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        預(yù)制小箱梁橋施工工藝質(zhì)量控制與影響因素研究

        2022-03-07 09:27:50李芳
        運輸經(jīng)理世界 2022年33期
        關(guān)鍵詞:箱梁橋梁結(jié)構(gòu)

        李芳

        (昆明市建設(shè)服務(wù)中心,云南 昆明 650011)

        0 引言

        簡支梁的施工工藝成品,具有受力明確、結(jié)構(gòu)規(guī)整等特點。當(dāng)發(fā)生溫度變化、材料收縮、外界張拉等多種作用情況時,梁結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)附加內(nèi)力。此結(jié)構(gòu)可用于各類中小跨徑裝配化施工工藝,結(jié)構(gòu)內(nèi)力穩(wěn)定,不易改變。在載荷固定條件下,正彎矩逐漸變小,此時結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋更具施工工藝經(jīng)濟(jì)性。為此,采取“簡支+連續(xù)”的施工工藝方法,形成先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)制梁結(jié)構(gòu),可有效控制工期,保證施工工藝質(zhì)量。

        1 工程概況

        案例項目為海河橋,坐落于飛虎大道南段,海河跨徑寬度約為29m。此項目上部結(jié)構(gòu),施工工藝方案為“預(yù)制法+簡支箱梁”。主梁施工采用預(yù)制構(gòu)件,在主梁吊裝完成后,使用現(xiàn)場澆筑的方法,連接各片梁,施工成連續(xù)整體。

        2 預(yù)制小箱梁橋施工特點

        2.1 施工工藝特點

        預(yù)制小箱梁橋施工工藝,多用于預(yù)制施工工藝方案中,具有“體系轉(zhuǎn)換”“結(jié)構(gòu)連續(xù)”的施工工藝效果。預(yù)制梁橋成品具有較高的施工工藝優(yōu)勢。在橋梁施工工藝完善的視野下,預(yù)制小箱梁橋施工工藝獲得了多重應(yīng)用。然而,在施工工藝實踐中,會出現(xiàn)裂縫質(zhì)量問題,削弱了橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能,降低了施工工藝成品的美觀性。預(yù)制小箱梁橋施工工藝共有五個特點:第一,采取標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制施工工藝,前期集中生成預(yù)制梁,保證施工工藝質(zhì)量。第二,可同步開展橋梁各孔位的施工工藝任務(wù),有利于壓縮施工周期。第三,使用架橋機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一安裝,可保證安裝質(zhì)量,有效控制安裝進(jìn)度,合理規(guī)劃施工工藝和設(shè)備,具有較高的施工工藝經(jīng)濟(jì)性。第四,預(yù)制生產(chǎn)期間,使用定型鋼模,可加快預(yù)制速度,有效控制材耗,預(yù)制效果優(yōu)異。第五,結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)制梁的工藝成品,符合工程質(zhì)控要求[1]。

        2.2 受力特點

        小箱梁具有自重輕、抗扭性能好等結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。轉(zhuǎn)換前期為簡支梁受力,主梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換完成后,結(jié)構(gòu)成為連續(xù)梁,能夠承載二期固定作用力。由此可見,預(yù)制小箱梁橋成品,具有疊加內(nèi)力的承載能力。

        3 預(yù)制小箱梁橋施工工藝分析

        3.1 施工工藝不足

        3.1.1 轉(zhuǎn)換不規(guī)范,削弱成品性能

        參照預(yù)制小箱梁橋的整體施工工藝方案,轉(zhuǎn)換施工工藝尤為關(guān)鍵。在轉(zhuǎn)換施工工藝中,如未全面把握連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)特點,將會使小箱梁出現(xiàn)質(zhì)量問題,集中表現(xiàn)為裂縫。形成裂縫質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素有:前期梁橋空間結(jié)構(gòu)設(shè)計時,未完成力學(xué)分析,致使結(jié)構(gòu)整體剛度不足;施工工藝期間,并未嚴(yán)格參照規(guī)范要求,進(jìn)行施工工藝控制,致使成品與設(shè)計方案出現(xiàn)較大偏差,形成裂縫問題,削弱了預(yù)制小箱梁橋成品性能,使其結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)耐久性均無法達(dá)到工程要求。

