預制箱梁混凝土的性能要求及質量控制

文／于文瀚 中鐵十一局集團橋梁有限公司 江西鷹潭 335000

引言：

在大型橋梁建設中，預制箱梁技術的應用頻率越來越高，這一技術可以提高橋梁的性能，延長橋梁的使用周期，減少維護成本。在預制箱梁技術中，混凝土性能可以保證操作更加簡單、方便，有效提高生產效率，縮短施工周期。由于預制箱梁的體積比較大，在進行施工時需要高度重視質量控制，避免出現(xiàn)質量問題。

1.預制箱梁概述

1.1 制作工藝流程

在預制梁場內，清理預制箱梁臺座并均勻涂刷脫模劑，在預制箱梁臺座上綁扎箱梁底腹板鋼筋，將圓形波紋管準確定位安裝在底腹板鋼筋骨架內，按照預制箱梁尺寸，準確安裝外側模板，螺旋筋、錨墊板、通氣孔及端頭模板，并綁扎錨下鋼筋內膜打磨完畢并均勻涂刷脫模劑，采用龍門吊吊裝并準確安裝內膜，綁扎頂板鋼筋、準確定位安裝負彎矩張拉預留槽，負彎矩扁波紋管及頂板預埋鋼筋，用罐車、布料機澆筑C50 箱梁混凝土并預留同養(yǎng)試件和標養(yǎng)試件，待澆筑完畢后及時覆蓋，直到預制箱梁其混凝土強度高于拆模強度后依次拆除內、外模并用鑿毛機鑿毛翼板及端頭混凝土，并噴淋養(yǎng)生至規(guī)定齡期，當混凝土強度達到100%且不少于10 天，箱梁終張拉作業(yè)才可以進行，終張拉作業(yè)完畢后，要求48h 內完成壓漿作業(yè)，即完成了預制箱梁的制作。

1.2 受力特性

對箱梁鋼筋進行預應力張拉處理，預應力的張拉即在鋼筋混凝土構件的預留孔洞中插入鋼筋，并提前對鋼筋施加張拉力，鋼筋在收縮過程中，由于箱梁結構在用途中主要作為受拉構件以承受彎矩作用，列車行駛過橋梁時，箱梁的受力特性為上部受壓、下部受拉。因此，針對此受力特性，為增長箱梁的使用壽命以及抗彎作用，須在澆筑混凝土前對箱梁內部鋼筋做張拉處理。因在張拉作用完成后鋼筋呈現(xiàn)向內部收縮的趨勢，在澆筑完成后，由于鋼筋的收縮效應，鋼筋混凝土構件具有一個垂直于縱斷面的變形趨勢。因此，在之后承受彎矩作用時，可提高構件的最大承彎上限。

2.預制箱梁混凝土性能要求

2.1 混凝土的配比控制

為更好地發(fā)揮出預制箱梁的作用，就要合理應用混凝土，從配比入手，確保配比符合要求全面提高混凝土的質量。在進行混凝土配置時所采取的主要試驗方法是正交試驗，這一試驗會根據原材料的自身性質做出多個配合比，根據篩選的指標對各種配合比進行分析，最終選出最佳配比。確定配比后，還要進行一系列檢驗項目，確定這一配比是否可以滿足混凝土性能要求。由于混凝土中的原材料比較多，在進行混凝土拌和時，要保證原材料的氯離子總質量不要超過膠凝材料總量的0.06%。由于高性能混凝土的流動性能良好，需高度重視起體積收縮等特性，對混凝土配比進行進一步優(yōu)化，避免混凝土不斷收縮，縮小混凝土的徐變終極數值。要根據有關規(guī)定和標準對混凝土的配比進行合理調整和優(yōu)化，最終才能選擇合適的配比。首先，要對水泥熟料中的各種組成成分進行審核和比對，確定其是否符合要求。通常要選定水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑等原料，還要明確水膠比、膠凝材料的使用量。對混凝土中每一種原材料的使用量進行縝密的計算，并對單方混凝土的總堿含量、氯離子含量、三氧化硫含量進行核算，確定其是否滿足要求。對混凝土的配比進行調整時，要根據坍落度、含氣量和泌水率的要求確定配比，并以此作為基準。對基準配比的水膠比進行調整，還要改變膠凝材料、礦物摻合料、外加劑的使用量，及時調整砂率參數，最終調制出符合要求的若干配比。結合配比要求，制定出具有良好力學性能和抗裂性能的試件，加大養(yǎng)護力度，并進行試驗。進行耐久性試驗時，要選擇出綜合性能良好、抗壓強度符合要求的若干個配比，可分組進行試驗，根據不同試驗結果，篩選出最佳配比。

