预制小箱梁桥施工工艺质量控制与影响因素研究

李芳

（昆明市建设服务中心，云南 昆明 650011）

0 引言

简支梁的施工工艺成品，具有受力明确、结构规整等特点。当发生温度变化、材料收缩、外界张拉等多种作用情况时，梁结构不会出现附加内力。此结构可用于各类中小跨径装配化施工工艺，结构内力稳定，不易改变。在载荷固定条件下，正弯矩逐渐变小，此时结构连续梁桥更具施工工艺经济性。为此，采取“简支＋连续”的施工工艺方法，形成先简支后结构连续预制梁结构，可有效控制工期，保证施工工艺质量。

1 工程概况

案例项目为海河桥，坐落于飞虎大道南段，海河跨径宽度约为29m。此项目上部结构，施工工艺方案为“预制法＋简支箱梁”。主梁施工采用预制构件，在主梁吊装完成后，使用现场浇筑的方法，连接各片梁，施工成连续整体。

2 预制小箱梁桥施工特点

2.1 施工工艺特点

预制小箱梁桥施工工艺，多用于预制施工工艺方案中，具有“体系转换”“结构连续”的施工工艺效果。预制梁桥成品具有较高的施工工艺优势。在桥梁施工工艺完善的视野下，预制小箱梁桥施工工艺获得了多重应用。然而，在施工工艺实践中，会出现裂缝质量问题，削弱了桥梁结构的整体性能，降低了施工工艺成品的美观性。预制小箱梁桥施工工艺共有五个特点：第一，采取标准预制施工工艺，前期集中生成预制梁，保证施工工艺质量。第二，可同步开展桥梁各孔位的施工工艺任务，有利于压缩施工周期。第三，使用架桥机进行统一安装，可保证安装质量，有效控制安装进度，合理规划施工工艺和设备，具有较高的施工工艺经济性。第四，预制生产期间，使用定型钢模，可加快预制速度，有效控制材耗，预制效果优异。第五，结构连续预制梁的工艺成品，符合工程质控要求[1]。

2.2 受力特点

小箱梁具有自重轻、抗扭性能好等结构优势。转换前期为简支梁受力，主梁结构转换完成后，结构成为连续梁，能够承载二期固定作用力。由此可见，预制小箱梁桥成品，具有叠加内力的承载能力。

3 预制小箱梁桥施工工艺分析

3.1 施工工艺不足

3.1.1 转换不规范，削弱成品性能

参照预制小箱梁桥的整体施工工艺方案，转换施工工艺尤为关键。在转换施工工艺中，如未全面把握连续梁桥的结构特点，将会使小箱梁出现质量问题，集中表现为裂缝。形成裂缝质量问题的关键因素有：前期梁桥空间结构设计时，未完成力学分析，致使结构整体刚度不足；施工工艺期间，并未严格参照规范要求，进行施工工艺控制，致使成品与设计方案出现较大偏差，形成裂缝问题，削弱了预制小箱梁桥成品性能，使其结构受力、结构耐久性均无法达到工程要求。

3.1.2 预制施工工艺的精度不足，降低施工工艺效果

跨数较多的桥梁结构，需进行桥梁荷载试验，测定桥梁预制结构的施工工艺质量。预制生产小箱梁期间，以批量生产为主。引入概率调查分析方法，合理应用可靠度分析方法，综合评判施工工艺质量，旨在增加预制方案设定的简便性，提高评价结果的可参考性。然而，当前使用的可靠度分析方法，尚存不足，致使评价内容缺失一定依据，亟须改进。收集桥梁参数后，方可进行质量评价。如果参数精确度不足，将会降低质量评价的真实性。如果调查参数具有“正态分布”特点，可直接使用参数进行可靠度分析。如果调查参数并非“正态分布”，需将其处理成正态分布之后，再进行可靠度分析。实践中，进行正态分布转换，会增加数据偏差，难以保证分析结果的可靠性。

3.2 质控对策

3.2.1 规范转换施工工艺，保证成品性能

预制小箱梁桥的施工工艺过程，是使一联多孔的梁桥结构从预制梁生产环节至梁装在支座位置，呈现出简支受力形态，与一般梁并无较大差异。小箱梁竖向结构之间，在墩顶与通波纹管箱梁之间，添加钢绞线，进行湿接段处理，使其形成连续结构。依据施工工艺要求，卸除临时支座。此时桥梁上部承受的荷载，主要由永久支座承担。采取此种规范的施工工艺操作方法，完成了体系转换，增加了连续梁结构受力分布的合理性。

3.2.2 精确给出预制方案，提高施工工艺成效

进行预制小箱梁桥的生产，梁板的可选材料较多，包括“空心板”“T 梁”等。梁型的选择理念如下：

第一，参照跨径、工程需求综合选定梁型。如果材料是空心板，梁型跨径应介于13～25m，跨径小于20m 时，整体梁桥结构性能较优。如果上部结构是小箱梁，梁型跨径大小应介于20～35m，参数不超过30m 时，结构性能较好。如果上部结构是T 梁，梁型跨径规格应处于20～50m，取值40～50m 为最佳。整理材料与梁型确定的精确参数，如表1所示。

