公路橋梁預(yù)制梁板施工工藝與智能管控研究

馮 蕾

(韶關(guān)市武江區(qū)地方公路管理站，廣東 韶關(guān) 512000)

0 引 言

韶關(guān)市武江區(qū)重陽鎮(zhèn)水口橋原始長(zhǎng)度為56.5 m，寬度為4.5 m，該橋因橋墩垮塌無法滿足居民正常通行需求，工程單位針對(duì)原橋設(shè)計(jì)的改建施工方案因其中一橋臺(tái)基坑鄰近高鐵線路，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工終止；后續(xù)通過協(xié)商、勘察確定于原水口橋下游68 m區(qū)域開展新橋梁的建設(shè)工作，該橋梁為3 m×20 m預(yù)制混凝土空心板梁橋，所應(yīng)用的工藝為后張拉預(yù)應(yīng)力法。橋梁施工區(qū)域巖層單一、穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造條件良好。下面對(duì)相關(guān)工藝與智能管控策略詳細(xì)論述。

1 公路橋梁預(yù)制梁板施工準(zhǔn)備要點(diǎn)

1.1 技術(shù)方案

為確保預(yù)制梁板施工有效開展，工程單位需要提前結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水位勘察數(shù)據(jù)、業(yè)主要求等相關(guān)內(nèi)容編制出合理的施工組織方案，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用、技術(shù)可行等多個(gè)方面對(duì)比選擇適宜的施工技術(shù)方案，明確方案要點(diǎn)后組織各施工人員開展技術(shù)交底工作，確?，F(xiàn)場(chǎng)人員能夠在預(yù)制梁板施工階段嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)技術(shù)要求。此外，工程單位也需要深度復(fù)核技術(shù)圖紙，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，追求工程質(zhì)量和安全的同時(shí)加快施工效率[1]。

1.2 機(jī)械設(shè)備

針對(duì)鋼筋生產(chǎn)、綁扎等各項(xiàng)施工工序，工程單位需要針對(duì)性地做好相關(guān)智能化機(jī)械加工設(shè)備的準(zhǔn)備工作，借助機(jī)械臂等智能生產(chǎn)線機(jī)器人完成對(duì)預(yù)制梁板鋼筋的安裝、綁扎、焊接與存放等相關(guān)工作，基于流水化作業(yè)的形式提升鋼筋綁扎施工效率和質(zhì)量，滿足智能管控工作需求。針對(duì)預(yù)制梁板模板生產(chǎn)工作，工程單位應(yīng)借助智能化集成管控系統(tǒng)對(duì)各模板生產(chǎn)線進(jìn)行集中、智能化管理，確保工作人員能夠利用系統(tǒng)中輸入的模板參數(shù)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)模板尺寸精度的精準(zhǔn)控制，同時(shí)也能夠滿足后續(xù)預(yù)制梁板的快速、高質(zhì)量加工需求。在預(yù)制梁板運(yùn)輸、架設(shè)方面，工程單位需要結(jié)合預(yù)制梁板的尺寸和重量情況以及預(yù)制工廠的現(xiàn)場(chǎng)空間情況，合理選擇起重能力與跨徑型號(hào)使用的機(jī)械設(shè)備，明確設(shè)備選型要求后對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能化改造，滿足設(shè)備后續(xù)使用期間的可視化管理、操作權(quán)管理、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等，并針對(duì)軌道平行度監(jiān)測(cè)、架橋機(jī)調(diào)平等相關(guān)操作工況進(jìn)行可視化監(jiān)控或自動(dòng)操作。針對(duì)張拉工藝，機(jī)械設(shè)備應(yīng)具備對(duì)加載動(dòng)態(tài)、張拉應(yīng)力、持荷時(shí)間等參數(shù)的智能監(jiān)控能力；針對(duì)壓漿工藝，機(jī)械設(shè)備應(yīng)具備對(duì)壓漿方向、水膠比、壓漿流量、壓漿壓力相關(guān)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)與記錄能力，滿足壓漿工藝質(zhì)量的精準(zhǔn)控制需求。針對(duì)振搗工藝，振搗設(shè)備應(yīng)與梁板尺寸、結(jié)構(gòu)性能相關(guān)參數(shù)具有良好的適應(yīng)性，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)入模溫度、坍落度相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土振搗過程的智能化調(diào)控，同時(shí)對(duì)各項(xiàng)工序進(jìn)行智能化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工質(zhì)量的有效管控[2]。