2.2 混凝土原材料的質量控制

要加強對預制箱梁混凝土的質量控制，確保其原材料符合施工要求。對原材料的生產場地進行仔細考察，并對其進行嚴格的監(jiān)測，確保原材料有質量合格證和檢驗報告。

2.2.1 水泥

預制箱梁所使用的水泥質量必須要有保證。要確保水泥性能穩(wěn)定，強度等級不能少于42.5，以低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽材質的水泥為主，同時要控制好水泥中混合材種類。要對結合相關標準，對水泥進行嚴格的抽樣檢查，檢驗項目主要由強度、比表面積、安定性和凝結時間。

2.2.2 粉煤灰

粉煤灰可以提高混凝土拌合物的性能，使其具備良好的和易性，降低泌水率，避免出現(xiàn)離析。在預制箱梁技術中，需要采用I 級粉煤灰作為混凝土的材料。要加強對粉煤灰的抽樣檢測，隨機選取10kg 以上的粉煤灰作為樣品，對其細度、燒失量、需水量比、游離氧化鈣、活性指數等指標進行仔細檢驗，同時可以結合經驗，對粉煤灰的玻璃微珠、色差、銨鹽含量進行觀測。

2.2.3 磨細礦渣粉

礦粉可以保證混凝土的水化熱得到進一步降低，這樣就可以避免混凝土在最初產生裂縫。礦粉能夠提高混凝土的密實性和抗?jié)B功能，因此，要加強對礦粉的檢驗，確保其沒有問題后，方可投入使用。

預制箱梁生產過程中雙摻粉煤灰與礦粉, 通過調節(jié)兩者之間的摻配比例，充分利用粉煤灰和礦粉之間良好的技術耦合性，發(fā)揮兩者之間的綜合功能，從而對混凝土工作性有顯著改善。

2.2.4 細骨料

細骨料的細度模數應保持在2.6 ～3.2，應用級配為Ⅱ區(qū)的中砂。對細骨料進行檢驗時，要保證項目全面，采取抽樣調查的方式，嚴格按照檢驗項目進行檢測。如果發(fā)現(xiàn)檢驗結果中的某項指標不符合要求，就要重新取樣進行二次檢測，如果依然不符合要求，就不能投入使用。

2.2.5 粗骨料

選擇粗骨料時，一般要保證其粒級在5～20mm 之間。要加強對粗骨料的檢測，嚴格按照相關標準和要求確保粗骨料得到全面檢驗，要對其壓碎指標值、含泥量、泥塊含量、顆粒級配等指標進行檢驗。

2.2.6 外加劑

外加劑的作用是豐富混凝土的功能，通常以聚羧酸系高效減水劑為主。對聚羧酸系高效減水劑進行檢測時，需要結合《混凝土外加劑》的要求和規(guī)定，在保證檢測項目全面的同時，還要出具生產商的質量證明書。對外加劑進行檢測時，需要考慮到外加劑與其他材料相結合的適應效果，根據檢測結果及時調整摻和量。

