預(yù)制T梁混凝土澆筑振搗質(zhì)量關(guān)鍵控制措施

劉志義，張學(xué)權(quán)，唐忠林，李雪峰

（1.云南楚姚高速公路有限公司，云南 楚雄 675000；2.交通運輸部公路科學(xué)研究院橋梁隧道研究中心，北京 100088）

1 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁具有結(jié)構(gòu)剛度大、施工方便等特點，目前在大型公路橋梁建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用[1,2]。由于T 梁屬于異型構(gòu)件，梁體中密布的鋼筋、穿越其中的預(yù)應(yīng)力波紋管以及橫隔板與腹板正交相接均會導(dǎo)致混凝土流入阻力增大。另外，馬蹄部與腹板連接處的斜面也不利于振搗過程中混凝土內(nèi)部氣泡的排出。一旦布料振搗工藝不合理，將極易導(dǎo)致預(yù)制混凝土T梁表面出現(xiàn)氣泡、蜂窩、水紋、色差，以及梁端出現(xiàn)“爛邊”和“爛根”等質(zhì)量通病，從而嚴(yán)重影響其美觀及耐久性[3,4]。因此，預(yù)制混凝土T梁對混凝土的澆筑振搗工藝提出了較高要求。

目前，針對預(yù)制混凝土T梁澆筑質(zhì)量提升方面的研究大多集中在原材料設(shè)計、模板選型、養(yǎng)護工藝等方面。肖作銳等[5-7]主要從混凝土配合比方面探討了消除預(yù)制混凝土梁表面氣孔的關(guān)鍵工藝控制要點；徐東風(fēng)等[8,9]對當(dāng)前預(yù)制T 梁混凝土澆筑過程中脫模劑的涂刷及模板安裝工藝環(huán)節(jié)中存在的問題進行了總結(jié)；鄧娜等[10,11]的研究重點主要為預(yù)制T梁裂縫控制關(guān)鍵施工工藝。對于預(yù)制混凝土T梁這種異型結(jié)構(gòu)，混凝土的澆筑與振搗兩種工藝間需做到相互匹配才能保證所澆筑的混凝土質(zhì)量滿足性能設(shè)計要求，而目前雖然對澆筑和振搗工藝有一些探討，但對其中關(guān)鍵工藝參數(shù)仍缺乏較為系統(tǒng)的研究。

本文依托云南楚姚高速公路預(yù)制混凝土T 梁質(zhì)量提升專項行動，從混凝土澆筑振搗工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，通過梳理各環(huán)節(jié)中存在的主要問題，最終提出預(yù)制混凝土T 梁質(zhì)量控制關(guān)鍵措施。研究結(jié)果可為今后制備均勻密實、內(nèi)優(yōu)外美的高品質(zhì)預(yù)制混凝土T梁提供參考。

2 工程背景

云南楚姚高速公路起于楚雄市東瓜鎮(zhèn)大壩村，止于大姚縣城南曾家灣，全長78.6km，全線共設(shè)置橋梁140 座（46.3km），其中特大橋6 座（8.4km），大橋99 座（35.3km），中橋35 座（2.6km），全線橋梁占比達到58.9%。橋梁上部結(jié)構(gòu)主要采用30m 和40m 的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，混凝土設(shè)計強度等級為C50。項目建設(shè)初期發(fā)現(xiàn)，已澆筑的預(yù)制混凝土T梁在拆模后普遍出現(xiàn)馬蹄斜面部位存在大量氣泡，翼緣板底混凝土“花臉”嚴(yán)重及梁頂面混凝土“松頂”等現(xiàn)象（圖1）。

圖1 預(yù)制T梁混凝土表觀質(zhì)量

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，造成上述現(xiàn)象的原因主要是施工單位在對混凝土T 梁進行澆筑時，對混凝土分層布料、振搗器布設(shè)、開啟順序、振搗時間及頻率等關(guān)鍵施工工藝未合理掌握。為此，通過開展云南楚姚高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁質(zhì)量提升專項行動，對預(yù)制T梁混凝土澆筑振搗質(zhì)量關(guān)鍵控制措施進行梳理總結(jié)。

3 預(yù)制T梁混凝土布料工藝

3.1 布料方式

目前，預(yù)制T梁混凝土結(jié)構(gòu)形式按照布料工藝普遍劃分為3 種，分別為斜向分層、整體式水平分層及縱向單隔板分段水平分層澆筑工藝，布料方式如圖2所示。

