孫翔

（山西路橋第二工程有限公司，山西臨汾 041000）

0 引言

在預(yù)制T 梁施工過程中，除了采用合理的施工技術(shù)之外，還需要從集料、混凝土、鋼絞線定位等多個層面對橋梁整體實(shí)施質(zhì)控管理，其中鋼絞線定位決定了橋梁工程的使用壽命及荷載強(qiáng)度，并且在實(shí)際施工過程中也較難以把握。以下結(jié)合有限元模擬技術(shù)，對這一難點(diǎn)展開分析。

1 工程概況

以山西省某橋梁預(yù)制工程為例，該項(xiàng)目全長677m，設(shè)計(jì)構(gòu)造為50m 簡支變連續(xù)T 梁，其中梁與邊梁高度均達(dá)到2.8m，預(yù)制梁寬分別為1.5m（中梁）和1.85m（邊梁），各設(shè)置了1、2、3、4、5五組預(yù)應(yīng)力鋼束，為橋梁結(jié)構(gòu)提供額外的張拉力。該橋梁設(shè)計(jì)速度為80km/h，采用C50 混凝土材料，翼緣板厚度0.2m。

2 質(zhì)控管理措施

鋼束在T 梁施工的過程中并非簡單地提供張拉力，而是需要根據(jù)T 梁的構(gòu)造特點(diǎn)不同，合理設(shè)置空間定位，以保證提供給橋梁最佳鋼束合力，從而提高橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是橋梁施工質(zhì)控管理中的關(guān)鍵一環(huán)。而鋼束的定位通過波紋管的設(shè)置確定，一旦波紋管定位錯誤或在施工過程中受到其他因素的擾動出現(xiàn)位移，將會導(dǎo)致T 梁預(yù)應(yīng)力不足，出現(xiàn)主梁側(cè)彎變形等問題。為此結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)置了T 梁結(jié)構(gòu)中的x、y、z 立體空間坐標(biāo)，以此建立有限元數(shù)據(jù)模型，確定波紋管空間位置的最大偏差量。以下為有限元模型分析。

2.1 參數(shù)設(shè)置

該橋梁工程中T 梁的鋼束布置定位如圖1 所示，邊梁鋼束截面為1540mm，中梁鋼束為1400mm，所使用的材質(zhì)均為強(qiáng)度1860MPa 的鋼絞線。在進(jìn)行有限元參數(shù)設(shè)置時，為所有鋼束施加縱彎，同時4、5鋼束還要考慮平彎。模型建立過程中，以4、5鋼束排列方向?yàn)閥 軸，并與x 軸垂直于T 梁縱向之上，且與橋梁橫向平行。

圖1 中梁與邊梁鋼束布置示意圖（單位：mm）

2.2 模型生成

生成模型時，選擇了“邁達(dá)斯”FEA 軟件進(jìn)行波紋管空間定位偏差的模擬。已知波紋管定位偏差與鋼束等效均布荷載

q

之間的關(guān)系可用下列公式表示：

式（1）中：

l

——T 梁的計(jì)算長度；

e

——波紋管的偏移距離；

N

——波紋管內(nèi)鋼束能夠提供的最大張拉。將其整體代入橋梁的側(cè)向彎曲變形公式，可以判斷波紋管不同偏差距離下，對橋梁彎曲變形值

f

帶來的影響為：

式（2）中：

E

為T 梁結(jié)構(gòu)所使用的混凝土的彈性模量；

I

為該結(jié)構(gòu)下產(chǎn)生的截面抗彎慣矩。

將彎曲變形公式輸入系統(tǒng)之后，沿坐標(biāo)正軸與負(fù)軸方向，以5mm 間隔距離調(diào)整波紋管偏差位移，從而得到梁側(cè)彎變形數(shù)據(jù)共41 組。隨后對其篩選，依次選出對1～5孔道偏移方向不利的數(shù)據(jù)，同時縮小位移距離，分別采用2mm 偏移量與1mm 偏移量對中梁與邊梁孔道偏差模型進(jìn)行分析。最終得到確定數(shù)值為：邊梁波紋管孔道定位誤差范圍控制在±8mm 時，邊梁彎曲數(shù)值可控制在6.88mm 以內(nèi)；中梁波紋管孔道定位誤差范圍控制在±10mm 時，邊梁彎曲數(shù)值可控制在9.91mm 以內(nèi)。符合《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 2—2008）中強(qiáng)調(diào)的“預(yù)制梁側(cè)彎變形量不可超過10mm，其必須小于構(gòu)件長度的1‰”。

2.3 波紋管定位措施

確定了波紋管最大容偏范圍后，該工程中采用“坐標(biāo)模具”的方案來確定波紋管定位。模具有角鋼焊接的鋼架支撐，內(nèi)部設(shè)置等距柵條。使用過程中施工人員可以根據(jù)各鋼束的y 軸坐標(biāo)數(shù)值，逐一在柵條上焊接每延米位置處的走線槽口，水平方向依次向另一端遞增，能夠直觀地呈現(xiàn)出1～5波紋管的5 道坐標(biāo)線，圖2 所示。

