预制T 梁钢筋定位安装与保护层控制技术

皮 秦

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建福州 350000)

0 引言

福建省位于我国东南沿海，是个多山地区，地形起伏大，近年高速公路得到飞速发展，为保持良好的路线线形和经济合理的成本，线路得频繁地穿山跨谷，桥隧比例相当高;而预制T梁桥以其结构受力明确、施工进度快、造价低、工艺简单成熟等优点，在山区高速公路修建中得到广泛采用[1]。永宁高速公路就是典型的闽西山区高速公路，主线长123.5 km，桥梁20 991 m/76座，桥梁占主线17.0%，76座桥梁除2座主桥采用悬灌梁，其余全是预制T梁，共计7 973片T梁，每个标段均设置预制梁场1个～2个，T梁生产工期紧、任务重。T梁预制虽然已是很成熟的施工工艺，但在快速高质量施工要求下，一些工艺操作和质量控制措施仍需不断改进，如钢筋定位安装、保护层厚度控制等;这是提高预制T梁安全可靠度和耐久性的需要，也是标准化施工的要求。永宁高速公路某标段项目部开展了《提高公路预制T梁钢筋安装准确率》QC技术攻关活动，取得良好的经验和成果[2]。

1 预制T梁概述

T梁预制是将桥梁梁体工厂化或现场集中生产的一种梁体施工方法，然后运输到桥位采用吊车或架桥机安装就位，这可以大量减少支架模板的投入、缩短施工工期，减少跨越施工安全隐患，在特殊地形条件下也相对现浇梁降低施工成本[1]。预制T梁一般为预应力钢筋混凝土结构，按施工方法分为先张法和后张法两种，在施工现场集中生产时通常采用后张法，其施工流程为:预制梁场建设(准备工作)→钢筋加工安装→预应力管道安装→模板安装→预留预埋件安装→混凝土浇筑→混凝土养生→拆模→钢绞线穿束→预应力张拉→管道压浆→端头封锚→移梁出坑。正常施工情况下每个制梁台座每月可以生产2片～3片T梁[3]。

2 钢筋定位安装

2.1 T梁钢筋构件组成

预应力T梁钢筋分为普通钢筋和预应力筋，普通钢筋由梁肋钢筋、翼板钢筋、横隔板钢筋、封端钢筋、张拉楔形块钢筋构件和其他钢筋组成，主要构件体是梁肋和翼板钢筋，只要这两项安装准确，其他钢筋安装质量控制较容易。

2.2 梁肋钢筋定位安装

传统梁肋钢筋安装工艺是在预制梁台座边临时固定几根立架，在立架上先安置几根水平钢筋，多人协助跳距安放绑扎一定数量竖向钢筋，这样就组成骨架雏形;然后按底模上标记的设计间距安装绑扎其他竖向钢筋和马蹄钢筋;再绑扎其他水平筋，穿绑梁底水平主筋，最后按图纸绑扎钩筋。这种安装工艺费时耗工，对钢筋工人技能熟练程度要求高，普通工人很难准确操作，绑扎的钢筋间距合格率偏低，一般合格率水平在70%左右，特别是竖向筋间距偏差较大，还容易发生错、漏钢筋，而且安装钢筋占用预制梁台座时间至少2 d，造成预制台座投入加大[2]。

通过研究和不断完善，设计制作专用固定的梁肋钢筋安装台座和推拉活动式钢筋定位架，在钢筋安装台座上绑扎好梁肋钢筋整体吊装到预制台座上，拼装上其他钢筋构件和预埋件，就可及时安装模板，这样只需占用制梁台座半天时间，加快了制梁进度，更重要的是提高了钢筋安装质量。钢筋安装台座和定位架如图1所示。

图1 钢筋定位架和绑扎台座示意图

安装台座是用Φ16钢筋和∠50角钢焊接而成，角钢上刻有竖向钢筋和马蹄筋放置槽，通过预埋钢筋固定在混凝土硬化场地上，台座高宜控制在100 mm～200 mm;定位架分节组成，每节长5 m左右，具体根据预制T梁长度确定节长和节段数，定位架由竖向钢筋限位卡槽、水平钢筋定位杆、架体和行走系组成;定位架每节底部安装4个滚轮，采用槽钢固定在地面作为定位行走轨道，这样定位架不仅活动灵活，而且相对安装台座位置是固定准确的，不需要每次使用前调整定位架，只需推移就位就可开始快速而准确的安装钢筋，绑扎完后拉出定位架，梁肋钢筋构件即可吊开[2]。

梁肋钢筋定位安装操作步骤:

1)如图1b)所示，将定位架向绑扎台座推移靠近，钢筋加工准备就绪;

2)靠近定位架侧的水平钢筋安放在定位杆上;