        3.1.2 預(yù)制施工工藝的精度不足,降低施工工藝效果

        跨數(shù)較多的橋梁結(jié)構(gòu),需進(jìn)行橋梁荷載試驗,測定橋梁預(yù)制結(jié)構(gòu)的施工工藝質(zhì)量。預(yù)制生產(chǎn)小箱梁期間,以批量生產(chǎn)為主。引入概率調(diào)查分析方法,合理應(yīng)用可靠度分析方法,綜合評判施工工藝質(zhì)量,旨在增加預(yù)制方案設(shè)定的簡便性,提高評價結(jié)果的可參考性。然而,當(dāng)前使用的可靠度分析方法,尚存不足,致使評價內(nèi)容缺失一定依據(jù),亟須改進(jìn)。收集橋梁參數(shù)后,方可進(jìn)行質(zhì)量評價。如果參數(shù)精確度不足,將會降低質(zhì)量評價的真實性。如果調(diào)查參數(shù)具有“正態(tài)分布”特點,可直接使用參數(shù)進(jìn)行可靠度分析。如果調(diào)查參數(shù)并非“正態(tài)分布”,需將其處理成正態(tài)分布之后,再進(jìn)行可靠度分析。實踐中,進(jìn)行正態(tài)分布轉(zhuǎn)換,會增加數(shù)據(jù)偏差,難以保證分析結(jié)果的可靠性。

        3.2 質(zhì)控對策

        3.2.1 規(guī)范轉(zhuǎn)換施工工藝,保證成品性能

        預(yù)制小箱梁橋的施工工藝過程,是使一聯(lián)多孔的梁橋結(jié)構(gòu)從預(yù)制梁生產(chǎn)環(huán)節(jié)至梁裝在支座位置,呈現(xiàn)出簡支受力形態(tài),與一般梁并無較大差異。小箱梁豎向結(jié)構(gòu)之間,在墩頂與通波紋管箱梁之間,添加鋼絞線,進(jìn)行濕接段處理,使其形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。依據(jù)施工工藝要求,卸除臨時支座。此時橋梁上部承受的荷載,主要由永久支座承擔(dān)。采取此種規(guī)范的施工工藝操作方法,完成了體系轉(zhuǎn)換,增加了連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力分布的合理性。

        3.2.2 精確給出預(yù)制方案,提高施工工藝成效

        進(jìn)行預(yù)制小箱梁橋的生產(chǎn),梁板的可選材料較多,包括“空心板”“T 梁”等。梁型的選擇理念如下:

        第一,參照跨徑、工程需求綜合選定梁型。如果材料是空心板,梁型跨徑應(yīng)介于13~25m,跨徑小于20m 時,整體梁橋結(jié)構(gòu)性能較優(yōu)。如果上部結(jié)構(gòu)是小箱梁,梁型跨徑大小應(yīng)介于20~35m,參數(shù)不超過30m 時,結(jié)構(gòu)性能較好。如果上部結(jié)構(gòu)是T 梁,梁型跨徑規(guī)格應(yīng)處于20~50m,取值40~50m 為最佳。整理材料與梁型確定的精確參數(shù),如表1所示。

        表1 材料與梁型確定的精確參數(shù)

        第二,依據(jù)受力需求選擇上部結(jié)構(gòu)。小箱梁具有較強的抗扭性能,相比空心板與T 梁,抗扭效果最好。

        第三,參照工程地勢特點選擇上部結(jié)構(gòu)。地勢平緩的地區(qū)可選擇小箱梁,地勢陡峭多用T 梁。案例項目處于地勢平緩的區(qū)域,使用小箱梁為宜。

        第四,以結(jié)構(gòu)美觀性為主選擇上部結(jié)構(gòu)。相比之下,小箱梁美觀性較高,其次是空心板。

        第五,以梁型規(guī)格一致的理念選擇上部結(jié)構(gòu)。一個橋梁項目中,應(yīng)主選一種類型的梁結(jié)構(gòu),以此保證規(guī)格統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)連續(xù)。

        由此發(fā)現(xiàn),預(yù)制小箱梁橋施工工藝規(guī)劃期間,應(yīng)合理確定梁型,從施工工藝成本、跨徑大小、受力需求、工區(qū)地勢等視角,綜合給出適用的施工工藝方案,提升方案設(shè)計的精確性,增強施工工藝內(nèi)容的規(guī)范性,達(dá)到控工期、保質(zhì)量、低成本的施工工藝質(zhì)控目標(biāo)[2]。

        3.3 施工工藝質(zhì)控方法

        預(yù)制小箱梁橋的施工工藝質(zhì)控共有三個階段。

        第一,成品質(zhì)檢階段。在預(yù)制小箱梁橋施工工藝完成后,檢驗產(chǎn)品質(zhì)量,排查劣質(zhì)成品。此種檢驗方法,具有工程質(zhì)量的監(jiān)督作用,能夠有效監(jiān)督施工工藝操作的規(guī)范性,及時排查不合格的成本結(jié)構(gòu)。

