高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁工廠化預(yù)制技術(shù)研究

譚東航

(河池市金城江區(qū)公路事業(yè)發(fā)展中心,廣西 河池 547099)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁是高速公路橋梁工程中的重要構(gòu)件,傳統(tǒng)的T梁制作方式需要現(xiàn)場澆筑混凝土,過程復(fù)雜,不僅工期長且質(zhì)量難以保證,同時(shí)也會產(chǎn)生噪音、揚(yáng)塵等環(huán)境污染問題。隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)和設(shè)備的不斷提高和發(fā)展,為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁工廠化預(yù)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了條件,采用工廠化預(yù)制技術(shù)可以有效地提高生產(chǎn)效率和降低成本,同時(shí)也能夠保證制品質(zhì)量,提高施工效率,推進(jìn)高速公路橋梁的建設(shè)。因此,T梁工廠化預(yù)制技術(shù)的研究和應(yīng)用成為當(dāng)前高速公路橋梁領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題,加強(qiáng)對T梁工廠化預(yù)制技術(shù)的研究,明確其施工工藝流程與關(guān)鍵技術(shù),有助于進(jìn)一步推動(dòng)T梁工廠化預(yù)制技術(shù)在高速公路橋梁中的應(yīng)用,為早日全面實(shí)現(xiàn)T梁工廠化預(yù)制提供技術(shù)支持。

1 技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)的高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁制作工藝是現(xiàn)場澆筑,需要在現(xiàn)場進(jìn)行鋼筋加工、制模、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等多個(gè)工序[1]。這種制作方式存在著生產(chǎn)周期長、質(zhì)量難以保證、現(xiàn)場環(huán)境影響大等缺點(diǎn)。相比之下,工廠化預(yù)制技術(shù)采用了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備,通過對生產(chǎn)線進(jìn)行高度集成化和自動(dòng)化控制,實(shí)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的快速、高效生產(chǎn)。與傳統(tǒng)高速公路T梁制作工藝相比,工廠化預(yù)制技術(shù)具有以下優(yōu)勢:

(1)提高施工質(zhì)量。高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土T梁工廠化預(yù)制技術(shù)采用工廠化流水線生產(chǎn)方式,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,可以更好地控制T梁質(zhì)量。工廠化生產(chǎn)過程中使用的儀器、設(shè)備均經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn),確保每個(gè)T梁的制作精度和質(zhì)量穩(wěn)定[2]。而傳統(tǒng)T梁制作則由于場地、設(shè)備的不確定性和制作工藝的不一致性,導(dǎo)致T梁施工質(zhì)量無法得到保障。

(2)縮短施工周期。T梁工廠化預(yù)制技術(shù)在生產(chǎn)過程中充分利用了現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)模式和先進(jìn)的流水線設(shè)備,極大地提高了生產(chǎn)效率。將建筑材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化加工和組裝,避免現(xiàn)場操作誤差,縮短了施工周期,降低了人力成本和施工現(xiàn)場的管理難度。

(3)強(qiáng)化施工安全性。傳統(tǒng)T梁施工中,受作業(yè)場地及機(jī)械設(shè)備的制約,各工序作業(yè)區(qū)重疊,需依靠人工進(jìn)行操作,容易造成安全隱患[3]。而T梁工廠化預(yù)制技術(shù)則對T梁各個(gè)工序的作業(yè)區(qū)域進(jìn)行了劃分,同時(shí)提供大型機(jī)械、流水線設(shè)備的助力,減少施工現(xiàn)場的人員操作,大大降低工程安全事故的發(fā)生概率,強(qiáng)化施工的安全性。

(4)保護(hù)周邊環(huán)境。傳統(tǒng)T梁施工中建筑垃圾對周邊環(huán)境的污染較大,需進(jìn)行專業(yè)環(huán)境污染處理。而采用T梁工廠化預(yù)制技術(shù)由于采用標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式,可以減少現(xiàn)場材料的消耗,大大減少廢棄物的產(chǎn)生,同時(shí)對相關(guān)污染源進(jìn)行有效控制與集約化處理,是建設(shè)綠色、環(huán)保型社會的一種先進(jìn)的施工生產(chǎn)方式。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

A高速公路大橋設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h。該橋引橋上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁,共需1 700片預(yù)制T梁(其中40 m預(yù)制T梁1 430片,35 m預(yù)制T梁170片)。該項(xiàng)目工廠化預(yù)制梁廠占地約0.048 km2,配置有兩個(gè)專業(yè)施工隊(duì),其中施工設(shè)備包括20 t龍門吊6臺、100 t龍門吊6臺、可移動(dòng)臺座軌道車20個(gè),T梁鋼筋綁扎胎架8套、智能蒸養(yǎng)室8套、液壓模板8套。40 m預(yù)制T梁半立面如下頁圖1所示。