1.3 施工材料

混凝土是預(yù)制梁板的核心材料，施工人員需要結(jié)合預(yù)制梁板乃至橋梁各部件的結(jié)構(gòu)性能要求合理調(diào)配水泥、骨料、拌和水等材料，確保所調(diào)配的混凝土質(zhì)量滿足使用需求。針對(duì)預(yù)制梁板鋼筋材料，施工人員需要區(qū)分普通鋼筋和熱軋鋼筋，結(jié)合鋼筋直徑控制鋼筋型號(hào)，如熱軋HRB400帶肋鋼筋用于直徑≥12 mm時(shí)，熱軋HPB300鋼筋用于直徑≤10 mm時(shí)；預(yù)應(yīng)力鋼絞線通常需具備低松弛、高強(qiáng)度特性，工程單位需要嚴(yán)格控制絞線的彈性模量、強(qiáng)度、公稱直徑相關(guān)參數(shù)。各項(xiàng)施工材料在使用前均需要結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行狀態(tài)鑒定，抽檢合格后方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工[3]。

2 公路橋梁預(yù)制梁板施工工藝

2.1 梁板(空心板)預(yù)制

梁板預(yù)制是公路橋梁預(yù)制梁板施工中的核心環(huán)節(jié)，對(duì)于橋梁工程的質(zhì)量具有較大影響。施工期間，工作人員需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制預(yù)應(yīng)力孔道和鋼筋定位，避免預(yù)應(yīng)力束與錨墊板兩者垂直度存在較大偏差，確保管道中心與墊板中心對(duì)齊[4]。針對(duì)彎折部位，施工人員需要采取圓曲線法將鋼絞線過渡，同時(shí)也需要控制管道的圓順度，在定位鋼筋布設(shè)時(shí)需要基于800 mm的標(biāo)準(zhǔn)控制直線段布置間隔，并基于400 mm標(biāo)準(zhǔn)控制曲線段。在梁板澆筑前，為避免后續(xù)返工，施工人員需要確認(rèn)各預(yù)埋件與鋼筋是否按設(shè)計(jì)要求按照到位；針對(duì)厚度低的預(yù)制梁板腹板、底板與板頂區(qū)域，施工人員需要選擇強(qiáng)度適宜的混凝土材料配比，通過試驗(yàn)的方式明確骨料粒徑等材料配比參數(shù)，本工程采用C40混凝土；對(duì)于錨固區(qū)域、管道密集區(qū)域、梁端周邊，施工人員需要對(duì)振搗、養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量嚴(yán)格管控，避免關(guān)鍵部位混凝土存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。在空心梁板澆筑期間，施工人員需要對(duì)同一跨的梁板澆筑時(shí)間間隔進(jìn)行嚴(yán)格控制，各空心梁板張拉完成時(shí)應(yīng)具有不超過10 d的混凝土齡期，有效規(guī)避同一跨各梁板拱值相差較大的問題。

