装配式钢混组合梁桥面板工厂化预制施工技术的应用研究

曹 永 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230000）

0 引述

随着工业化的发展，桥梁工程中越来越多地使用钢结构。钢混组合梁充分发挥了钢结构的抗弯性能和混凝土的抗压及与路面结构的良好粘结性能，已在桥梁结构中广泛使用。预制桥面板是此类桥梁施工的关键工序之一。如何提高桥面板的预制质量，控制好桥面板预制的精度，缩短预制生产的周期，成为桥面板预制控制的关键。本文介绍一种在山区复杂地形环境下极具市场广阔前景的用标准化设计、工厂化生产、装配化施工和信息化管理的方式建造的施工方法。采用本工法施工，有效克服了建筑业“用工难”和“用工贵”问题；克服了原材料短缺、工地排放环保问题；通过现场浇筑，质量通病倒逼建筑业依托科技创新，转型升级发展。

1 工程概况

固镇至蚌埠高速公路是安徽省规划的“徐州-固镇-蚌埠”高速公路网的一段。

本项目全线长35.787 km，工程内容包括：装配式涵洞、钢板组合梁面板预制；通道预制；钢筋混凝土圆管涵预制；新泽西护栏预制；路基防护及路基排水构件预制等工作内容。

传统桥面板现场预制施工规模化、工厂化、标准化程度不足，施工效率低，桥面板的质量和生产率严重制约桥梁工程施工进度。具体表现在传统的预制施工中，桥面板钢筋骨架加工制作粗糙，钢筋定位精度不高，钢筋骨架制作效率偏低，浇筑混凝土后养护质量不高，养护后拆模和凿毛通常采用人工方式，需要消耗大量人力，工作效率较低。

为了解决钢混组合梁桥面板预制施工中存在的上述不足，我公司依托固蚌高速、滁天高速CT-YZ标段装配式钢混梁桥面板工厂化预制标段等工程项目对梁桥面板预制施工进行技术创新，采取工厂化预制，贯彻了工程施工“工厂化、精细化、标准化”的总体方针。钢筋加工通过采取数控机床精细下料，在整体模架中精确定位安装，保证了钢筋位置和尺寸的准确；采用底模铺设钢板，侧模采用定型钢模板，保证预制板的尺寸精度；在钢筋孔位安放橡胶套，模板结合处采用橡胶压条，保证混凝土浇筑过程中不漏浆；采取侧模刷缓凝剂，高压水冲洗，达到侧面凿毛效果；成品工厂化蒸汽养护，吸盘吊装，侧模支架机械脱膜等工艺的采用，极大解决了现场吊装养护等问题，提高了工作效率，缩短了预制周转时间。对节约资源能源，减少施工环节污染，提高劳动生产效率和质量安全水平，促进建筑业与信息化工业化深度融合和培育新产业新动能具有重要意义。

2 装配式钢混组合梁桥面板工厂化预制施工工艺

2.1 施工工艺流程

该工法按照工厂化、标准化的原理组织施工。预制板钢筋骨架主要采用钢筋骨架定型模架整体成型，通过模架保证了钢筋位置，减少间距误差，提高纵横向钢筋的垂直度；利用加厚钢模板，防止模板的变形，从而保证了预制板的尺寸；在侧模涂刷缓凝剂，延缓侧面混凝土的凝结时间，用高压水即能达到凿毛的效果。通过脱模台脱模、蒸汽喷淋组合养护及真空吸盘吊装措施达到工艺要求。

施工场地布置→钢筋骨架定型模架制作→钢筋绑扎→定型模板及钢筋骨架安放→桥面板预制混凝土浇筑→预制桥面板混凝土养生→预制桥面板脱模→高压水枪冲洗凿毛→预制桥面板成品吊装、安放。

2.2 施工操作要点

2.2.1 施工场地布置

施工场地主要划分为3个区域：钢筋加工区、板梁预制区、成品堆放区，3个区域呈流水线分布。

①钢筋加工区

钢筋加工区两侧封闭式钢筋棚，在钢筋棚内安装龙门吊。钢筋加工场划分为钢筋原成品存放区、钢筋制作区和半成品存放区，钢筋加工在厂房内完成，内设数控机床。钢筋加工区域如图1所示。