3)按顺序安放竖向钢筋和马蹄筋，立于绑扎台座刻槽和定位架卡槽内，见图1a)，图1c);

4)穿放底部内侧水平主筋，安放上另侧水平钢筋;

5)用扎丝绑扎钢筋各节点，并按图绑扎拉结筋;

6)拉出定位架，梁肋钢筋构件完成。

2.3 翼板钢筋定位

翼板钢筋构件刚度小不便绑扎后吊装，而且操作简单，数量少，安装速度快，不会占用台座和模板太多时间，所以直接在模板安装定位后绑扎。翼板边模必须在模板厂加工，机械切割成梳形板，梳形槽间距和深度严格按翼板钢筋设计间距控制，禁止采用乙炔随意烧割[3];并在模板外侧栏柱上螺栓固定角钢作为钢筋预留定位卡，通过角钢可方便控制预留长度和防止混凝土浇筑过程中钢筋爬升，使得预留外露钢筋整齐符合要求，如图2所示。

图2 翼板钢筋定位示意图

梳齿板卡槽不但间距控制准确，而且深度也应精准，其预留底部高度刚好是底层钢筋保护层厚度。安装钢筋只要将钢筋放置在卡槽内，外端头紧顶角钢，即钢筋间距、底板保护层厚度、外露预留钢筋长度均符合要求，如图2c)所示。

2.4 横隔板和其他钢筋定位

横隔板和其他钢筋数量少，结构简单，可以采用简单的办法直接定位安装，构件相对独立的也可绑扎成小构件组装。如横隔板钢筋可以在平整的场地按设计网格间距预埋定位钢筋，这样不需要每次尺量控制间距，绑扎好待梁肋钢筋吊装到台座就位后组装即可。

3 保护层控制措施

结构物钢筋保护层过大，可能降低其受力抵抗距，降低实际承载能力;相反保护层过小，可能由于钢筋过早暴露产生锈蚀，将缩短钢筋混凝土结构使用寿命。因此钢筋保护层厚度控制好坏直接影响到钢筋混凝土结构物的可靠性和耐久性。

3.1 保护层垫块材料与发展

保护层垫块是按设计尺寸垫楔钢筋距模板一定距离的小型楔块，简单理解只要能控制钢筋距模板距离满足设计即可。保护层垫块最早是施工人员根据设计保护层厚度模筑砂浆或细石混凝土而成，这种垫块主要存在四大缺陷:

1)由于使用量少，砂浆或混凝土往往人工自拌，强度无法保证，包裹于结构物内降低其强度;

2)模具简单，人工制作尺寸难以确保精确，自然降低保护层合格率;

3)人工制作效率低，成本高;

4)经常是制作垫块时间短，强度未达到就使用，破损浪费严重，而且达不到垫块控制效果。

所以也有为了急用，采用细小钢筋切成尖头焊接在钢筋上，尖端抵住模板控制保护层厚度，可是由于焊点多，费时费工，且拆完模后钢筋头容易外露，锈蚀污染混凝土表面色泽，更因电解氧化引起主筋早期锈蚀严重影响结构物耐久性。后来建筑市场开始快速发展塑料垫块，它主要有形状各异、尺寸准确、操作简单、实用性强、工厂化生产成本低、脱模后混凝土外观效果佳等优点，但是作为化工塑料产品包裹在混凝土结构中，其粘结效果较差，可能影响混凝土结构的受力性能，而且可能随时间推移塑料老化或与混凝土发生化学反应，危害混凝土结构寿命，所以近年来逐渐退出市场。

近年来随着混凝土压制机械和模具的发展，压制高强砂浆垫块逐渐取代了其他垫块产品，它集中了塑料垫块和混凝土垫块所有优点;最重要的是强度得到根本性的保障，经检测其强度可达到C50混凝土同等抗压强度，其表面粗糙，浇筑后完全与结构混凝土融合，无任何负面影响，所以在近年高速铁路和高速公路中都得到推广使用。

3.2 垫块的选择和安装

预制T梁主要有梁底、肋板侧面和翼板底面与模板接触，由于部位不同一般设计保护层厚度也不尽相同，需根据图纸交底清楚，选用不同厚度的垫块。开始均使用四角形垫块(如图3a)所示)，底部垫块可以直接坐放模板上搁置钢筋，侧面则采用扎丝绑扎固定在钢筋上，控制不少于4个/m2，底部根据钢筋构件重量适当加密。经过使用和检验，发现结构物侧面保护层控制效果差，检验成品T梁保护层厚度合格率偏低，大约在70%，个别抽检甚至更低。经研究主要存在以下问题:1)四角垫块绑扎不稳固，在关扣模板时容易发生挤压破损、歪斜或脱落;2)绑扎麻烦，费工费时，绑扎数量经常达不到要求;3)在混凝土倾倒和振捣时，因混凝土的冲击力或振捣碰触，垫块扎丝断裂，垫块脱落。