預(yù)制梁板澆筑施工人員需要嚴(yán)格管控施工的連續(xù)性，做到板體一次成型，各預(yù)制板避免澆筑耗時(shí)6 h以上。施工人員需要在拌和混凝土之前基于3.0%～4.5%的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各材料中的含氣量進(jìn)行嚴(yán)格控制，基于5～35 ℃的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼筋、模板溫度嚴(yán)格控制，基于5～30 ℃的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)入模溫度嚴(yán)格控制，澆筑振搗期間需要通過監(jiān)督規(guī)避漏振、欠振等失誤情況，并做好漏漿問題的應(yīng)急處理準(zhǔn)備工作。對(duì)于腹板、頂板等區(qū)域，施工人員需要借助平板振搗器施工，并注意規(guī)避模板、預(yù)埋件、管道設(shè)施，確保將各區(qū)域混凝土振搗到位。為確保混凝土澆筑質(zhì)量合格，施工人員需要在施工期間對(duì)梁板不同區(qū)域選取樣本制作彈性模量與強(qiáng)度試件，驗(yàn)證施工工序、技術(shù)方法的應(yīng)用效果。針對(duì)振搗澆筑完成的混凝土梁板，施工人員需要對(duì)頂板區(qū)域進(jìn)行抹光處理，并做好收漿、拉毛相關(guān)操作。在預(yù)制空心梁板期間，施工人員需要利用鋼筋制作一段粗糙面，具體需要將6 mm鋼筋鑲嵌于梁板鉸縫區(qū)域，嵌入規(guī)格為500 mm鋼筋間隔1 m嵌入一道[5]。

拆模施工過程中，施工人員需要對(duì)預(yù)制梁板的表層、混凝土芯部溫度嚴(yán)格控制，避免出現(xiàn)15 ℃以上的內(nèi)外溫差，為此施工人員需要在溫度適宜的時(shí)候拆模，避免因短時(shí)間內(nèi)溫度變化引發(fā)較大的內(nèi)外溫差。同時(shí)，施工人員需要做好防曬相關(guān)工作，避免混凝土表面受陽光直射等影響出現(xiàn)較大變化。對(duì)于拆模后的預(yù)制梁板，施工人員需要借助自動(dòng)噴淋設(shè)備進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)處理，為維持混凝土梁板的溫濕度，施工人員可以利用土工布將梁體覆蓋，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)控制在14 d以上。

預(yù)制梁板在長(zhǎng)期存放過程中將會(huì)出現(xiàn)上拱現(xiàn)象，不同的澆筑齡期也會(huì)導(dǎo)致橋面與預(yù)制板之間的收縮量存在一定差距，施工人員需要對(duì)預(yù)制梁板存放時(shí)間嚴(yán)格控制，同時(shí)也需要在定期測(cè)量上拱值，當(dāng)實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值相差高于8 mm時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。預(yù)制梁板后張拉施工完成后，施工人員需要對(duì)下?lián)现蹬c上拱度參數(shù)嚴(yán)格管控，本工程經(jīng)過計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)值詳見表1。

表1 預(yù)制梁板下?lián)现蹬c上拱度控制標(biāo)準(zhǔn)(數(shù)值均代表位移向上)

2.2 預(yù)應(yīng)力施加工藝

本次預(yù)應(yīng)力張拉所采用的工藝為后張拉法，施工人員需要基于設(shè)計(jì)圖紙要求通過測(cè)量放線的方式標(biāo)定預(yù)應(yīng)力管道位置，并借助鋼筋進(jìn)行固定處理，為避免出現(xiàn)管道下垂或錯(cuò)位等異常情況，施工人需要做好鋼筋位置的優(yōu)化調(diào)整工作，并通過焊接的方式將定位鋼筋焊接在腹板箍筋點(diǎn)上；為避免管道被混凝土侵入而堵塞，施工人員需要對(duì)波紋管密封情況進(jìn)行核查，及時(shí)修復(fù)泄漏點(diǎn)位。預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉前提為混凝土預(yù)制梁的彈性模量和強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，通常需要兩參數(shù)不低于設(shè)計(jì)要求的85%，在滿足這一要求的基礎(chǔ)上也需要確?；炷辆哂? d以上的齡期。

