结构模型时，还需对照模型细节指引施工人员严格遵照标准步骤完成施工任务。 一方面，从台座施工开始，需结合模型参数映射现实施工活动，并在底端2m 左右位置拓展基础结构，用于改善台座稳固度。 另一方面，依照模型可对实际施工行为进行碰撞检测，从预防碰撞层面使各构件以相对协调的状态准确分布在箱梁结构上，体现箱梁耐用性价值，每项施工工艺均需注重仿真模型，以此优化施工效果。

5 结语