2.3 預制箱梁混凝土的灌注

確定混凝土的各項原材料符合要求后，就要開展混凝土拌合工作。正式拌合之前，要結合粗骨料和細骨料實驗結果，了解其含水量，下達配比通知單，相關人員要結合通知單的要求進行攪拌。攪拌所采用的工具是強制式攪拌機，要由專人負責投放外加劑，確定其摻量符合要求。進行混凝土灌注時，通常會采用兩臺布料機進行操作，順序是從兩端和兩側同時向中間推進，逐漸灌注。要利用插入式振動棒，采用側振作為灌注的輔助手段。側振時，要將短振和勤振相結合；振搗棒以垂直點振的方式進行振搗。要采取分層澆筑和振搗的方式，保證每層混凝土的澆筑厚度不要大于30cm。要保證底部和腹板的混凝土得到順利灌注，再關閉內膜頂板，留出灌注口，再對頂板進行混凝土灌注操作。為保證表面平整，可采用整平機配合人工進行操作。當頂板混凝土灌注工作完成后，還要進行收面處理，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.4 對混凝土的養(yǎng)護與施工管理

對混凝土進行養(yǎng)護時，需要保證溫度和濕度適宜，這樣才能合理控制混凝土的內部與外部溫度差值，提高混凝土的強度，避免產生裂縫。要考慮到水化熱所帶來的不利影響，加大養(yǎng)護力度，嚴格控制產生裂縫的可能性。養(yǎng)護工作至關重要，需在梁體頂板混凝土澆筑完畢初凝后，對頂板進行蓄水養(yǎng)護，避免混凝土表面水分散失，形成早期裂紋。如果溫度比較高，對混凝土的養(yǎng)護工作更需要高度重視。對梁體進行養(yǎng)護時，要由專人負責自動噴淋養(yǎng)護，對混凝土芯部溫度、表面溫度、環(huán)境溫度進行定期測定，還要了解風速和環(huán)境濕度等參數，并根據其變化調整養(yǎng)護手段，用水時要保證水的溫度與要求相符，避免水的溫度與混凝土的表面溫度差距過大。確保混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差不會超過15℃。需確保梁體混凝土強度達到規(guī)定強度時（不小于梁體設計強度的60%加3.5 兆帕），方可進行拆模處理。在進行拆模時，要嚴格遵循拆模的步驟，先拆端模后拆內膜，等初張拉結束后整體提梁、移梁，梁體離開底模。拆模工作完成后，要及時對梁體混凝土進行底板浸水養(yǎng)護、腹板和內腔自動噴淋養(yǎng)護，頂板蓄水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不能少于14 天。要加大施工管理力度，保證混凝土的各項工作能夠有專人負責，加強監(jiān)督，全面提高混凝土的質量。同時還要加大對施工人員的培訓力度，使其能夠掌握施工重點，嚴格按照要求進行操作。要加強對混凝土的質量檢查，對其施工中涉及到的諸多參數進行檢查，還要對混凝土的強度、外觀、結構等參數進行檢查。確保原材料質量符合施工要求，要對材料進行嚴格的檢驗，需結合相應的技術規(guī)范做好取樣工作，再進行檢查。

3.預制箱梁質量控制

3.1 模板施工質量控制

箱梁模板的幾何尺寸、結構形式、材料選擇均應嚴格按照模板設計圖紙進行，首先應確保模板具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。根據本項目工程現(xiàn)狀以及業(yè)主要求，預制梁側模采用厚度為6mm 的復合鋼板。模板進場后需對模板進行驗收，驗收合格后才可使用。底部模板在設計初期時應當考慮地基承載力與張拉鋼筋所帶來的預應力及荷載作用，確保底模周圍的排水通暢。制作鋼模時截面規(guī)格公差和模具尺寸公差應得到嚴格的控制，對連接模具尺寸的精度要求也應同時滿足：連接順暢，模面大小均勻，轉角過渡圓滑，連接孔位置正確。

在鋼模的制造過程完工之后，需要再進行一個整體的試模拼合階段，待工程監(jiān)理方的檢驗工作合格后，才可以啟用。側壓模壓成型完畢后，應按規(guī)定逐節(jié)順序依次進行編號，平整后存放，以有效避免模具在里壓或自重應力作用下變形。端模孔須能根據鋼筋設計要求預設的水平通徑長或鋼筋直徑通過孔，孔洞直徑宜稍大超過鋼筋孔徑。

