預制小箱梁施工質量控制與工藝創(chuàng)新

吳建兵

上海公路投資建設發(fā)展有限公司，上海 200331

1 工程概況

上海S7公路（月羅公路—寶錢公路）新建工程始于月羅公路，該公路首先穿越練祁河，然后依次跨越嘉羅公路、嘉盛公路、曹新公路及徐潘公路，最終止于寶錢公路。該公路建設長度為6.1km，其道路紅線寬度為60m。該工程的建設任務主要包括主線高架橋、月羅公路北側立交、嘉盛公路立交及寶錢公路立交等。其中，主線高架橋采用的公路等級為高速公路。此外根據(jù)交通量及路段情況，將車道設置為雙向六車道，設計車速為100km/h，荷載標準為公路Ⅰ級。

上海S7公路預制小箱梁全部由上海嘉定南翔制梁場負責生產，該梁場施工工藝經(jīng)諸多工程實踐項目的考驗，已總結出一套成熟且高效的制梁工藝技術，且該預制工藝隨技術規(guī)范的更新而不斷完善。

2 預制小箱梁施工質量控制

2.1 混凝土材料

在該工程建設過程中，經(jīng)各科研技術部門聯(lián)合攻關試驗，并反復對比與總結實驗數(shù)據(jù)，最終研制出高性能自密實混凝土（C50）并用于小箱梁預制。配制該高性能自密實混凝土的關鍵要點如下。

（1）降低用水量，減小硬化后混凝土內部空隙，同時改善膠凝材料顆粒級配，增大混凝土密實程度。

（2）降低水灰比的同時添加適量礦物摻合料，通過水化與火山灰作用改善水化產物的微觀結構，最重要的是能夠加強骨料與水泥漿體之間的界面效應。此外，礦物摻合料除了具有上述作用，同時也能起到抑制堿骨料發(fā)生反應的作用。

（3）利用高效減水劑減緩混凝土拌和物中的絮凝現(xiàn)象，并使其呈現(xiàn)出良好的流動性、黏聚性及保水性。此外，部分礦物摻合料的外觀形態(tài)結構有利于提高混凝土的和易性。

（4）減少水泥用量，以避免在混凝土硬化時出現(xiàn)裂縫，從而降低小箱梁預制質量。

2.2 鋼筋加工

該工程小箱梁鋼筋骨架采用模塊化施工，即將整個小箱梁鋼筋骨架分為底腹板、頂板及防撞墻鋼筋結構，并對每一模塊鋼筋結構同步進行綁扎施工、安裝預埋件及管道等，再利用龍門吊將整體鋼筋結構吊起并精準安裝至模板中。

首先在鋼筋加工場集中對鋼筋進行加工處理，再將其運輸至梁場各分區(qū)由專業(yè)鋼筋操作工進行統(tǒng)一綁扎。充分利用高精度的底腹板胎具綁扎底腹板鋼筋，綁扎順序如下：綁扎腹板以及底板鋼筋；依次安放各類預埋構件、線預應力坐標、預應力管道（橡膠抽拔棒）；安放鋼絞線吊點。同時，頂板鋼筋在頂板胎具中綁扎成型，綁扎順序如下：放置外露鋼筋；安裝濕接縫木模板，穿頂板分布筋與倒角筋；安放負彎矩鋼板和張拉槽口齒狀模板。

2.3 模板體系

小箱梁的整體外觀質量是橋梁建設的關鍵部分，而模板整體工藝的施工質量決定了小箱梁的外觀質量。該模板工藝主要包括設計、制作及安裝，該工程中用于預制小箱梁的模板體系主要由側模、內膜、端模及防撞墻模板組成，其具體施工要點如下。

（1）模板設計。在設計過程中，模板首先必須滿足一定的強度與剛度，以充分保證其在安裝與施工過程中不變形，同時也需充分考慮模板安裝及拆卸的便捷性，以提高施工效率。

（2）模板制作。在制作過程中，以鋼材為模板加工原料。在滿足模板平整與光潔度要求的同時，需盡量降低其表面焊縫數(shù)量，留在模板表面的焊縫應充分打磨拋光。不同模板之間拼接制作時，可做成平縫或企口縫形式的接縫。

（3）模板安裝。在模板安裝過程中，其具體位置應在預制場和臺座上做出控制標記，以進一步保證安裝模板的精確度。安裝側模應精確對準對拉螺栓孔，同時保證接縫處緊密貼合，防止出現(xiàn)梁寬不符合設計要求與漏漿等現(xiàn)象。模板拼裝時采用雙面膠貼合縫隙，使接縫具有較好的嚴密與平整性。此外，根據(jù)底模板調整的矢高調整側模接縫，從而使梁體整體達到線性要求。①端模安裝時，需要嚴格按照技術人員的書面交底放線，嚴格控制模板兩端間距，同時需控制梁端預留筋長度使其滿足設計要求。此外，安裝錨墊板時需將壓漿孔朝上放置，利用雙面膠緊密貼合錨墊板與端頭模板之間的接觸縫隙，采用泡沫膠密封段頭模板上的預留筋孔洞，以防止模板密室出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象[1]。②內膜安裝時，首先利用龍門吊將其整體吊裝入加固的底腹板鋼筋骨架中，再適當調整內膜，使其端界面與端頭模板嚴密相接，利用泡沫膠封堵小縫隙，最后利用精軋螺紋鋼筋將內膜與底膜對拉連接。③防撞墻模板安裝時，需嚴格按整體拼接整體吊裝工藝執(zhí)行，即先將模板拼裝成兩個整體再吊裝。首先進行內模板安裝，其次調整線性及標高并用撐桿固定，最后進行外模板安裝。待全部模板均嚴格按要求安裝完成后，需對其安裝位置及尺寸進行精準校對，并再次核查模板的平整性與順直度以確保小箱梁的預制質量。