图1 钢筋加工区

②板梁预制区

板梁预制区采用露天独立台座法施工，中板、边板台座分别预制。台底采用厚度为20 cm的C30号混凝土。顶面再加设一层6 mm钢板，为防止漏浆，侧模板与台座钢板密贴性，在浇注混凝土台座时四周设置4 cm×4 cm角铁，安装模板时四周用橡胶带粘贴，减少混凝土漏浆情况。台座顶面要求平整、顺直、光滑，平整度不大于2 mm。考虑到钢板与底座的密贴，首先在混凝土底座面按梅花型（间距按60cm布置）预埋钢筋，利于底座钢板与混凝土底座充分密贴，钢板安装完成后将钢板与预埋钢筋进行焊接并打磨处理。钢板在安装前首先对混凝土底座进行检查，控制好混凝土底座平整度。台座底模板在拼装时，模板间的接缝采用点焊，间距控制在10 cm。在点焊过程中防止钢板受热而产生变形。点焊完成后，用磨光机打磨磨平，并用原子灰对接缝进行磨平处理，防止接缝处水泥浆渗入，导致台座钢板起鼓，影响预制板底板质量。台座钢板铺设如图2所示。

图2 台座钢板铺设

③成品堆放区

在板梁预制区同一水平线位置设置成品堆放区。首先对场地进行硬化，沿轨道基础方向设置枕梁。枕梁采用C20号混凝土浇注，高出原地面30 cm。考虑到预制板收缩徐变影响，存放期要求不小于6个月，所以提高了堆放场地要求。成品堆放区如图3所示。

图3 成品堆放区

2.2.2 钢筋骨架定型模架制作

钢筋骨架定型模架由钢架平台、架立槽钢、定位钢筋、弧形定位片、限位钢板等组成。首先确定预制板尺寸，下料相应尺寸的方钢管，并焊接呈矩形的钢架平台；在钢架平台四周侧面，按图纸钢筋间距，用记号笔画下钢筋放置位置，随后用螺纹钢废料电焊预做标记位置，在标记位置上方，焊接定位钢筋，两根定位钢筋之间焊接弧形定位片。

预制板钢筋骨架由两侧层纵、横向钢筋形成骨架，上层钢筋按图纸设计高度用槽钢架立于钢架平台四角竖向角钢上；钢架平台外侧设置有限位钢板，限位钢板与钢架平台通过螺纹钢焊接连接。钢筋骨架定型模架结构示意图如图4所示，钢筋骨架定型模架如图5所示。

图4 钢筋骨架定型模架结构示意图

图5 钢筋骨架定型模架

2.2.3 钢筋绑扎

首先采用数控弯曲机按照图纸型号、尺寸进行钢筋下料，一次加工成型。为便于钢筋安装，在钢筋骨架定型模架四周设置钢筋存放区。安装钢筋时，将钢筋逐次放入钢筋骨架定型模架上的定位钢筋之间，确保钢筋与定位钢筋之间的弧形定位片相契合，保证各钢筋位置准确性，重复以上步骤，进行上一层钢筋安放；钢筋骨架外侧设置有钢筋定位板，钢筋顶至定位板位置，确保钢筋外露尺寸长短一致性，符合相关要求。

桥面板钢筋的所有交叉点均应绑扎，以避免在浇混凝土时钢筋移位。但两个方向的钢筋间距均不小于300 mm时，则可隔一个交叉点进行绑扎。所有钢筋应准确安设，当浇筑混凝土时，用支承将钢筋牢固地固定。钢筋应可靠地系紧在一起，不允许在浇筑混凝土时安设或插入钢筋。

用于保证钢筋固定于正确位置的预制混凝土垫块，应避免混凝土垫块在浇筑混凝土时倾倒。垫块混凝土的骨料粒径不得大于10 mm，其强度应与相邻的混凝土强度一致。用1.3 mm直径的退火软铁丝预埋于垫块内以便与钢筋绑扎。不得用卵石、碎石或碎砖、金属管及木块作为钢筋的垫块。钢筋的垫块间距在纵横向均不得大于1.2 m。桥面板混凝土的钢筋安设按照图纸要求，在竖向不应有大于±5 mm的偏差。