3.2 模板安裝質量控制

模板在預制梁澆筑施工前，必須用磨光機打磨光滑并均勻涂抹脫模劑（脫模劑優(yōu)先選用水性材料），重點控制模板接縫處的平整度；模板在安裝時，應注意通過調整對拉桿等措施保證安裝牢固，及時對預留孔洞采用強力膠皮或填縫劑止?jié){，對拼接縫采用厚度不小于2mm 的膠條牢固粘貼等，避免澆筑過程出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象；模板在拼裝好后，需仔細檢查模板側面和模板釘扣，觀察接縫有無錯臺，同時注意混凝土的保護層厚度是否滿足要求。

3.3 鋼筋材料質量控制

在鋼筋施工之前，質量控制人員首先對鋼筋材料的質量和性能進行嚴格檢測，確保鋼筋材料的各項參數指標滿足規(guī)范要求和設計標準，鋼筋材料進場時，對鋼筋材料的合格證書進行檢查，鋼筋材料進場之后要及時進行抽樣檢測，各項參數指標都檢測無誤以后方可投入施工。存放鋼筋材料時，按照鋼筋的等級、鋼種、生產商、牌號進行分類存放，并且存放過程中要保證鋼筋材料高出地面50cm以上，同時采用塑料布或者篷布進行覆蓋，防止鋼筋材料出現(xiàn)銹蝕等問題。

3.4 底板和腹板施工質量控制

本工程中，鋼筋在固定的加工地點進行下料，之后運送到施工現(xiàn)場，在鋼筋綁扎施工過程中，質量控制人員嚴格檢查，鋼筋的尺寸、間距、接頭，確保滿足規(guī)范要求及設計標準。I 級鋼筋必須調直，施工中使用調直機或者冷拉的方式進行調直，II 級鋼筋的接頭采用焊接方式，保證焊接質量，確保焊接牢靠。此外質量控制人員嚴格管理底板鋼筋的接頭數量，在相同截面上，鋼筋接頭的數目不能大于截面鋼筋數量的30%，焊接時將接頭部位彎曲，保證接頭兩側的鋼筋處于相同中軸線。

3.5 縱向鋼束波紋管入模定位控制

根據相關規(guī)范要求，同時考慮到設計要求，對管道坐標進行仔細檢查，之后檢查上層管道與下層管道之間的間距，再檢查同排管道之間的間距，檢測管道的加固情況以及支撐情況，確保各項檢查結果都滿足要求，如果存在不符合要求的情況，要及時采取處理措施。采用鋼筋定位架對鋼束實施定位，直線范圍內的定位架間距控制在1m，曲線范圍內的定位架間距控制在50cm，鋼束定位架制作完成以后，與頂板鋼筋、腹板鋼筋以及底板鋼筋進行焊接，保證焊接牢靠。施工過程中要嚴格檢查波紋管的質量和外觀，并且要做好密封性試驗，質量存在缺陷的波紋管嚴禁投入施工。定位筋的數量要滿足相關規(guī)范和設計要求，施工過程中防止定位筋出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，避免波紋管被電火花灼傷。

3.6 混凝土澆筑質量控制

在開展預制箱梁的施工時，混凝土起到加強結構穩(wěn)定性，增大橋梁承載能力的作用，所以混凝土的澆筑施工尤為關鍵。正式開展?jié)仓鳂I(yè)前，要求施工人員做好混凝土材料質量檢查工作，對混凝土的各項參數指標實行精準審查。且參照箱梁的實際結構，合理規(guī)劃澆筑順序，以免出現(xiàn)偏斜的情況。

同樣值得注意的環(huán)節(jié)還有振搗作業(yè)，工作人員需按照工程規(guī)范合理施工，以免出現(xiàn)混凝土裂縫，引發(fā)整體結構失穩(wěn)。再者，在澆筑階段，工程人員還需做好平整度的管理。待澆筑作業(yè)結束后，施工人員要做好養(yǎng)護工作。具體養(yǎng)護措施有：在混凝土表面實行灑水處理，或者覆蓋一層保護膜，防止混凝土表面過多與外界空氣接觸。