為保證預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量確保工程建設(shè)需求，施工人員需要綜合控制拉伸量與張拉力，對(duì)于正彎矩鋼束錨部位，施工人員需要按照1 395 MPa的標(biāo)準(zhǔn)控制張拉力，由于錨圈口與鋼束之間的摩擦力會(huì)削弱張拉力，施工人員需要適當(dāng)提升張拉力，本工程將摩擦阻力造成的張拉應(yīng)力損失設(shè)定為3%，因此需要按照1 437 MPa的標(biāo)準(zhǔn)控制張拉應(yīng)力，相關(guān)工程單位在實(shí)際施工過程中需要通過施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)值對(duì)應(yīng)力損失情況進(jìn)行計(jì)算和控制，但最終應(yīng)力應(yīng)控制在1 488 MPa范圍內(nèi)。在施加預(yù)應(yīng)力過程中，施工人員需要對(duì)兩端伸長(zhǎng)量進(jìn)行對(duì)比控制，避免出現(xiàn)兩端相差5%以上的情況，在按照設(shè)計(jì)應(yīng)力將鋼束張拉完畢后，施工人員也需要對(duì)伸長(zhǎng)量實(shí)際值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，確保相對(duì)設(shè)計(jì)值的偏差在±6%范圍內(nèi)。

張拉完成后，施工人員需要在48 h內(nèi)完成孔道壓漿工作，需要確保壓漿飽滿，水泥漿強(qiáng)度達(dá)到50 MPa以上，避免出現(xiàn)加料、攪拌、壓漿同時(shí)操作的情況。壓漿期間，施工人員需要加強(qiáng)對(duì)氣溫狀況的關(guān)注，針對(duì)5 ℃以下的低溫環(huán)境進(jìn)行保溫處理，對(duì)于35 ℃以上的高溫環(huán)境則需要停止壓漿施工。壓漿完成后，施工人員需要做好各部位污垢清潔處理工作，并借助混凝土材料封堵錨具部位。

3 公路橋梁預(yù)制梁板施工智能管控策略

3.1 針對(duì)鋼筋、模板加工布置智能控制的自動(dòng)化生產(chǎn)線

公路橋梁預(yù)制梁板加工期間通常需要消耗大量人力資源開展鋼筋的加工安裝施工，傳統(tǒng)施工模式為人工+胎架+數(shù)控設(shè)備的施工模式，存在智能化、自動(dòng)化水平不足且對(duì)勞動(dòng)量大的問題，施工質(zhì)量難以把控；針對(duì)此類問題，本工程結(jié)合預(yù)制梁板中鋼筋應(yīng)用特性對(duì)鋼筋從制作到安裝綁扎各環(huán)節(jié)的工序進(jìn)行深入研究，針對(duì)性地設(shè)計(jì)出能夠借助機(jī)械臂對(duì)鋼筋材料進(jìn)行自動(dòng)安裝、綁扎與焊接操作的智能管控系統(tǒng)，由智能系統(tǒng)和自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備取代人工完成鋼筋的高質(zhì)量、快速制作與安裝工作。預(yù)制梁板模板施工過程中也存在施工效率低下、工作強(qiáng)度高等問題，施工質(zhì)量把控難度相對(duì)較大，針對(duì)此類問題，工程單位結(jié)合預(yù)制梁模板加工需求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作區(qū)域重新進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)了一種臺(tái)座可移動(dòng)、模板固定的加工形式，從而在施工過程中能夠基于特定的模板對(duì)預(yù)制梁板加工尺寸進(jìn)行可靠控制，并基于移動(dòng)臺(tái)座劃分的不同生產(chǎn)區(qū)域完成預(yù)制梁板各部件的快速生產(chǎn)工作，最終通過智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整體預(yù)制梁板生產(chǎn)作業(yè)的高效管理。

3.2 針對(duì)混凝土澆筑布置智能管控系統(tǒng)