圖2 波紋管坐標(biāo)模具焊制

在實(shí)際施工過程中，工作人員可以將波紋管放置在相應(yīng)的坐標(biāo)位置處，并使用U 型鋼筋對波紋管加以固定，可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對波紋管的縱向或水平間距進(jìn)行測量，檢測其標(biāo)高無誤后即可進(jìn)入下一步施工。這樣的操作方法使施工成為操作人員的標(biāo)準(zhǔn)線，架設(shè)鋼束時只需按照走線施工即可，不僅提高了作業(yè)的精準(zhǔn)度，也便于工作人員隨時對波紋管定位檢查復(fù)核。

該工程為50m 簡支變連續(xù)T 梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工過程中設(shè)置的中梁與邊梁波紋管內(nèi)徑均為90mm。將定位模具固定在臺座周邊后，依次將波紋管放置在相應(yīng)位置處連接，相鄰兩根波紋管的接頭使用內(nèi)徑稍大于波紋管的套筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，套筒長度約為波紋管的5～6 倍，保證具有良好的固定功能。此外在處理接頭的過程中，需要注意不可使用膠布等方式對其纏繞，以免后續(xù)進(jìn)行混凝土澆筑施工時，波紋管接頭部位無法被混凝土充分包裹，造成管道連接不穩(wěn)定。波紋管安裝期間，需要保證其定位偏差不可超過有限元模型計(jì)算出來的數(shù)值，因此工作人員要多次核對，保證橋梁施工質(zhì)量。

3 預(yù)制T 梁施工技術(shù)

3.1 模板安裝

T 梁預(yù)制工藝通常采用現(xiàn)場模板澆筑施工，為了模板拆裝便捷，該工程采取了整體式鋼模板施工。模板材料性能可以參照橋梁跨度的1/400，確保其變形量不超過1.5mm 即可，其中底模在安裝過程中考慮運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)因素，采用了三段式結(jié)構(gòu)，分別為兩端可移動模板與中央的固定模板，有利于拆卸成小塊進(jìn)行運(yùn)輸。底模多為空心結(jié)構(gòu)或槽鋼框架，厚度一般在6mm左右。側(cè)模則需要根據(jù)T 梁規(guī)格大小合理的分段，并且考慮澆筑過程中混凝土對其產(chǎn)生的側(cè)壓力與沖擊力。該工程中采用的側(cè)模厚度為10mm，拼接固定時為了保證模板之間的密閉性，可采用刨邊對接工藝，接縫寬度不超過2mm。隨后在可能貼近模具底端的位置處安裝外模，將其與端模之間一起用螺栓固定，使之成為密封性良好的整體結(jié)構(gòu)。

3.2 混凝土澆筑施工

該工程采用分層澆筑技術(shù)，但是澆筑間隔不宜過長，控制在2h 以內(nèi)。為了避免意外因素導(dǎo)致的澆筑中斷，在正式展開施工前,要根據(jù)澆筑目標(biāo)規(guī)模確定混凝土用量，同時檢查模具的連接穩(wěn)定性，以保證每一片T 梁都能在3.5h 以內(nèi)完成澆筑施工。為保證施工流程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)置了T 梁混凝土澆筑施工參數(shù)，如表1 所示。

表1 T 梁混凝土澆筑施工參數(shù)

該工程中采用的混凝土標(biāo)號為C50，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)的坍落度7～9cm 范圍，選擇的骨料粒徑需小于31.5mm，適當(dāng)加入一定的減水劑材料，由攪拌站充分拌和后，統(tǒng)一送至現(xiàn)場進(jìn)行施工，拌和時間不可短于70s。澆筑過程中根據(jù)分層施工標(biāo)準(zhǔn)，保證每一澆筑層的厚度在0.3m 左右，縱向長度為8m。輸送混凝土材料之前，工作人員需要控制好混凝土的溫度以及含氣量，避免其固結(jié)過程中出現(xiàn)水化熱或孔隙現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂隙。為了確?；炷寥肽r符合建筑施工標(biāo)準(zhǔn)，采用每50m為一個單元對材料進(jìn)行溫度檢測。

除此之外，每層澆筑施工結(jié)束后，施工人員都要及時對模具內(nèi)的混凝土材料進(jìn)行振搗。振搗過程中要注意控制振搗棒不可與波紋管或模板接觸，以免造成二者的損壞或位移。經(jīng)過充分振搗后的混凝土材料，表面會呈現(xiàn)出平整狀態(tài)，同時帶有泛漿現(xiàn)象，但不會出現(xiàn)氣泡，說明混凝土已經(jīng)達(dá)到充分密實(shí)狀態(tài)，工作人員可以等待其初凝之后進(jìn)入下一階段的澆筑工序。

3.3 拆模與養(yǎng)生

澆筑結(jié)束，經(jīng)過實(shí)測混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 后，該工程進(jìn)入拆模工序中，拆模要先從側(cè)模入手，觀察混凝土表面固結(jié)狀態(tài)，以及是否存在空洞現(xiàn)象，經(jīng)檢查無誤后可正式拆卸頂模。

