預(yù)制T 梁鋼筋定位安裝與保護層控制技術(shù)

皮 秦

(中鐵十七局集團第六工程有限公司，福建福州 350000)

0 引言

福建省位于我國東南沿海，是個多山地區(qū)，地形起伏大，近年高速公路得到飛速發(fā)展，為保持良好的路線線形和經(jīng)濟合理的成本，線路得頻繁地穿山跨谷，橋隧比例相當高;而預(yù)制T梁橋以其結(jié)構(gòu)受力明確、施工進度快、造價低、工藝簡單成熟等優(yōu)點，在山區(qū)高速公路修建中得到廣泛采用[1]。永寧高速公路就是典型的閩西山區(qū)高速公路，主線長123.5 km，橋梁20 991 m/76座，橋梁占主線17.0%，76座橋梁除2座主橋采用懸灌梁，其余全是預(yù)制T梁，共計7 973片T梁，每個標段均設(shè)置預(yù)制梁場1個～2個，T梁生產(chǎn)工期緊、任務(wù)重。T梁預(yù)制雖然已是很成熟的施工工藝，但在快速高質(zhì)量施工要求下，一些工藝操作和質(zhì)量控制措施仍需不斷改進，如鋼筋定位安裝、保護層厚度控制等;這是提高預(yù)制T梁安全可靠度和耐久性的需要，也是標準化施工的要求。永寧高速公路某標段項目部開展了《提高公路預(yù)制T梁鋼筋安裝準確率》QC技術(shù)攻關(guān)活動，取得良好的經(jīng)驗和成果[2]。

1 預(yù)制T梁概述

T梁預(yù)制是將橋梁梁體工廠化或現(xiàn)場集中生產(chǎn)的一種梁體施工方法，然后運輸?shù)綐蛭徊捎玫踯嚮蚣軜驒C安裝就位，這可以大量減少支架模板的投入、縮短施工工期，減少跨越施工安全隱患，在特殊地形條件下也相對現(xiàn)澆梁降低施工成本[1]。預(yù)制T梁一般為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按施工方法分為先張法和后張法兩種，在施工現(xiàn)場集中生產(chǎn)時通常采用后張法，其施工流程為:預(yù)制梁場建設(shè)(準備工作)→鋼筋加工安裝→預(yù)應(yīng)力管道安裝→模板安裝→預(yù)留預(yù)埋件安裝→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)生→拆?！摻g線穿束→預(yù)應(yīng)力張拉→管道壓漿→端頭封錨→移梁出坑。正常施工情況下每個制梁臺座每月可以生產(chǎn)2片～3片T梁[3]。

2 鋼筋定位安裝

2.1 T梁鋼筋構(gòu)件組成

預(yù)應(yīng)力T梁鋼筋分為普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋，普通鋼筋由梁肋鋼筋、翼板鋼筋、橫隔板鋼筋、封端鋼筋、張拉楔形塊鋼筋構(gòu)件和其他鋼筋組成，主要構(gòu)件體是梁肋和翼板鋼筋，只要這兩項安裝準確，其他鋼筋安裝質(zhì)量控制較容易。

2.2 梁肋鋼筋定位安裝

傳統(tǒng)梁肋鋼筋安裝工藝是在預(yù)制梁臺座邊臨時固定幾根立架，在立架上先安置幾根水平鋼筋，多人協(xié)助跳距安放綁扎一定數(shù)量豎向鋼筋，這樣就組成骨架雛形;然后按底模上標記的設(shè)計間距安裝綁扎其他豎向鋼筋和馬蹄鋼筋;再綁扎其他水平筋，穿綁梁底水平主筋，最后按圖紙綁扎鉤筋。這種安裝工藝費時耗工，對鋼筋工人技能熟練程度要求高，普通工人很難準確操作，綁扎的鋼筋間距合格率偏低，一般合格率水平在70%左右，特別是豎向筋間距偏差較大，還容易發(fā)生錯、漏鋼筋，而且安裝鋼筋占用預(yù)制梁臺座時間至少2 d，造成預(yù)制臺座投入加大[2]。