图6 钢筋骨架绑扎

2.2.4 定型模板及钢筋骨架安放

预制板模板采用边包底的结构形式，安装前必须对模板内侧进行打磨处理，均匀涂刷脱模剂。模板准备就位后与底座侧面接缝处用橡胶带粘贴密实，防止在浇注混凝土时接缝处的漏浆。模板安装要有足够的强度和稳定性，顺桥向、横桥向均设置通长拉杆，顶底拉杆要设置在一受力面均匀受力。

模板制作：由于考虑到板梁四周均外露预留钢筋，在模板制作时采用在模板面板中按钢筋间距设置钢筋孔眼，四周侧面模板加固采用外加固方式进行加固。为了方便模板后续的拆除方便，模板预留孔眼比钢筋直径稍大2.5 cm。预制板模板如图7所示。

图7 预制板型钢模板

钢筋骨架安放：钢筋在钢筋骨架定型模架上绑扎完成后采用桁吊安放，若钢筋骨架一次性放置不到位，采用二次起吊重新吊入，禁止采用撬棍等移动钢筋骨架。

定型组合模板安装：模板与钢筋安装工作应配合进行，妨碍绑扎钢筋的模板应待钢筋安装完毕后安设。模板不应与脚手架连接（模板与脚手架整体设计时除外），避免引起模板变形。安装侧模板时，应防止模板移位和凸出。基础侧模可在模板外设立支撑固定，墩、台、梁的侧模可设拉杆固定。浇筑在混凝土中的拉杆，应按拉杆拔出或不拔出的要求，采取相应的措施。对小型结构物，可使用金属线代替拉杆。模板安装完毕后，应对其平面位置、顶部标高、节点连接及纵横向稳定性进行检查，签认后方可浇筑混凝土。浇筑时，发现模板有超过允许偏差变形值的可能时，应及时纠正。模板在安装过程中，必须设置防倾覆设施。

当所有和模板有关的工作做完，待浇混凝土构件中所有预埋件监理工程师检查认可后，才能浇筑混凝土。这些工作应包括清除模板中所有污物、碎屑物、木屑、水及其他杂物。模板安装施工如图8所示。

图8 定型模板及钢筋骨架安放

橡胶套安装：长、短边模板安装完成后，在模板孔眼中套入橡胶套，以防止钢筋孔眼处漏浆。为了使橡胶套与模板密贴，橡胶套外侧采用水平向两根钢筋，竖向采用两根钢筋与模板外侧预留的螺柱连接牢固。橡胶套安放如图9所示。

图9 橡胶套安放

2.2.5 桥面板预制混凝土浇筑

采用拌和站集中搅拌的混凝土供应预制板梁使用，混凝土运输采用专用混凝土罐车运输；预制混凝土浇筑采用龙门吊配合料斗将混凝土灌入模板。混凝土拌合物的坍落度在搅拌站和浇筑地点分别取样检测，评定时以浇筑地点的实测值为准。为控制板梁混凝土浇注质量，要求混凝土坍落度控制在70 mm～90 mm。

混凝土运至浇筑地点后发生离析、严重泌水或坍落度不符合要求时，应进行第二次搅拌。二次搅拌时不得任意加水，确有必要时，可同时加水、相应的胶凝材料和外加剂并保持其原水灰比不变；二次搅拌仍不符合要求时，则不得使用。

预制混凝土浇筑采用插入式振动器时，移动间距不得超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模保持50 mm～100 mm的距离；每一处振动完毕后要边振动边徐徐提出振动棒，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其它预埋件。

在振捣过程中，特别注意振捣棒在插入时沿着钢筋之间的空档插入，防止振捣棒碰撞钢筋，对钢筋产生振动后会导致模板接缝处漏浆情况受到影响。

考虑到预制板安装完成后在浇筑路面结构层时需对预制板混凝土面进行铣刨，所以混凝土顶面不作拉毛处理。混凝土浇筑施工如图10所示。

图10 混凝土浇筑施工图

2.2.6 混凝土养护

预制桥面板板养护采用电脑自动化控制系统进行蒸汽养护。养护分为4个阶段：静停、升温、恒温、降温，恒温设定为58℃。养护前人工将养护程序按照各阶段所需时间输入电脑，升降温速率不大于15℃/h，养护时间根据环境温度而调整，主要调整因素为环境温度与恒温温度之间的温差，环境温度越低则升温、降温时间需相应延长。养护罩如图11所示。