        第二,統(tǒng)計質(zhì)量管理。此環(huán)節(jié)使用數(shù)理統(tǒng)計方法,前期控制施工工藝方案,防止出現(xiàn)劣質(zhì)成本。由專業(yè)施工工藝人員,制定施工工藝方案,保證施工工藝質(zhì)控效果。此種質(zhì)控方法,可在施工工藝前期融合質(zhì)控思想,有效消除質(zhì)量風(fēng)險,切實推進(jìn)質(zhì)量管理工作。

        第三,全面質(zhì)控階段。以整個工程施工工藝過程為對象,進(jìn)行全面質(zhì)控管理。有效落實試驗工作,給出完整的施工工藝方案,合理鑒定試驗成品。以全環(huán)節(jié)的質(zhì)控方法,積極把握施工工藝質(zhì)量。工程案例實踐中,使用全面質(zhì)控方法,積極排查質(zhì)量風(fēng)險,獲取優(yōu)異的預(yù)制小箱梁橋施工工藝成品。

        4 案例工程質(zhì)量驗收分析

        4.1 影響預(yù)制小箱梁橋性能的因素

        4.1.1 預(yù)制小箱梁橋成品完整性。材料強度不夠、箱梁結(jié)構(gòu)尺寸較小,均會引起梁橋成品結(jié)構(gòu)不完整,削弱結(jié)構(gòu)整體性能。

        4.1.2 材料性能。在施工工藝期間,質(zhì)控不規(guī)范,會降低材料性能,使其無法達(dá)到性能要求,出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。性能不好的材料,難以抵擋外界因素的影響,出現(xiàn)材料質(zhì)變問題,危及預(yù)制小箱梁橋成品的施工工藝效果。

        4.1.3 鋼筋銹蝕。預(yù)制生產(chǎn)期間,使用的材料有混凝土與鋼筋。如果鋼筋發(fā)生銹蝕問題,材料表層的防銹層質(zhì)量欠佳,會危及預(yù)制小箱梁橋成品的施工工藝質(zhì)量。成品裂縫,主要是鋼混黏合力較弱引起的。裂縫形成后,會降低材料保護(hù)作用,縮短截面,致使鋼筋發(fā)生銹蝕,削弱預(yù)制小箱梁橋成品整體的承載能力。

        4.1.4 環(huán)境因素。以案例工程周邊環(huán)境為參考,環(huán)境屬性為“特殊環(huán)境”。在普通環(huán)境中,空氣是引起鋼混出現(xiàn)質(zhì)變的主要因素。特殊環(huán)境中,以防銹為主要任務(wù)。為此,案例工程需加強防氧化、防銹蝕處理[3]。

        由上述分析可知,影響預(yù)制小箱梁橋成品質(zhì)量的因素有混凝土性能、預(yù)應(yīng)力變化、梁截面大小、橋墩參數(shù)、承臺與樁基性能。其中,對橋墩具有影響作用的參數(shù)有:高度、截面。對承臺與樁基中具有影響作用的參數(shù)是樁直徑、樁長度。

        4.2 工程技術(shù)指標(biāo)

        技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

        表2 案例橋梁項目的技術(shù)指標(biāo)

        4.3 建模分析

        4.3.1 應(yīng)用Midas civil 創(chuàng)建模型,導(dǎo)入案例工程的各項施工工藝方案,創(chuàng)建預(yù)制小箱梁橋模型。質(zhì)量驗收建模時,全橋共有1100 個節(jié)點,梁單元共計981個。從自身質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力兩個方面,進(jìn)行荷載分析。

        4.3.2 參數(shù)選擇。案例項目的梁、墩、承臺、樁基四個結(jié)構(gòu),選出具有預(yù)制小箱梁橋影響作用的參數(shù)。梁體結(jié)構(gòu)選擇的參數(shù)是抵抗彎矩。橋墩參數(shù)選擇臨界荷載。承臺參數(shù)選擇與橋墩相接位置的切應(yīng)力。樁基選擇單樁豎直承載能力。

        4.3.3 模型分析發(fā)現(xiàn):各個因素對預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量均有一定影響,影響程度有差異。影響程度的權(quán)重分配結(jié)果:梁體、橋墩、樁基影響的權(quán)重均為0.3,承臺影響的權(quán)重為0.1。各二級指標(biāo)的影響權(quán)重為梁混凝土性能0.012,預(yù)應(yīng)力損失0.341,梁截面大小0.647,墩截面大小0.274,墩高0.01,承臺截面大小0.5,承臺高0.5,樁直徑0.886,樁長度0.114。