圖2 T梁混凝土布料方式

上述3種布料工藝的優(yōu)缺點見表1，比較發(fā)現(xiàn)，斜向分層布料方式雖工序簡單且速度最快，但由于振搗時重力幾乎不參與密實，振搗效果不佳，且與布料缺乏協(xié)調(diào)性，因而嚴(yán)禁采用斜向分層澆筑工藝。整體式水平分層布料方式可做到布料厚度的準(zhǔn)確控制，解決了斜面溜漿和趕料的問題，且方便氣泡排出，同時布料與振搗器間工作協(xié)調(diào)，控制程序亦簡單明確，是一種較為理想的布料方式，但其布料距離耗時較長，易出現(xiàn)分層或施工冷縫。縱向單隔板分段水平分層布料工藝基本兼具了斜向和整體分層布料的優(yōu)點，雖工序復(fù)雜程度較前兩者有所增加，但對于長度為30m～40m 的預(yù)制混凝土T 梁而言，只要選取合適的布料距離，即可在澆筑質(zhì)量與工效上達到平衡。因此，在實際施工中推薦采用縱向單隔板分段水平分層布料工藝。

表1 T梁布料工藝對比

在每層布料厚度方面，以30m T 梁和40m T 梁為例，30m T梁宜分4層澆筑，第1層混凝土布料至馬蹄斜面上口，以利于排氣，層厚約40cm；第2、3 層分別布料至接近腹板高度的1/2、2/2，每層平均厚度約60cm，第4層混凝土以頂板厚度控制，厚度約40cm。而對于40m T梁，則宜分5層澆筑，第1層厚度約60cm，第2～4層厚度約55cm，第5層為翼板處厚度約25cm。

3.2 布料順序

在進行混凝土布料時，推薦采用龍門吊配合吊罐向前緩慢移動進行，通過調(diào)整龍門吊的移動速度和吊罐下料開關(guān)的開口大小控制下料速率，確保布料的均勻性及每層布料厚度符合預(yù)定要求。

對于單隔板分段水平分層澆筑工藝，布料從梁端開始，先澆筑馬蹄部位約1.5 個單隔板混凝土長度，再階梯式澆筑腹板部位第1 層、第2 層及第3 層混凝土約1 個單隔板長度，當(dāng)腹板第2 層或第3 層混凝土的分層坡腳達到馬蹄部位單隔板長度位置后，馬蹄部位再向前澆筑1.5倍單隔板長度，以此類推向梁體的另一端推進，其關(guān)鍵控制工藝為：

①馬蹄部位始終比腹板部位預(yù)先布料0.5個隔板，以保證腹板部位布料時斜面塌料不影響下一隔板馬蹄部位布料的厚度。

②T梁橫隔板混凝土應(yīng)與腹板同時澆筑，布料至橫隔板時，待橫隔板填充飽滿后方可繼續(xù)轉(zhuǎn)移其它部位布料。

③待馬蹄部、腹板混凝土澆筑完成后進行頂板澆筑，頂板混凝土采用一次澆筑成型，便于梁頂表面收漿抹平。

④當(dāng)布料逐漸接近另一端時，應(yīng)改為從另一端反向進行，在距梁端4m～5m處合攏，避免梁端混凝土產(chǎn)生蜂窩等不密實現(xiàn)象。

4 預(yù)制T梁混凝土振搗工藝

4.1 附著式振搗器布設(shè)

對于30m T梁或40m T梁，附著式振搗器應(yīng)選用在模板雙側(cè)布置，每側(cè)兩排。附著式振搗器應(yīng)采用偏心高頻附著式振搗器，振搗器參數(shù)建議頻率150Hz，振幅0.8mm，功率1.5kW。考慮到振搗器的有效振搗半徑，第1排附著式振搗器應(yīng)布設(shè)在馬蹄部斜面模板上，水平間距為140cm～150cm，第2 排布設(shè)在與第1 排垂直距離50cm～60cm 的腹板模板上，同一排的附著式振搗器的水平間距不應(yīng)大于140cm～150cm，兩排振搗器交替布置，呈等腰三角形，且梁體兩側(cè)模板上的附著式振搗器也要交錯布置，以免振動力互相抵消，振搗器布設(shè)位置如圖3所示。