图3 保护层垫块及安装效果图

根据以上分析原因，结合桩基、墩柱保护层习惯用圆饼形垫块(如图3a)所示)，经研究梁肋侧面保护层改用圆饼形垫块。又通过多次现场操作实验，开始和桩基钢筋笼垫块一样，穿短钢筋轴绑扎或焊接在梁肋竖向钢筋上(如图3b)所示)，因垫块数量多，比绑扎四角垫块费工耗时还多，工人不能接受，安装数量不达标，焊接还有烧伤主筋的现象;最后QC小组研究将圆饼垫块串在水平分布筋上，分好间距整体抬放在定位杆上，只要绑扎好水平分布筋即保护层垫块也就完成安装，经实践效果非常好[2]。圆饼垫块安装效果如图3b)，3c)所示。

4 钢筋加工

要保证钢筋安装准确、保护层控制合格率高，钢筋下料和加工的精度不容忽视。传统的钢筋切割机和弯曲机(如图4a)所示)无高精度定位装置，全靠人工操控，精度基本取决于操作工人的质量意识、认真程度和技能水平，往往加工的钢筋长短不一，弯曲角度有大有小。而新型数控钢筋加工设备正好解决了这一难题，只要将图纸设计钢筋参数输入控制电脑，机床就可准确按参数值高精度弯曲和裁切，加工的成品钢筋精度高又节约材料。通过改变参数设定就可满足各种规格钢筋的加工需要，预制T梁钢筋加工只需1台弯箍机和1台弯曲机(如图4b)所示)。

图4 钢筋加工机械

5 钢筋构件的吊装与组装

梁肋钢筋在绑扎台座上完成后，通过自制吊装提篮用龙门吊吊装到预制台座就位，然后组装好横隔板和负弯矩张拉楔形块钢筋构件，安装预应力管道等;关扣T梁模板，再绑扎翼板钢筋，安装预留预埋件，就完成了整片T梁钢筋的加工与安装。自制钢筋吊装提篮要有一定刚度，确保吊装过程不发生明显弯曲变形，吊钩间距宜控制在1 200 mm左右，以吊装时钢筋构件不扭曲变形和绑扎扎丝不滑移或崩断为准。

6 效果检查

6.1 质量效果

在开展QC活动前后，活动小组进行了质量检查，包含钢筋间距和保护层厚度主要指标在内，钢筋安装合格率由活动前的77.5%提高到94.0%，达到合格率大于92.0%的活动目标值，T梁钢筋施工质量得到明显提高[2]。另外业主各次T梁出坑质量检测抽检钢筋间距和保护层合格率情况见表1。

表1 钢筋间距和保护层抽检情况汇总表

6.2 经济效果

经调查核算，当前建筑市场钢筋工工价为熟练钢筋工18元/h、普通钢筋工12元/h、普工8元/h，之前完成1片25 m T梁钢筋加工和安装人工费约904元，采取数控钢筋加工机、钢筋定位架和圆饼形垫块后大约只需402元，即每片梁钢筋加工安装可节约502元人工费。

6.3 工期效果

原在预制台座上绑扎钢筋需占用台座时间2工天，而采用钢筋绑扎台座绑好整体吊装到预制梁台座上只需占用半天时间，节约1.5工天台座时间，每个台座每个月可以增产0.5片T梁。

6.4 其他效果

工艺措施改进后，不仅降低了操作技能要求，也减少了劳动量，在一定程度上缓解了用工荒和技术工紧张的社会矛盾，同时技术的进步也带来施工的标准化和规范化。

7 结语

1)预制T梁钢筋定位安装和保护层厚度控制的QC技术攻关活动是非常成功的，使T梁钢筋施工质量达到了优良目标。

2)活动式钢筋定位架和安装台座的配套使用、圆饼形高强砂浆垫块的科学安装，都是操作简单、实用性强、质量控制有保障的工艺和方法，具有技能水平要求低、用工少、施工进度快、节约成本等优点，这在公路预制T梁施工方面取得了重大的科技进步。

3)通过作业工厂化、工艺简单化、操作机械化、控制规范化，实现了钢筋集中加工，推进了标准化施工进程。

[1]黄绳武.桥梁施工及组织管理(上册)[M].北京:人民交通出版社，1999:201-218.

[2]永宁高速A8项目QC小组.提高公路预制T梁钢筋安装准确率(QC 成果)[Z].2011.

[3]福建省高速公路建设总指挥部.福建省高速公路施工标准化管理指南(桥梁)[M].北京:人民交通出版社，2010:28-36.