3 小鉸縫施工工藝創(chuàng)新

近年來，預制裝配構件工業(yè)化制造及施工技術得到快速發(fā)展，同時不斷涌現(xiàn)出混凝土新材料，使得原預制小箱梁施工工藝中采用的較寬濕接縫形式已不適應現(xiàn)有的施工要求。因此，在同樣滿足接縫傳力機理及受力性能條件下，采用窄縫連接形式不僅有利于減少施工作業(yè)量，而且能顯著提升整體施工質量[2]。

（1）小鉸縫試件設計。為了研究接縫受力過程中開裂特性、應力重分布過程，揭示接縫破壞模態(tài)及傳力機理，采用以下試件進行試驗，各小鉸縫試件參數(shù)如表1所示。

表1 小鉸縫試件參數(shù)表

其中，試件SFRC-J5采用高性能混凝土C80+鋼纖維接縫（SFRC），試件HPC-J9采用高性能混凝土C80（HPC），試件NC-J2采用混凝土C60（NC）。接縫預留U形鋼筋及直鋼筋均采用HRB400級普通鋼筋，其實測屈服強度為460MPa，極限強度為650MPa。接縫預留U形鋼筋直徑為20mm，插銷鋼筋直徑為10mm。試件混凝土澆筑分為主體段及濕接縫段兩次，兩次澆筑相隔14d。澆筑好主體普通混凝土后覆蓋保水布并灑水養(yǎng)護7d。拆除主體段模板并架立濕接縫段側模，接縫段混凝土澆筑完成覆蓋塑料薄膜現(xiàn)場養(yǎng)護28d（前7d灑水養(yǎng)護）。

（2）小鉸縫試件試驗。試驗的主要目的是得知不同接縫材料情況下，U形鋼筋對現(xiàn)澆接縫的破壞形態(tài)和相關受力性能。根據(jù)試件可能發(fā)生的現(xiàn)澆混凝土碎裂、U形筋拉斷等破壞設計了以下測試內容：①接縫區(qū)域受拉荷載；②縫兩側相對位移；③接縫區(qū)域鋼筋及混凝土應變；④接縫區(qū)域裂縫分布、長度及寬度。研究試件關鍵受力性能需對接縫在開裂時刻、接縫主筋同時屈服時刻（對應荷載分別為Pc和Py）、試件最后破壞時刻（對應荷載Pmax）及接縫主筋同時達到極限強度時刻（對應荷載Pu）做試驗。破壞過程及破壞形態(tài)試驗顯示高性能混凝土試件主筋部分屈服，其余試件主筋均全部達到屈服狀態(tài)，但所有試件主筋均未達到全部鋼筋極限狀態(tài)[3]。試驗結果顯示，接縫的承載力與主筋搭接長度成正相關，建議構造接縫寬度不小于30cm。C60混凝土接縫+U形環(huán)鋼筋能夠使鋼筋屈服，但鋼筋屈服后強度增長相對其他材料接縫略小些。在接縫長度能夠滿足鋼筋拉斷的需求時，采用HPC材料的情況下插銷鋼筋能夠顯著提升試件的承載力以及延性。在插銷鋼筋存在下，其破壞模式為混凝土碎裂，形狀無明顯規(guī)律。在HPC（C80）中加入鋼纖維的SFRC能夠大幅度提高此類接縫構造的承載力。

（3）小鉸縫實際應用。根據(jù)以往工程經(jīng)驗及橋面板現(xiàn)澆縫的試驗研究決定，將上海S7公路（月羅公路—寶錢公路）新建工程中30m簡支小箱梁現(xiàn)澆縫采用窄縫設計，其現(xiàn)澆接縫具體構造如下：接縫材料采用高性能混凝土C80+鋼纖維接縫（SFRC）；接縫形狀設計為倒漏斗形，上口寬400mm，下口寬300mm；U形鋼筋布置為單側320mm，交叉后為290mm。

4 結束語

該預制小箱梁施工工藝已成功運用于S7公路建設工程，其預制裝配比例達到95%以上，減少現(xiàn)場勞動力90%，施工速度提高7倍，極大提高了施工效率、施工精度及施工質量。與傳統(tǒng)的小箱梁施工工藝相比，該創(chuàng)新工藝的應用實現(xiàn)了建設資源集中化利用與社會效益高效產出，在完成高精度、標準化的預制拼裝建設的同時，也充分考慮到施工建設與人、環(huán)境的友好協(xié)調性，使得該施工工藝具有廣闊的應用與發(fā)展前景。