圖1 40 m預(yù)制T梁半立面圖(cm)

2.2 工藝及流程

傳統(tǒng)預(yù)制混凝土T梁通常以固定的臺座為核心作業(yè)區(qū),在T梁預(yù)制過程中的鋼筋綁扎、模板架設(shè)、混凝土澆筑等一系列工藝均是圍繞固定臺座上的T梁實(shí)體在有限的空間進(jìn)行建設(shè)生產(chǎn)。而且傳統(tǒng)預(yù)制T梁工藝由于作業(yè)區(qū)密集,在實(shí)際建設(shè)施工中工序易受到干擾,模板需經(jīng)常拆卸移動(dòng),施工效率低下,容易對T梁質(zhì)量造成影響[4]。

A高速公路大橋預(yù)制梁廠已實(shí)現(xiàn)工廠化的預(yù)制流水線作業(yè),每條流水線設(shè)置有鋼筋綁扎區(qū)、臺座橫移區(qū)、合模澆筑區(qū)、養(yǎng)生區(qū)、張拉區(qū)及存梁區(qū)。流水線平面圖如圖2所示。每條流水作業(yè)線均配置了軌道式移動(dòng)鋼臺座,并配置由電機(jī)、液壓馬達(dá)組成的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。通過驅(qū)動(dòng)可將移動(dòng)鋼臺座從鋼筋綁扎區(qū)沿軌道線縱向移動(dòng)至張拉吊裝區(qū),有效銜接各個(gè)作業(yè)工序,形成流水化作業(yè)。同時(shí)在每兩條流水線側(cè)方布置了回程軌道,移動(dòng)鋼臺座通過安裝橫移設(shè)備,可以在往返軌道上實(shí)現(xiàn)切換,實(shí)現(xiàn)循環(huán)流水作業(yè)線。該預(yù)制梁廠所有T梁建設(shè)生產(chǎn)均在廠房內(nèi)進(jìn)行,可實(shí)現(xiàn)24 h全天候作業(yè),大大提高了建設(shè)生產(chǎn)效率,且通過工廠化流水線作業(yè)的方式,也可以加強(qiáng)對建設(shè)質(zhì)量的把控。

圖2 工廠化T梁預(yù)制流水線平面圖(m)

該預(yù)制梁廠工藝流程如圖3所示。

圖3 工廠化T梁預(yù)制工藝流程圖

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 鋼筋施工

在該預(yù)制T梁廠中鋼筋施工主要分布在加工作業(yè)區(qū)與綁扎作業(yè)區(qū),兩個(gè)作業(yè)區(qū)相鄰布置。鋼筋在加工作業(yè)區(qū)完成卸車、下梁、彎曲、套絲等作業(yè)之后,再移至綁扎作業(yè)區(qū)。其中,T梁翼板鋼筋及腹板鋼筋綁扎采用人工綁扎,待翼板與腹板成型后利用龍門架進(jìn)行合龍,形成T梁骨架;再將T梁骨架吊裝到移動(dòng)鋼臺座,通過軌道將T梁骨架運(yùn)輸?shù)胶夏仓^(qū),完成T梁的鋼筋作業(yè),進(jìn)入模板作業(yè)環(huán)節(jié)。

在進(jìn)行鋼筋綁扎時(shí),要依據(jù)設(shè)計(jì)要求預(yù)留35 mm的保護(hù)層,避免在混凝土澆筑后出現(xiàn)露筋的情況,按照先橫后縱的順序,依據(jù)設(shè)計(jì)位置將鋼筋入槽綁扎,鋼筋之間的交叉點(diǎn)需綁扎牢固。在放置預(yù)應(yīng)力波紋管時(shí),需依據(jù)施工圖紙要求對波紋管預(yù)留孔進(jìn)行準(zhǔn)確定位,波紋管方向偏差應(yīng)≤4 mm,并需對波紋管進(jìn)行仔細(xì)檢查,如發(fā)現(xiàn)裂紋等質(zhì)量問題應(yīng)及時(shí)更換。

2.3.2 模板施工

2.3.2.1 模板系統(tǒng)構(gòu)成

該預(yù)制T梁廠模板系統(tǒng)由模板、振搗及液壓系統(tǒng)構(gòu)成,其中模板包括由梁頂梳形板、側(cè)模、底模及端模四部分組成。為了方便合模及拆除,需確保模板具備充足的剛度與強(qiáng)度;振搗系統(tǒng)是在側(cè)模兩側(cè)部位安置附著式的振搗器,以減少混凝土澆筑時(shí)混凝土馬蹄及側(cè)面部位產(chǎn)生氣泡,同時(shí)搭配插入式振搗棒確保振搗均勻;液壓系統(tǒng)由油缸、油管、液壓泵組成,由兩側(cè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2.3.2.2 模板安裝與拆除