图11 养护罩

蒸汽养护管道布置在预制板模板下部，并对蒸汽孔间距进行了严格控制，确保预制板养护过程中，各部分温度均匀。预制板养护罩单独加工而成，具有良好的密闭性，且保证预制板养护时不受雨水天气影响，上部有专用吊环，方便吊装，预制板模板四周做10 cm×10 cm封水槽，养护罩卡入封水槽内，封水槽中注水，可以有效地防止养护蒸汽外泄，提高养护控制精度。蒸汽养护管道如图12所示。

图12 蒸汽养护管道

2.2.7 预制桥面板板脱模

脱模时先吊开养护罩，拆除底模固定装置，利用真空吸盘将预制板连同侧模一起吊到脱模台上进行侧模拆除，侧模拆除时先拆除侧模附件，打开侧模连接装置，然后将拆模装置的挂钩与侧模相应位置进行固定，启动拆模装置，拆模装置将按所设定程序，有序地完成模板拆除工作。拆模完成后，待检验人员对桥面板检验完毕，将桥面板吊至成品堆放区进行码放。脱模后及时进行模板清理，运输至板梁预制区循环使用。脱模施工如图13所示。

2.2.8 高压水枪冲洗凿毛

图13 预制桥面板脱模

采用高压水枪冲洗凿毛，效果与人工电动手扶式凿毛相比，速度快而且效果更佳。首先在模板安装前，均匀涂刷由专业生产厂家生产的缓凝剂，一般缓凝剂的有效时间均为8h（是指从安装模板、加固、浇注混凝土、拆模总需要时间）。模板拆除后利用高压水枪对混凝土侧面冲洗，水枪压力一般达到0.8MPa。利用高压水枪凿毛冲洗，混凝土表面能露出粗骨料，有利于后期新旧混凝土的咬合；平均一块板凿毛时间只需15min，大大节省了时间，并且每天生产的桥面板凿毛只需一人完成，在劳动力方面节约了成本；而且在钢筋较密处均能有效凿毛。凿毛施工如图14所示。

图14 预制板凿毛

2.2.9 预制板成品吊装、安放

预制板养护完成后，作为起吊强度和弹性模量的试验依据，要求强度及弹性模量达到设计强度值的95%方可起吊，采用真空吸盘方式进行吊装。预制梁面板吊装、安放如图15所示。

图15 预制板吊装及安放

3 关键技术的质量控制

3.1 质量标准

严格执行《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）、《钢筋机械连接技术规范》（JGJ 107-2016）、《钢筋焊接及验收规范》（JGJ 18-2012）、《组合钢模板技术规范》（GB/T 50214-2013）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）、《公路工程质量检验评定标准》第一册土建工程（JTG F80/1-2017）等相关技术规范和设计的要求。

3.2 钢筋加工及安装

钢筋加工采取数控机床精细下料，钢筋制作通过钢筋骨架定型模架，在整体模架中精确定位安装，保证了钢筋位置和尺寸的准确。

3.3 组合模板安装

底模通过定型钢模板嵌入混凝土底座；侧模采用定型大厚度钢模板，支架机械脱膜，减少钢模板的变形，保证预制板的尺寸精度。

3.4 喷脱模剂及水洗剂

采取侧模刷水洗剂（缓凝剂），高压水冲洗，节约了凿毛的人工投入且凿毛效果好。

3.5 混凝土浇筑及养护

以高频振捣器为主，插入式振捣棒为辅。采用成品工厂化蒸汽养护，缩短了预制周转时间。

3.6 吸盘吊装及存放

采用真空吸盘方式进行吊装，省出了吊环钢筋材料费且保证了预制板表面平整。

4 结语

推广装配式建筑是传统建筑业转型升级的迫切需要。建筑业“用工难”和“用工贵”问题日益突出，原材料短缺、工地排放环保问题压力加大，现场浇筑质量通病难以克服等问题倒逼建筑业依托科技创新，转型升级发展。

采用设计标准化、生产工厂化、施工装配化和管理信息化的作业方式进行装配式钢混组合梁桥面板工厂化预制施工，对节约资源能源，减少施工环节污染，提高劳动生产效率和质量安全水平，带动建材、节能、环保等相关产业发展，拉动经济增长，对实现绿色发展，促进建筑业与信息化工业化深度融合、新产业新动能培育具有重要意义。