高速公路預應力混凝土T梁工廠化預制技術研究

譚東航

(河池市金城江區公路事業發展中心,廣西 河池 547099)

0 引言

預應力混凝土T梁是高速公路橋梁工程中的重要構件,傳統的T梁制作方式需要現場澆筑混凝土,過程復雜,不僅工期長且質量難以保證,同時也會產生噪音、揚塵等環境污染問題。隨著現代化工業技術和設備的不斷提高和發展,為預應力混凝土T梁工廠化預制技術的實現提供了條件,采用工廠化預制技術可以有效地提高生產效率和降低成本,同時也能夠保證制品質量,提高施工效率,推進高速公路橋梁的建設。因此,T梁工廠化預制技術的研究和應用成為當前高速公路橋梁領域的熱點問題,加強對T梁工廠化預制技術的研究,明確其施工工藝流程與關鍵技術,有助于進一步推動T梁工廠化預制技術在高速公路橋梁中的應用,為早日全面實現T梁工廠化預制提供技術支持。

1 技術優勢

傳統的高速公路預應力混凝土T梁制作工藝是現場澆筑,需要在現場進行鋼筋加工、制模、混凝土澆筑和養護等多個工序[1]。這種制作方式存在著生產周期長、質量難以保證、現場環境影響大等缺點。相比之下,工廠化預制技術采用了先進的生產工藝和設備,通過對生產線進行高度集成化和自動化控制,實現了預應力混凝土T梁的快速、高效生產。與傳統高速公路T梁制作工藝相比,工廠化預制技術具有以下優勢:

(1)提高施工質量。高速公路預應力混凝土T梁工廠化預制技術采用工廠化流水線生產方式,標準化程度高,可以更好地控制T梁質量。工廠化生產過程中使用的儀器、設備均經過嚴格檢驗,確保每個T梁的制作精度和質量穩定[2]。而傳統T梁制作則由于場地、設備的不確定性和制作工藝的不一致性,導致T梁施工質量無法得到保障。

(2)縮短施工周期。T梁工廠化預制技術在生產過程中充分利用了現代化工廠的生產模式和先進的流水線設備,極大地提高了生產效率。將建筑材料進行標準化加工和組裝,避免現場操作誤差,縮短了施工周期,降低了人力成本和施工現場的管理難度。

(3)強化施工安全性。傳統T梁施工中,受作業場地及機械設備的制約,各工序作業區重疊,需依靠人工進行操作,容易造成安全隱患[3]。而T梁工廠化預制技術則對T梁各個工序的作業區域進行了劃分,同時提供大型機械、流水線設備的助力,減少施工現場的人員操作,大大降低工程安全事故的發生概率,強化施工的安全性。

(4)保護周邊環境。傳統T梁施工中建筑垃圾對周邊環境的污染較大,需進行專業環境污染處理。而采用T梁工廠化預制技術由于采用標準化的生產方式,可以減少現場材料的消耗,大大減少廢棄物的產生,同時對相關污染源進行有效控制與集約化處理,是建設綠色、環保型社會的一種先進的施工生產方式。

2 實例應用

2.1 工程概況

A高速公路大橋設計時速為120 km/h。該橋引橋上部結構均采用預應力混凝土簡支T梁,共需1 700片預制T梁(其中40 m預制T梁1 430片,35 m預制T梁170片)。該項目工廠化預制梁廠占地約0.048 km2,配置有兩個專業施工隊,其中施工設備包括20 t龍門吊6臺、100 t龍門吊6臺、可移動臺座軌道車20個,T梁鋼筋綁扎胎架8套、智能蒸養室8套、液壓模板8套。40 m預制T梁半立面如下頁圖1所示。

圖1 40 m預制T梁半立面圖(cm)

2.2 工藝及流程

傳統預制混凝土T梁通常以固定的臺座為核心作業區,在T梁預制過程中的鋼筋綁扎、模板架設、混凝土澆筑等一系列工藝均是圍繞固定臺座上的T梁實體在有限的空間進行建設生產。而且傳統預制T梁工藝由于作業區密集,在實際建設施工中工序易受到干擾,模板需經常拆卸移動,施工效率低下,容易對T梁質量造成影響[4]。