在模板安裝之前,要先對模板進(jìn)行除銹與打磨,并涂刷好脫模劑。通過移動(dòng)鋼臺沿軌道將T梁骨架運(yùn)輸至合模作業(yè)區(qū),并對保護(hù)層及肋板鋼筋的位置進(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行T梁骨架與側(cè)模合模時(shí),可利用驅(qū)動(dòng)油缸進(jìn)行精準(zhǔn)控制,確保對位準(zhǔn)確后完成整體合模。安裝模板拉桿時(shí),通過雙螺帽將模板緊密連接,利用3 mm密封條對模板銜接處進(jìn)行密封,避免在后續(xù)混凝土澆筑環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象。

在模板拆除環(huán)節(jié),需要嚴(yán)格控制拆模時(shí)間,確保達(dá)到合適的混凝土強(qiáng)度方可拆模,防止出現(xiàn)預(yù)制T梁外觀質(zhì)量缺陷。在拆模時(shí)應(yīng)先拆除錨固拉桿,再通過液壓系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)梁體和模板的脫離,嚴(yán)禁暴力拆模,防止梁體表面損傷。

2.3.3 混凝土施工

該工程預(yù)制T梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50,在進(jìn)行混凝土施工前,需從經(jīng)濟(jì)性、耐久性及設(shè)計(jì)強(qiáng)度等多方面進(jìn)行綜合考慮,完成對混凝土配合比的設(shè)計(jì),并對混凝土脫模、3 d及7 d等階段的彈性模量、強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)檢測,確保混凝土各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后,方可進(jìn)行混凝土施工。為保證混凝土澆筑時(shí)的和易性與坍落度,澆筑之前需對原材料進(jìn)行檢驗(yàn),并提供施工配合比,確保合格。

混凝土澆筑采用端部循序澆筑法,通過輸送泵將混凝土輸送入模,要保證澆筑作業(yè)的連續(xù)性,指揮布料機(jī)均勻布料。采用插入式和高頻附著式振搗器對混凝土充分振搗密實(shí),做到少氣泡、無蜂窩。在澆筑完成之后,表面需依據(jù)要求收漿,并采用人工收面,確保外觀光潔。

在混凝土澆筑完成靜停3 h后進(jìn)行養(yǎng)生環(huán)節(jié)。先進(jìn)行24 h蒸汽養(yǎng)生,蒸養(yǎng)是預(yù)制T梁后期徐變在可控范圍內(nèi)及縮短預(yù)制工期的關(guān)鍵,在進(jìn)入蒸養(yǎng)棚后以10℃/h的升溫速度蒸養(yǎng)8 h,恒溫65 ℃蒸養(yǎng)6 h,蒸養(yǎng)完成后,以15 ℃的降溫速度降溫6 h,當(dāng)外界與蒸養(yǎng)棚溫度差<15℃時(shí),將梁體移出。在蒸汽養(yǎng)生環(huán)節(jié),需對蒸汽棚的溫濕度進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測,把握其溫濕度變化情況,防止由于蒸汽養(yǎng)生產(chǎn)生溫差裂縫。在蒸汽養(yǎng)生完成后移入張拉區(qū)進(jìn)行初張拉,完成后吊運(yùn)到噴淋養(yǎng)生區(qū)進(jìn)行日常養(yǎng)生,7 d后進(jìn)行終張拉。

2.3.4 預(yù)應(yīng)力施工

2.3.4.1 預(yù)應(yīng)力張拉

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力初張拉之前,要對T梁的彈性模量與強(qiáng)度進(jìn)行檢測,需達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%以上方可進(jìn)行,同時(shí)需要對T梁進(jìn)行檢查,避免存在影響梁體承載力的缺陷。當(dāng)相關(guān)指標(biāo)滿足要求后,即可開始預(yù)應(yīng)力初張拉。將預(yù)應(yīng)力鋼束穿入錨環(huán),在夾片孔中插入夾片,將夾片打入錨環(huán)。在自然狀態(tài)下將預(yù)應(yīng)力鋼束穿上限位板,把過渡套擺正,便于千斤頂?shù)氖┕ぐ惭b。在進(jìn)行張拉時(shí),將2臺YDC-3 000型千斤頂放在T梁兩端進(jìn)行對稱張拉,鋼束的初張拉力通過初張預(yù)應(yīng)力油表讀數(shù)及鋼絞線伸長量進(jìn)行控制,在張拉現(xiàn)場要將預(yù)應(yīng)力鋼束伸長量值理論計(jì)算值和現(xiàn)場實(shí)際值控制在±6%內(nèi)。在初張拉完成之后,對外露的預(yù)應(yīng)力鋼束端頭與錨具進(jìn)行保護(hù),避免銹蝕。