根據(jù)施工要求，拆模后的混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)95%以上后才可開展預(yù)應(yīng)力張拉施工，拆模后T 梁構(gòu)件要經(jīng)過一個階段的養(yǎng)護(hù)才能繼續(xù)下一步施工。為了提高養(yǎng)護(hù)工作效率，該項(xiàng)目在前期籌備時，提前在梁場預(yù)制臺座周邊埋置了噴淋管道系統(tǒng)，管道長度經(jīng)過充分計(jì)算，確保能進(jìn)行180無死角噴淋的同時，最大限度避免與預(yù)制T 梁結(jié)構(gòu)表面接觸，以防對其造成損傷。此外，該技術(shù)的最大優(yōu)勢，在于采用了智能系統(tǒng)控制，可以做到與手機(jī)APP 軟件的實(shí)時對接，還可以自動對現(xiàn)場的空氣濕度、溫度進(jìn)行測量，不僅可以每天定時噴水養(yǎng)護(hù)，還可以隨時根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境變化向人工傳遞預(yù)警，極大程度上提高了養(yǎng)護(hù)工作的管理效率。

3.4 預(yù)應(yīng)力張拉

混凝土強(qiáng)度經(jīng)養(yǎng)護(hù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，即可對其展開預(yù)應(yīng)力張拉施工。此過程中，該項(xiàng)目同樣采用了智能數(shù)控技術(shù)保證張拉應(yīng)力的準(zhǔn)確設(shè)置。設(shè)備主要由千斤頂和電動油泵構(gòu)成，在展開施工前對鋼束的力學(xué)性能進(jìn)行了測試，確定了鋼束伸長量與張拉應(yīng)力值之間的關(guān)系。結(jié)合有限元數(shù)據(jù)模型，對1～5鋼束的預(yù)應(yīng)力值計(jì)算后，精確設(shè)置了鋼束的合理伸長量，通過控制電動油泵加壓來完成施工作業(yè)。這一過程中不僅提高了施工效率與準(zhǔn)確性，同時在完成張拉之后還可以對鋼束的實(shí)際生產(chǎn)量進(jìn)行核對，避免此過程中產(chǎn)生誤差，從而影響橋梁整體質(zhì)量。

此外在對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，工作人員應(yīng)采用分級張拉模式，初始階段先張拉至10%應(yīng)力值，隨后逐級加荷至100%，每級載荷時間需要控制在2min左右，以便于能夠抵消錨固裝置以及預(yù)應(yīng)力夾片帶來的應(yīng)力損失。待應(yīng)力值拉滿之后需要檢測錨索的伸長量，其最大誤差不可超過±6%，確定伸長量無誤之后需要進(jìn)行錨固處理。

3.5 孔道壓漿施工

預(yù)應(yīng)力張拉工序完成后，工作人員需要立刻檢測應(yīng)力筋的斷絲數(shù)量，檢測其截面斷絲不可超過1%，確認(rèn)狀態(tài)完好之后需要在24h 內(nèi)進(jìn)行孔道壓漿作業(yè)。

該項(xiàng)目中采用的壓漿技術(shù)為真空輔助壓漿法，正式作業(yè)之前要求工作人員首先檢測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括球閥、真空端以及壓漿管道等。確保設(shè)備運(yùn)行指數(shù)完好之后，即可開啟設(shè)備排除孔道空氣，并使用壓漿泵進(jìn)行施工。作業(yè)期間工作人員需要設(shè)置壓力參數(shù)為0.7～1.2MPa，觀測孔道另一側(cè)有漿液涌出之后不可立刻關(guān)停設(shè)備，而是要持續(xù)注漿2min 以上，隨后可進(jìn)行封錨作業(yè)。

3.6 封錨作業(yè)

封錨作業(yè)過程中，工作人員需要采用與梁體混凝土同一級別的材料進(jìn)行施工，同時保證混凝土材料具有無收縮特性，以確保起到良好的施工效果?，F(xiàn)場作業(yè)期間，工作人員首先需要對錨具以及錨板進(jìn)行清理，去除其表面泥漿雜物之后，在錨墊板等位置設(shè)置防水層。隨后在梁體表面涂刷同配比的水泥漿液，并放置鋼筋網(wǎng)片,同時進(jìn)行封錨作業(yè)。

封錨結(jié)束之后便需要進(jìn)行梁體養(yǎng)護(hù)作業(yè)，工作人員可以采用自然養(yǎng)護(hù)的方式，具體養(yǎng)護(hù)周期需要根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)場相對濕度在60%以上時，需要進(jìn)行14d 以上的養(yǎng)護(hù)；若相對濕度不足60%，則需要進(jìn)行不少于28d 以上的養(yǎng)護(hù)。此外工作人員需要對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，以確保梁體施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合有限元建模技術(shù)，對橋梁工程預(yù)制T 梁施工中的波紋管定位問題進(jìn)行了分析，提高其定位精確度及設(shè)計(jì)坐標(biāo)定位模型，通過具體的施工管理措施及預(yù)制T 梁施工技術(shù)的運(yùn)用，創(chuàng)建高質(zhì)量工程。