A高速公路大橋預制梁廠已實現工廠化的預制流水線作業,每條流水線設置有鋼筋綁扎區、臺座橫移區、合模澆筑區、養生區、張拉區及存梁區。流水線平面圖如圖2所示。每條流水作業線均配置了軌道式移動鋼臺座,并配置由電機、液壓馬達組成的驅動設備。通過驅動可將移動鋼臺座從鋼筋綁扎區沿軌道線縱向移動至張拉吊裝區,有效銜接各個作業工序,形成流水化作業。同時在每兩條流水線側方布置了回程軌道,移動鋼臺座通過安裝橫移設備,可以在往返軌道上實現切換,實現循環流水作業線。該預制梁廠所有T梁建設生產均在廠房內進行,可實現24 h全天候作業,大大提高了建設生產效率,且通過工廠化流水線作業的方式,也可以加強對建設質量的把控。

圖2 工廠化T梁預制流水線平面圖(m)

該預制梁廠工藝流程如圖3所示。

圖3 工廠化T梁預制工藝流程圖

2.3 關鍵技術

2.3.1 鋼筋施工

在該預制T梁廠中鋼筋施工主要分布在加工作業區與綁扎作業區,兩個作業區相鄰布置。鋼筋在加工作業區完成卸車、下梁、彎曲、套絲等作業之后,再移至綁扎作業區。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行合龍,形成T梁骨架;再將T梁骨架吊裝到移動鋼臺座,通過軌道將T梁骨架運輸到合模澆筑區,完成T梁的鋼筋作業,進入模板作業環節。

在進行鋼筋綁扎時,要依據設計要求預留35 mm的保護層,避免在混凝土澆筑后出現露筋的情況,按照先橫后縱的順序,依據設計位置將鋼筋入槽綁扎,鋼筋之間的交叉點需綁扎牢固。在放置預應力波紋管時,需依據施工圖紙要求對波紋管預留孔進行準確定位,波紋管方向偏差應≤4 mm,并需對波紋管進行仔細檢查,如發現裂紋等質量問題應及時更換。

2.3.2 模板施工

2.3.2.1 模板系統構成

該預制T梁廠模板系統由模板、振搗及液壓系統構成,其中模板包括由梁頂梳形板、側模、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度;振搗系統是在側模兩側部位安置附著式的振搗器,以減少混凝土澆筑時混凝土馬蹄及側面部位產生氣泡,同時搭配插入式振搗棒確保振搗均勻;液壓系統由油缸、油管、液壓泵組成,由兩側液壓系統進行控制。

2.3.2.2 模板安裝與拆除

在模板安裝之前,要先對模板進行除銹與打磨,并涂刷好脫模劑。通過移動鋼臺沿軌道將T梁骨架運輸至合模作業區,并對保護層及肋板鋼筋的位置進行調整。在進行T梁骨架與側模合模時,可利用驅動油缸進行精準控制,確保對位準確后完成整體合模。安裝模板拉桿時,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行密封,避免在后續混凝土澆筑環節出現漏漿的現象。

在模板拆除環節,需要嚴格控制拆模時間,確保達到合適的混凝土強度方可拆模,防止出現預制T梁外觀質量缺陷。在拆模時應先拆除錨固拉桿,再通過液壓系統的控制實現梁體和模板的脫離,嚴禁暴力拆模,防止梁體表面損傷。

2.3.3 混凝土施工

該工程預制T梁混凝土設計強度為C50,在進行混凝土施工前,需從經濟性、耐久性及設計強度等多方面進行綜合考慮,完成對混凝土配合比的設計,并對混凝土脫模、3 d及7 d等階段的彈性模量、強度進行試驗檢測,確保混凝土各項指標滿足設計要求后,方可進行混凝土施工。為保證混凝土澆筑時的和易性與坍落度,澆筑之前需對原材料進行檢驗,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,要保證澆筑作業的連續性,指揮布料機均勻布料。采用插入式和高頻附著式振搗器對混凝土充分振搗密實,做到少氣泡、無蜂窩。在澆筑完成之后,表面需依據要求收漿,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后進行養生環節。先進行24 h蒸汽養生,蒸養是預制T梁后期徐變在可控范圍內及縮短預制工期的關鍵,在進入蒸養棚后以10℃/h的升溫速度蒸養8 h,恒溫65 ℃蒸養6 h,蒸養完成后,以15 ℃的降溫速度降溫6 h,當外界與蒸養棚溫度差<15℃時,將梁體移出。在蒸汽養生環節,需對蒸汽棚的溫濕度進行定時監測,把握其溫濕度變化情況,防止由于蒸汽養生產生溫差裂縫。在蒸汽養生完成后移入張拉區進行初張拉,完成后吊運到噴淋養生區進行日常養生,7 d后進行終張拉。