通過研究和不斷完善，設(shè)計制作專用固定的梁肋鋼筋安裝臺座和推拉活動式鋼筋定位架，在鋼筋安裝臺座上綁扎好梁肋鋼筋整體吊裝到預(yù)制臺座上，拼裝上其他鋼筋構(gòu)件和預(yù)埋件，就可及時安裝模板，這樣只需占用制梁臺座半天時間，加快了制梁進度，更重要的是提高了鋼筋安裝質(zhì)量。鋼筋安裝臺座和定位架如圖1所示。

圖1 鋼筋定位架和綁扎臺座示意圖

安裝臺座是用Φ16鋼筋和∠50角鋼焊接而成，角鋼上刻有豎向鋼筋和馬蹄筋放置槽，通過預(yù)埋鋼筋固定在混凝土硬化場地上，臺座高宜控制在100 mm～200 mm;定位架分節(jié)組成，每節(jié)長5 m左右，具體根據(jù)預(yù)制T梁長度確定節(jié)長和節(jié)段數(shù)，定位架由豎向鋼筋限位卡槽、水平鋼筋定位桿、架體和行走系組成;定位架每節(jié)底部安裝4個滾輪，采用槽鋼固定在地面作為定位行走軌道，這樣定位架不僅活動靈活，而且相對安裝臺座位置是固定準確的，不需要每次使用前調(diào)整定位架，只需推移就位就可開始快速而準確的安裝鋼筋，綁扎完后拉出定位架，梁肋鋼筋構(gòu)件即可吊開[2]。

梁肋鋼筋定位安裝操作步驟:

1)如圖1b)所示，將定位架向綁扎臺座推移靠近，鋼筋加工準備就緒;

2)靠近定位架側(cè)的水平鋼筋安放在定位桿上;

3)按順序安放豎向鋼筋和馬蹄筋，立于綁扎臺座刻槽和定位架卡槽內(nèi)，見圖1a)，圖1c);

4)穿放底部內(nèi)側(cè)水平主筋，安放上另側(cè)水平鋼筋;

5)用扎絲綁扎鋼筋各節(jié)點，并按圖綁扎拉結(jié)筋;

6)拉出定位架，梁肋鋼筋構(gòu)件完成。

2.3 翼板鋼筋定位

翼板鋼筋構(gòu)件剛度小不便綁扎后吊裝，而且操作簡單，數(shù)量少，安裝速度快，不會占用臺座和模板太多時間，所以直接在模板安裝定位后綁扎。翼板邊模必須在模板廠加工，機械切割成梳形板，梳形槽間距和深度嚴格按翼板鋼筋設(shè)計間距控制，禁止采用乙炔隨意燒割[3];并在模板外側(cè)欄柱上螺栓固定角鋼作為鋼筋預(yù)留定位卡，通過角鋼可方便控制預(yù)留長度和防止混凝土澆筑過程中鋼筋爬升，使得預(yù)留外露鋼筋整齊符合要求，如圖2所示。

圖2 翼板鋼筋定位示意圖

梳齒板卡槽不但間距控制準確，而且深度也應(yīng)精準，其預(yù)留底部高度剛好是底層鋼筋保護層厚度。安裝鋼筋只要將鋼筋放置在卡槽內(nèi)，外端頭緊頂角鋼，即鋼筋間距、底板保護層厚度、外露預(yù)留鋼筋長度均符合要求，如圖2c)所示。

2.4 橫隔板和其他鋼筋定位

橫隔板和其他鋼筋數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，可以采用簡單的辦法直接定位安裝，構(gòu)件相對獨立的也可綁扎成小構(gòu)件組裝。如橫隔板鋼筋可以在平整的場地按設(shè)計網(wǎng)格間距預(yù)埋定位鋼筋，這樣不需要每次尺量控制間距，綁扎好待梁肋鋼筋吊裝到臺座就位后組裝即可。

3 保護層控制措施

結(jié)構(gòu)物鋼筋保護層過大，可能降低其受力抵抗距，降低實際承載能力;相反保護層過小，可能由于鋼筋過早暴露產(chǎn)生銹蝕，將縮短鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命。因此鋼筋保護層厚度控制好壞直接影響到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的可靠性和耐久性。

3.1 保護層墊塊材料與發(fā)展

保護層墊塊是按設(shè)計尺寸墊楔鋼筋距模板一定距離的小型楔塊，簡單理解只要能控制鋼筋距模板距離滿足設(shè)計即可。保護層墊塊最早是施工人員根據(jù)設(shè)計保護層厚度模筑砂漿或細石混凝土而成，這種墊塊主要存在四大缺陷:

1)由于使用量少，砂漿或混凝土往往人工自拌，強度無法保證，包裹于結(jié)構(gòu)物內(nèi)降低其強度;

2)模具簡單，人工制作尺寸難以確保精確，自然降低保護層合格率;

3)人工制作效率低，成本高;

4)經(jīng)常是制作墊塊時間短，強度未達到就使用，破損浪費嚴重，而且達不到墊塊控制效果。

所以也有為了急用，采用細小鋼筋切成尖頭焊接在鋼筋上，尖端抵住模板控制保護層厚度，可是由于焊點多，費時費工，且拆完模后鋼筋頭容易外露，銹蝕污染混凝土表面色澤，更因電解氧化引起主筋早期銹蝕嚴重影響結(jié)構(gòu)物耐久性。后來建筑市場開始快速發(fā)展塑料墊塊，它主要有形狀各異、尺寸準確、操作簡單、實用性強、工廠化生產(chǎn)成本低、脫模后混凝土外觀效果佳等優(yōu)點，但是作為化工塑料產(chǎn)品包裹在混凝土結(jié)構(gòu)中，其粘結(jié)效果較差，可能影響混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能，而且可能隨時間推移塑料老化或與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，危害混凝土結(jié)構(gòu)壽命，所以近年來逐漸退出市場。

近年來隨著混凝土壓制機械和模具的發(fā)展，壓制高強砂漿墊塊逐漸取代了其他墊塊產(chǎn)品，它集中了塑料墊塊和混凝土墊塊所有優(yōu)點;最重要的是強度得到根本性的保障，經(jīng)檢測其強度可達到C50混凝土同等抗壓強度，其表面粗糙，澆筑后完全與結(jié)構(gòu)混凝土融合，無任何負面影響，所以在近年高速鐵路和高速公路中都得到推廣使用。

3.2 墊塊的選擇和安裝

預(yù)制T梁主要有梁底、肋板側(cè)面和翼板底面與模板接觸，由于部位不同一般設(shè)計保護層厚度也不盡相同，需根據(jù)圖紙交底清楚，選用不同厚度的墊塊。開始均使用四角形墊塊(如圖3a)所示)，底部墊塊可以直接坐放模板上擱置鋼筋，側(cè)面則采用扎絲綁扎固定在鋼筋上，控制不少于4個/m2，底部根據(jù)鋼筋構(gòu)件重量適當加密。經(jīng)過使用和檢驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物側(cè)面保護層控制效果差，檢驗成品T梁保護層厚度合格率偏低，大約在70%，個別抽檢甚至更低。經(jīng)研究主要存在以下問題:1)四角墊塊綁扎不穩(wěn)固，在關(guān)扣模板時容易發(fā)生擠壓破損、歪斜或脫落;2)綁扎麻煩，費工費時，綁扎數(shù)量經(jīng)常達不到要求;3)在混凝土傾倒和振搗時，因混凝土的沖擊力或振搗碰觸，墊塊扎絲斷裂，墊塊脫落。

圖3 保護層墊塊及安裝效果圖

根據(jù)以上分析原因，結(jié)合樁基、墩柱保護層習慣用圓餅形墊塊(如圖3a)所示)，經(jīng)研究梁肋側(cè)面保護層改用圓餅形墊塊。又通過多次現(xiàn)場操作實驗，開始和樁基鋼筋籠墊塊一樣，穿短鋼筋軸綁扎或焊接在梁肋豎向鋼筋上(如圖3b)所示)，因墊塊數(shù)量多，比綁扎四角墊塊費工耗時還多，工人不能接受，安裝數(shù)量不達標，焊接還有燒傷主筋的現(xiàn)象;最后QC小組研究將圓餅墊塊串在水平分布筋上，分好間距整體抬放在定位桿上，只要綁扎好水平分布筋即保護層墊塊也就完成安裝，經(jīng)實踐效果非常好[2]。圓餅墊塊安裝效果如圖3b)，3c)所示。