在進(jìn)行終張拉之前,需對混凝土彈性模量與強(qiáng)度進(jìn)行再次檢測,確保達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%。終張拉和初張拉的操作步驟與應(yīng)力值控制相同,當(dāng)鋼束張拉至拉張控制力后,緩慢卸荷,觀測回縮量。在終張拉完成之后,將多余的鋼絞線去除,進(jìn)行壓漿與封錨。

2.3.4.2 管道壓漿與封錨

在進(jìn)行壓漿之前,需對漿料強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢測,確保合格。該工程預(yù)制T梁采用真空灌漿工藝,并在同等養(yǎng)護(hù)條件下澆筑試塊,以方便追蹤漿料強(qiáng)度。在進(jìn)行管道壓漿時(shí),要注意現(xiàn)場溫度≥5 ℃,并且在壓漿完成之后需在2 d內(nèi)保持梁體溫度>5℃。壓漿時(shí)要嚴(yán)格按照漿料配合比施工,漿料應(yīng)均勻緩慢攪拌3～5 min左右,漿料內(nèi)不得含有水泥團(tuán)塊,管道壓漿需一次性連續(xù)壓漿直到完成,漿料從完成攪拌到壓入管道的時(shí)間應(yīng)≥40 min,在壓漿完成之后,終凝時(shí)間應(yīng)≤12 h。檢查合格后,及時(shí)進(jìn)行封錨。

封錨之前要對錨墊板和錨圈的接縫處采取防水處理,為避免發(fā)生蜂窩麻面,要搗固密實(shí)封錨混凝土。在完成封錨后,需覆蓋塑料膜灑水養(yǎng)生。

2.3.5 轉(zhuǎn)運(yùn)施工

2.3.5.1 T梁移動(dòng)

將T梁移動(dòng)于各個(gè)作業(yè)區(qū)時(shí),采用軌道式移動(dòng)鋼臺座,通過電機(jī)與液壓馬達(dá)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)裝置沿軌道縱向銜接各個(gè)作業(yè)區(qū)。在T梁移動(dòng)前需檢查滑移軌道是否有顆粒雜物,滑移軌道需保持平整,以避免移動(dòng)過程中發(fā)生T梁傾覆的情況。在利用軌道式鋼臺座進(jìn)行T梁移動(dòng)時(shí),要嚴(yán)格控制滑移軌道的高差,如在T梁移動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn)軌道高差,要依據(jù)不同軌道高差下對應(yīng)的T梁混凝土最小抗壓強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)控。

2.3.5.2 T梁吊運(yùn)

本工程預(yù)制梁廠T梁吊運(yùn)采用輪軌式龍門架。在預(yù)制T梁吊運(yùn)之前,需認(rèn)真檢查鋼絲繩、起吊裝置、制動(dòng)裝置及不同梁型的最小混凝土強(qiáng)度值。通過鋼絲繩套箍吊裝,吊點(diǎn)離T梁梁段800 mm,T梁自重主要通過4塊300 m×50 m的鋼板承擔(dān),在梁板底板和鋼絲繩接觸位置墊設(shè)300 m長的護(hù)角鋼板,在翼板和鋼絲繩接觸位置墊設(shè)100 mm×10 mm方木。吊運(yùn)時(shí)需按照設(shè)計(jì)吊點(diǎn)起吊,并對兩臺龍門吊進(jìn)行同步控制,起吊至規(guī)定高度,以設(shè)計(jì)動(dòng)力系數(shù)1.1的速度將T梁從張拉區(qū)吊運(yùn)至存梁區(qū)。在T梁吊運(yùn)時(shí)兩端吊點(diǎn)需位于同一平面,防止梁體發(fā)生傾斜。吊運(yùn)過程中嚴(yán)禁行人在起吊T梁下穿越。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)的T梁制作方法相比,工廠化預(yù)制技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。A高速公路預(yù)制T梁項(xiàng)目中,通過工廠化預(yù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了流水線作業(yè),不僅可以有效提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)工期縮短,還可以為T梁預(yù)制過程中的質(zhì)量及安全提供保障。工廠化預(yù)制技術(shù)各項(xiàng)工序需嚴(yán)格依據(jù)施工要求進(jìn)行,在T梁工廠化預(yù)制中鋼筋施工、模板施工、混凝土施工、預(yù)應(yīng)力施工及轉(zhuǎn)運(yùn)施工作為其中的關(guān)鍵技術(shù),需嚴(yán)格把控,一旦操作不當(dāng),較易發(fā)生整片T梁報(bào)廢的情況,使得預(yù)制T梁的生產(chǎn)成本增加。因此需嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力混凝土T梁工廠化預(yù)制的關(guān)鍵技術(shù)施工,進(jìn)而充分發(fā)揮出工廠化預(yù)制的各種有利效應(yīng)。