2.3.4 預應力施工

2.3.4.1 預應力張拉

在進行預應力初張拉之前,要對T梁的彈性模量與強度進行檢測,需達到設計值的80%以上方可進行,同時需要對T梁進行檢查,避免存在影響梁體承載力的缺陷。當相關指標滿足要求后,即可開始預應力初張拉。將預應力鋼束穿入錨環,在夾片孔中插入夾片,將夾片打入錨環。在自然狀態下將預應力鋼束穿上限位板,把過渡套擺正,便于千斤頂的施工安裝。在進行張拉時,將2臺YDC-3 000型千斤頂放在T梁兩端進行對稱張拉,鋼束的初張拉力通過初張預應力油表讀數及鋼絞線伸長量進行控制,在張拉現場要將預應力鋼束伸長量值理論計算值和現場實際值控制在±6%內。在初張拉完成之后,對外露的預應力鋼束端頭與錨具進行保護,避免銹蝕。

在進行終張拉之前,需對混凝土彈性模量與強度進行再次檢測,確保達到設計值的100%。終張拉和初張拉的操作步驟與應力值控制相同,當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,進行壓漿與封錨。

2.3.4.2 管道壓漿與封錨

在進行壓漿之前,需對漿料強度等指標進行檢測,確保合格。該工程預制T梁采用真空灌漿工藝,并在同等養護條件下澆筑試塊,以方便追蹤漿料強度。在進行管道壓漿時,要注意現場溫度≥5 ℃,并且在壓漿完成之后需在2 d內保持梁體溫度>5℃。壓漿時要嚴格按照漿料配合比施工,漿料應均勻緩慢攪拌3～5 min左右,漿料內不得含有水泥團塊,管道壓漿需一次性連續壓漿直到完成,漿料從完成攪拌到壓入管道的時間應≥40 min,在壓漿完成之后,終凝時間應≤12 h。檢查合格后,及時進行封錨。

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

2.3.5 轉運施工

2.3.5.1 T梁移動

將T梁移動于各個作業區時,采用軌道式移動鋼臺座,通過電機與液壓馬達構成的驅動裝置沿軌道縱向銜接各個作業區。在T梁移動前需檢查滑移軌道是否有顆粒雜物,滑移軌道需保持平整,以避免移動過程中發生T梁傾覆的情況。在利用軌道式鋼臺座進行T梁移動時,要嚴格控制滑移軌道的高差,如在T梁移動過程中發現軌道高差,要依據不同軌道高差下對應的T梁混凝土最小抗壓強度進行調控。

2.3.5.2 T梁吊運

本工程預制梁廠T梁吊運采用輪軌式龍門架。在預制T梁吊運之前,需認真檢查鋼絲繩、起吊裝置、制動裝置及不同梁型的最小混凝土強度值。通過鋼絲繩套箍吊裝,吊點離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,在梁板底板和鋼絲繩接觸位置墊設300 m長的護角鋼板,在翼板和鋼絲繩接觸位置墊設100 mm×10 mm方木。吊運時需按照設計吊點起吊,并對兩臺龍門吊進行同步控制,起吊至規定高度,以設計動力系數1.1的速度將T梁從張拉區吊運至存梁區。在T梁吊運時兩端吊點需位于同一平面,防止梁體發生傾斜。吊運過程中嚴禁行人在起吊T梁下穿越。

3 結語

與傳統的T梁制作方法相比,工廠化預制技術具有明顯優勢。A高速公路預制T梁項目中,通過工廠化預制技術實現了流水線作業,不僅可以有效提高生產效率,實現工期縮短,還可以為T梁預制過程中的質量及安全提供保障。工廠化預制技術各項工序需嚴格依據施工要求進行,在T梁工廠化預制中鋼筋施工、模板施工、混凝土施工、預應力施工及轉運施工作為其中的關鍵技術,需嚴格把控,一旦操作不當,較易發生整片T梁報廢的情況,使得預制T梁的生產成本增加。因此需嚴格控制預應力混凝土T梁工廠化預制的關鍵技術施工,進而充分發揮出工廠化預制的各種有利效應。