4 鋼筋加工

要保證鋼筋安裝準確、保護層控制合格率高，鋼筋下料和加工的精度不容忽視。傳統(tǒng)的鋼筋切割機和彎曲機(如圖4a)所示)無高精度定位裝置，全靠人工操控，精度基本取決于操作工人的質(zhì)量意識、認真程度和技能水平，往往加工的鋼筋長短不一，彎曲角度有大有小。而新型數(shù)控鋼筋加工設(shè)備正好解決了這一難題，只要將圖紙設(shè)計鋼筋參數(shù)輸入控制電腦，機床就可準確按參數(shù)值高精度彎曲和裁切，加工的成品鋼筋精度高又節(jié)約材料。通過改變參數(shù)設(shè)定就可滿足各種規(guī)格鋼筋的加工需要，預(yù)制T梁鋼筋加工只需1臺彎箍機和1臺彎曲機(如圖4b)所示)。

圖4 鋼筋加工機械

5 鋼筋構(gòu)件的吊裝與組裝

梁肋鋼筋在綁扎臺座上完成后，通過自制吊裝提籃用龍門吊吊裝到預(yù)制臺座就位，然后組裝好橫隔板和負彎矩張拉楔形塊鋼筋構(gòu)件，安裝預(yù)應(yīng)力管道等;關(guān)扣T梁模板，再綁扎翼板鋼筋，安裝預(yù)留預(yù)埋件，就完成了整片T梁鋼筋的加工與安裝。自制鋼筋吊裝提籃要有一定剛度，確保吊裝過程不發(fā)生明顯彎曲變形，吊鉤間距宜控制在1 200 mm左右，以吊裝時鋼筋構(gòu)件不扭曲變形和綁扎扎絲不滑移或崩斷為準。

6 效果檢查

6.1 質(zhì)量效果

在開展QC活動前后，活動小組進行了質(zhì)量檢查，包含鋼筋間距和保護層厚度主要指標在內(nèi)，鋼筋安裝合格率由活動前的77.5%提高到94.0%，達到合格率大于92.0%的活動目標值，T梁鋼筋施工質(zhì)量得到明顯提高[2]。另外業(yè)主各次T梁出坑質(zhì)量檢測抽檢鋼筋間距和保護層合格率情況見表1。

表1 鋼筋間距和保護層抽檢情況匯總表

6.2 經(jīng)濟效果

經(jīng)調(diào)查核算，當前建筑市場鋼筋工工價為熟練鋼筋工18元/h、普通鋼筋工12元/h、普工8元/h，之前完成1片25 m T梁鋼筋加工和安裝人工費約904元，采取數(shù)控鋼筋加工機、鋼筋定位架和圓餅形墊塊后大約只需402元，即每片梁鋼筋加工安裝可節(jié)約502元人工費。

6.3 工期效果

原在預(yù)制臺座上綁扎鋼筋需占用臺座時間2工天，而采用鋼筋綁扎臺座綁好整體吊裝到預(yù)制梁臺座上只需占用半天時間，節(jié)約1.5工天臺座時間，每個臺座每個月可以增產(chǎn)0.5片T梁。

6.4 其他效果

工藝措施改進后，不僅降低了操作技能要求，也減少了勞動量，在一定程度上緩解了用工荒和技術(shù)工緊張的社會矛盾，同時技術(shù)的進步也帶來施工的標準化和規(guī)范化。

7 結(jié)語

1)預(yù)制T梁鋼筋定位安裝和保護層厚度控制的QC技術(shù)攻關(guān)活動是非常成功的，使T梁鋼筋施工質(zhì)量達到了優(yōu)良目標。

2)活動式鋼筋定位架和安裝臺座的配套使用、圓餅形高強砂漿墊塊的科學(xué)安裝，都是操作簡單、實用性強、質(zhì)量控制有保障的工藝和方法，具有技能水平要求低、用工少、施工進度快、節(jié)約成本等優(yōu)點，這在公路預(yù)制T梁施工方面取得了重大的科技進步。

3)通過作業(yè)工廠化、工藝簡單化、操作機械化、控制規(guī)范化，實現(xiàn)了鋼筋集中加工，推進了標準化施工進程。

[1]黃繩武.橋梁施工及組織管理(上冊)[M].北京:人民交通出版社，1999:201-218.

[2]永寧高速A8項目QC小組.提高公路預(yù)制T梁鋼筋安裝準確率(QC 成果)[Z].2011.

[3]福建省高速公路建設(shè)總指揮部.福建省高速公路施工標準化管理指南(橋梁)[M].北京:人民交通出版社，2010:28-36.