        4.4 預(yù)制小箱梁橋驗收評價理念

        創(chuàng)建預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量驗收評價體系,需要考量影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量的多個因素。實踐中,驗收評價的理念包括:第一,目的性。預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量驗收的評價工作,應(yīng)保證評價的客觀性,評價內(nèi)容的真實性。第二,實用性。當(dāng)橋型不同時,驗收評價結(jié)果會出現(xiàn)一定差異。為此,創(chuàng)建預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量驗收評價體系,應(yīng)保證指標(biāo)具有更換的靈活性。第三,簡明性。用于橋梁質(zhì)量判斷的因素較多,以簡化驗收流程為方向,選擇威脅程度較大的因素。第四,定性+定量。采取定量分析、定性評價的方法,全面給出橋梁質(zhì)量評價結(jié)果。第五,層次性。將威脅預(yù)制小箱梁橋質(zhì)量的各類因素,進(jìn)行層次劃分,創(chuàng)建多層級的評價體系,細(xì)化驗收流程,完善評價內(nèi)容[4]。

        4.5 驗收評價依據(jù)

        參照質(zhì)量驗收各項規(guī)定,驗收分?jǐn)?shù)與質(zhì)量評級的對照關(guān)系如表3所示。

        表3 驗收分?jǐn)?shù)與質(zhì)量評級的對照關(guān)系

        表3、表4 數(shù)據(jù)參照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1—2012)的規(guī)定內(nèi)容(僅包括合格、不合格),聯(lián)合平臺多級質(zhì)量分類,進(jìn)行評分?jǐn)?shù)據(jù)分級,給出更為細(xì)致的驗收方法,其中很差、較差代表不合格,一般、較好以及優(yōu)秀代表合格。五等(<65 分)代表不合格,四等及以上(≥65 分)代表合格。

        表4 橋梁項目的質(zhì)量評價層級劃分方法

        表3、表4 數(shù)據(jù)參照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF801—2012)的規(guī)定內(nèi)容。

        4.6 工程驗收方法

        4.6.1 鋼筋性能驗收:各構(gòu)件,均抽選2 個進(jìn)行斷面檢查,梁、板位置的構(gòu)件偏差不超過10mm,基礎(chǔ)與墩臺的施工工藝偏差應(yīng)控制在20mm 以內(nèi);灌注樁施工工藝偏差不應(yīng)超過20mm。保護(hù)層驗收時,各模板周邊選出8 個檢測點,柱與梁的保護(hù)層施工控制標(biāo)準(zhǔn)為±5mm,基礎(chǔ)與墩臺的保護(hù)層驗收標(biāo)準(zhǔn)為±10,板材保護(hù)層的質(zhì)檢規(guī)范為±3mm。

        4.6.2 承臺驗收時,材料強度符合要求。每種參數(shù)各取2 點進(jìn)行驗收,規(guī)格偏差<30mm 以內(nèi)。使用水準(zhǔn)儀查看5 個位置的高度值,檢測承臺頂面高程。

        4.6.3 橋墩外觀處于規(guī)范要求內(nèi),斷面大小偏差不超過20mm,頂面高度偏差處于10mm 以內(nèi)。外觀檢查時,橋墩、承臺各位置的結(jié)構(gòu)規(guī)整、表面光潔,未見明顯接縫問題。如發(fā)現(xiàn)裂縫問題,依據(jù)裂縫大小進(jìn)行減分處理。裂縫寬度的免減分評價標(biāo)準(zhǔn)是:裂縫寬度<0.15mm。案例工程各項質(zhì)量驗收得分為96 分,參照表4 的質(zhì)量評價規(guī)則屬于“一等質(zhì)量”,能夠達(dá)到橋梁質(zhì)量要求。

        5 結(jié)語

        綜上所述,預(yù)制小箱梁橋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出工期短、性能高的施工工藝優(yōu)勢。實踐中,會受到材料性能、截面大小、環(huán)境條件等諸多因素的影響。加強質(zhì)量管理,積極提高施工工藝效果,是預(yù)制小箱梁橋施工工藝實踐的重要措施。以案例項目為對象,進(jìn)行工程質(zhì)量驗收,從多個工程視角,參照驗收標(biāo)準(zhǔn),給出得分,質(zhì)量驗收方法具有較高的可信度。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn),案例項目質(zhì)量得分為96 分,為一等質(zhì)量,符合要求。

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