圖3 橫隔板間附著式振搗器布置圖（cm）

實際操作中應(yīng)先在模板上焊接厚1cm、長30cm、寬30cm 的鋼板，再用螺栓將附著式振搗器連接固定于鋼板上。附著式振搗器與側(cè)模振動支架要密貼緊固，使混凝土最大限度地吸收振動力。附著式振搗器應(yīng)采用廠家提供的振搗器底座安裝圖進行固定安裝，以方便快速裝卸，還要防止振搗器在強震時發(fā)生松動甚至脫落而影響振動效果，梁體兩側(cè)附著式振搗器組需單獨控制。

4.2 振搗工序

在進行預(yù)制T梁混凝土布料時，每層混凝土布料完畢后，均應(yīng)開啟第2排附著式振搗器振動5s～8s以輔助下料。隨后，對于馬蹄部位，當(dāng)?shù)? 層（馬蹄部位）布料結(jié)束后，應(yīng)停止第2 排（腹板部位）附著式振搗器振動，只開第1排（馬蹄斜面位置）附著式振搗器進行間斷、多次振搗，以利于排氣。振搗工藝參數(shù)應(yīng)根據(jù)坍落度確定，通常每次振搗約10s～15s，間隔5s～10s，振搗3次，總共振搗約30s～45s，避免表面過振。當(dāng)?shù)?層混凝土（腹板部位波紋管以下）布料結(jié)束后，開啟第2 排附著式振搗器進行間斷、多次振搗，腹板波紋管以下混凝土的振搗以附著式振搗器為主，以振搗棒（建議采用Φ30）為輔；第3 層混凝土（腹板波紋管以上）布料結(jié)束后，僅單次開啟第2排附著式振搗器輔助下料，振搗則以振搗棒（建議采用Φ50）為主。

在梁的負(fù)彎矩齒板及梁端、錨下區(qū)、橫隔板等鋼筋及波紋管密集處，或混凝土不易填充飽滿處及附著式振搗器安裝不便處，應(yīng)采用小型振搗棒（建議采用Φ30）仔細(xì)振搗。振搗棒難以發(fā)揮作用處，可采用插釬人工搗固。對于振搗棒振搗要求，Φ30 和Φ50 型振搗棒振點間距建議分別為25cm～30cm和35cm～40cm。振搗時應(yīng)遵守“快插慢拔”的原則，每個振點的振搗時間約25s～30s。第3層混凝土（腹板波紋管以上）采用插入式振搗棒振搗時，嚴(yán)禁振搗棒過深插入已振搗好的下層腹板混凝土層中，僅深入下層5cm～10cm即可。

在翼板布料澆筑時，應(yīng)一邊布料，一邊采用振搗棒（建議采用Φ50）振搗，振搗棒至少插入下層混凝土5cm～10cm，直至表面平坦泛漿，不再冒出氣泡為止。同時，可輔助采用平板振動器將混凝土面整平。

此外，振搗時還應(yīng)注意以下事項：

①附著式振搗器開啟數(shù)量以灌注混凝土長度為準(zhǔn)，嚴(yán)禁附著式振搗器空振模板。

②灌注腹板部位混凝土?xí)r，嚴(yán)禁開啟馬蹄部位振搗器，以防下部混凝土重新出現(xiàn)氣泡或泌水，或防止即將失去可塑性的馬蹄部位混凝土表面被振出麻面。

③振搗過程中，檢查附著式振搗器與側(cè)模振動支架密貼緊固情況，防止其脫空或掉落。

④當(dāng)混凝土澆鋪到位時才可進行振搗，切莫早振。

⑤振搗時輕敲模板，將附著在側(cè)模上的氣泡逸出，達到消除氣泡的效果。

5 結(jié)語

①對比預(yù)制T梁混凝土不同布料工藝優(yōu)缺點，建議采用縱向單隔板水平分層布料工藝進行混凝土澆筑，布料過程中的關(guān)鍵控制工藝為兩端合攏、頂板一次澆筑、腹板與橫隔板同時布料且馬蹄部比腹板部預(yù)先布料0.5個隔板。

②梁體兩側(cè)模板上的附著式振搗器應(yīng)分兩排呈等腰三角形交錯布設(shè)，以免振動力互相抵消，同一排附著式振搗器縱向間距建議為140cm～150cm，兩排附著式振搗器垂直距離為50cm～60cm。

③在整個澆筑過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制附著式振搗器的開啟順序、振搗時間和振搗頻率，切記振搗器出現(xiàn)空振、早振、欠振及過振。