混凝土澆筑施工前，工程單位通常選擇拌和機(jī)將混凝土拌和完成后，由人工輔助將材料移至罐車并運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的施工形式，本工程為提升拌和、運(yùn)輸質(zhì)量，選擇能夠利用智能化程序進(jìn)行自動(dòng)控制的拌和站完成拌和操作，并針對(duì)性地設(shè)計(jì)相應(yīng)的物料收發(fā)系統(tǒng)，借助智能化控制系統(tǒng)(平臺(tái))下達(dá)相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)，控制魚雷罐自動(dòng)移動(dòng)至接料口接料。拌和站控制系統(tǒng)能夠?qū)\(yùn)行期間的混凝土配比、坍落度、拌和時(shí)間相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，能夠通過智能化分析確定材料配比效果，為配比試驗(yàn)工作提供便利，也能夠通過采集的參數(shù)判斷拌和期間有無異常情況，并為系統(tǒng)管理人員發(fā)出預(yù)警信息，有效規(guī)避拌和質(zhì)量問題。針對(duì)混凝土振搗施工，本工程選擇利用振搗信息化管理平臺(tái)對(duì)自動(dòng)附著式振搗設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，借助平臺(tái)對(duì)入模溫度相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集并實(shí)現(xiàn)對(duì)振搗操作的自動(dòng)調(diào)整，整體施工由智能化平臺(tái)自動(dòng)控制，平臺(tái)能夠結(jié)合記錄的數(shù)據(jù)對(duì)振搗情況進(jìn)行檢測(cè)，為振搗操作優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。預(yù)制梁板混凝土澆筑之后的養(yǎng)護(hù)工作通常需要人工配合蒸汽發(fā)生器、噴淋系統(tǒng)等設(shè)備完成，實(shí)際操作效果受人為因素影響較大，質(zhì)量控制難度高，針對(duì)這一情況，工程單位可以制作封閉式的小棚對(duì)預(yù)制梁混凝土進(jìn)行升溫養(yǎng)護(hù)處理，并有智能系統(tǒng)對(duì)蒸養(yǎng)時(shí)間、溫度、濕度等進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)預(yù)制梁構(gòu)件養(yǎng)護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，為后續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間的進(jìn)一步縮短提供依據(jù)，在優(yōu)化調(diào)整的同時(shí)也能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)行預(yù)警，規(guī)避養(yǎng)護(hù)質(zhì)量缺陷。

3.3 針對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿建立智能化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

為提升預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿施工質(zhì)量，施工人員需要借助智能化設(shè)備對(duì)壓漿、張拉參數(shù)監(jiān)測(cè)，并利用智能化信息平臺(tái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)張拉應(yīng)力、持荷時(shí)間、伸長(zhǎng)量相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與對(duì)比分析，及時(shí)對(duì)異常的張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警；同時(shí)，系統(tǒng)也能夠針對(duì)穩(wěn)壓時(shí)間、壓漿方向、水膠比相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)和預(yù)警分析，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工能夠做好壓漿飽滿密實(shí)，為預(yù)制梁板施工質(zhì)量提供保障。

4 結(jié) 論

綜上所述，公路橋梁預(yù)制梁板施工工藝繁多復(fù)雜，部分工序存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工效率低的問題，現(xiàn)場(chǎng)施工過程中存在人工操作質(zhì)量難以把控的問題，針對(duì)此類問題，工程單位需要結(jié)合工程建設(shè)需求制定可行且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的施工組織方案和技術(shù)方案，準(zhǔn)備質(zhì)量合格的各類材料和相應(yīng)的智能化、自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，在嚴(yán)格按工序要求控制各工藝施工質(zhì)量的同時(shí)，也需要合理借助智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋安裝、預(yù)應(yīng)力施加、混凝土澆筑等工序質(zhì)量的精準(zhǔn)把控，確保公路橋梁預(yù)制梁板施工有序推進(jìn)。