在混凝土施工前，需對混凝土材料、混凝土性能進行檢測，確保混凝土材料具備合格證書及相應的復檢報告;確保混凝土試塊的坍落度、強度（指標樣28d 齡期的抗壓強度）等參數符合工程要求。對于梁結構，監(jiān)理人員根據施工單位取樣數的10%，開展平行檢驗。在混凝土施工中，需對混凝土澆筑、振搗過程進行質量監(jiān)督，確保澆筑與振搗的速度、時間、方向等要素符合規(guī)范要求，檢測后澆帶的設置是否與施工圖紙一致。

3.7 鋼筋加工質量控制

鋼筋的搭接長度、焊接質量必須滿足施工技術規(guī)范的規(guī)定，搭接長度為45d，鋼筋的焊接一般采用電弧焊和二氧化碳保護焊，焊縫的長度雙面焊為5d，單面焊為10d，焊接時要嚴格按照規(guī)范進行，同時保證焊縫長度要達到要求。焊接的過程中注意控制好電焊機的電流強度，防止電流強度過大燒傷鋼筋。注意鋼筋焊縫的飽滿度，一般焊縫是否飽滿以焊縫是否焊平鋼筋的頂面為準。鋼筋焊接完成后，需將焊渣清理干凈。

3.8 預應力張拉質量控制

預制箱梁施工作業(yè)中，同樣重要的環(huán)節(jié)還有預應力張拉的質量控制，該環(huán)節(jié)對后續(xù)施工的順利開展起到決定性作用。在開展該項施工中，施工人員需利用適當的張拉機具完成作業(yè)，這里提到的張拉機具要同張拉材料、張拉錨具、鋼筋材料相符合。另外，在張拉力度的掌握方面，要求施工人員結合工程實際，做出精準掌控。一旦張拉力度過大，超過張拉材料所能承受的最大應力，則此時張拉材料將出現(xiàn)表面斷裂問題，而若張拉力度過小，則不能發(fā)揮預應力應有的作用，同樣不利于維持橋梁結構的穩(wěn)定性。

目前，預應力張拉完成后，普遍采用真空輔助壓漿技術，預應力筋主要依靠成孔材料和包裹在預應力筋外面的漿體這兩層屏障進行防護。漿體除了具有保護預應力筋的作用外，還會對后張預應力砼梁的整體強度產生重要的影響。如果壓漿不飽滿，不僅會使梁的整體強度有較大的降低，會導致裂縫提早出現(xiàn)，而且會導致預應力筋由于得不到包裹而失去保護作用，極易產生腐蝕，直接威脅到預應力砼結構和構件的安全性和耐久性。因此施工人員應加強對真空壓漿技術的掌握，及對正確操作的重要性的認識。

3.9 預應力管道壓漿及封錨質量控制

預應力管道在壓漿前必須清除內部的雜物及積水，認真檢查閥門是否阻塞。采用真空過濾成組作業(yè)時，空氣安全應符合相關技術規(guī)范的規(guī)定。管道的最高位置應為排氣孔，只有在污泥被淹沒后，才可關閉排氣口和排水口。水泥漿壓力保持不小于0.5MPa 的穩(wěn)壓期，該穩(wěn)壓期的保持時間宜為3min ～5min，后關閉進漿口閥門，使水泥漿在有壓狀態(tài)下凝結，以保證壓漿密實。分組必須在設計要求的時間內進行，同一管道的連接必須同時連續(xù)停止，以避免管道與泥漿泄漏。

結語：

在橋梁工程的施工過程中，預制箱梁施工是一項十分關鍵的部分，影響預制箱梁施工質量的因素較為復雜，原材料質量因素、施工技術因素等，都對預制箱梁的施工質量具有一定影響，因此在實際施工過程中，一定要嚴格把控每個環(huán)節(jié)，避免出現(xiàn)疏漏，全面確保預制箱梁的質量和性能，這樣才能為整個橋梁的性能提供保障。