表1 材料与梁型确定的精确参数

第二，依据受力需求选择上部结构。小箱梁具有较强的抗扭性能，相比空心板与T 梁，抗扭效果最好。

第三，参照工程地势特点选择上部结构。地势平缓的地区可选择小箱梁，地势陡峭多用T 梁。案例项目处于地势平缓的区域，使用小箱梁为宜。

第四，以结构美观性为主选择上部结构。相比之下，小箱梁美观性较高，其次是空心板。

第五，以梁型规格一致的理念选择上部结构。一个桥梁项目中，应主选一种类型的梁结构，以此保证规格统一、结构连续。

由此发现，预制小箱梁桥施工工艺规划期间，应合理确定梁型，从施工工艺成本、跨径大小、受力需求、工区地势等视角，综合给出适用的施工工艺方案，提升方案设计的精确性，增强施工工艺内容的规范性，达到控工期、保质量、低成本的施工工艺质控目标[2]。

3.3 施工工艺质控方法

预制小箱梁桥的施工工艺质控共有三个阶段。

第一，成品质检阶段。在预制小箱梁桥施工工艺完成后，检验产品质量，排查劣质成品。此种检验方法，具有工程质量的监督作用，能够有效监督施工工艺操作的规范性，及时排查不合格的成本结构。

第二，统计质量管理。此环节使用数理统计方法，前期控制施工工艺方案，防止出现劣质成本。由专业施工工艺人员，制定施工工艺方案，保证施工工艺质控效果。此种质控方法，可在施工工艺前期融合质控思想，有效消除质量风险，切实推进质量管理工作。

第三，全面质控阶段。以整个工程施工工艺过程为对象，进行全面质控管理。有效落实试验工作，给出完整的施工工艺方案，合理鉴定试验成品。以全环节的质控方法，积极把握施工工艺质量。工程案例实践中，使用全面质控方法，积极排查质量风险，获取优异的预制小箱梁桥施工工艺成品。

4 案例工程质量验收分析

4.1 影响预制小箱梁桥性能的因素

4.1.1 预制小箱梁桥成品完整性。材料强度不够、箱梁结构尺寸较小，均会引起梁桥成品结构不完整，削弱结构整体性能。

4.1.2 材料性能。在施工工艺期间，质控不规范，会降低材料性能，使其无法达到性能要求，出现严重的质量问题。性能不好的材料，难以抵挡外界因素的影响，出现材料质变问题，危及预制小箱梁桥成品的施工工艺效果。

4.1.3 钢筋锈蚀。预制生产期间，使用的材料有混凝土与钢筋。如果钢筋发生锈蚀问题，材料表层的防锈层质量欠佳，会危及预制小箱梁桥成品的施工工艺质量。成品裂缝，主要是钢混黏合力较弱引起的。裂缝形成后，会降低材料保护作用，缩短截面，致使钢筋发生锈蚀，削弱预制小箱梁桥成品整体的承载能力。

4.1.4 环境因素。以案例工程周边环境为参考，环境属性为“特殊环境”。在普通环境中，空气是引起钢混出现质变的主要因素。特殊环境中，以防锈为主要任务。为此，案例工程需加强防氧化、防锈蚀处理[3]。

由上述分析可知，影响预制小箱梁桥成品质量的因素有混凝土性能、预应力变化、梁截面大小、桥墩参数、承台与桩基性能。其中，对桥墩具有影响作用的参数有：高度、截面。对承台与桩基中具有影响作用的参数是桩直径、桩长度。

4.2 工程技术指标

技术指标如表2所示。

表2 案例桥梁项目的技术指标

4.3 建模分析

4.3.1 应用Midas civil 创建模型，导入案例工程的各项施工工艺方案，创建预制小箱梁桥模型。质量验收建模时，全桥共有1100 个节点，梁单元共计981个。从自身质量、预应力两个方面，进行荷载分析。

4.3.2 参数选择。案例项目的梁、墩、承台、桩基四个结构，选出具有预制小箱梁桥影响作用的参数。梁体结构选择的参数是抵抗弯矩。桥墩参数选择临界荷载。承台参数选择与桥墩相接位置的切应力。桩基选择单桩竖直承载能力。

4.3.3 模型分析发现：各个因素对预制小箱梁桥质量均有一定影响，影响程度有差异。影响程度的权重分配结果：梁体、桥墩、桩基影响的权重均为0.3，承台影响的权重为0.1。各二级指标的影响权重为梁混凝土性能0.012，预应力损失0.341，梁截面大小0.647，墩截面大小0.274，墩高0.01，承台截面大小0.5，承台高0.5，桩直径0.886，桩长度0.114。

4.4 预制小箱梁桥验收评价理念

创建预制小箱梁桥质量验收评价体系，需要考量影响结构质量的多个因素。实践中，验收评价的理念包括：第一，目的性。预制小箱梁桥质量验收的评价工作，应保证评价的客观性，评价内容的真实性。第二，实用性。当桥型不同时，验收评价结果会出现一定差异。为此，创建预制小箱梁桥质量验收评价体系，应保证指标具有更换的灵活性。第三，简明性。用于桥梁质量判断的因素较多，以简化验收流程为方向，选择威胁程度较大的因素。第四，定性＋定量。采取定量分析、定性评价的方法，全面给出桥梁质量评价结果。第五，层次性。将威胁预制小箱梁桥质量的各类因素，进行层次划分，创建多层级的评价体系，细化验收流程，完善评价内容[4]。

4.5 验收评价依据

参照质量验收各项规定，验收分数与质量评级的对照关系如表3所示。

表3 验收分数与质量评级的对照关系

表3、表4 数据参照《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1—2012）的规定内容（仅包括合格、不合格），联合平台多级质量分类，进行评分数据分级，给出更为细致的验收方法，其中很差、较差代表不合格，一般、较好以及优秀代表合格。五等（＜65 分）代表不合格，四等及以上（≥65 分）代表合格。

表4 桥梁项目的质量评价层级划分方法

表3、表4 数据参照《公路工程质量检验评定标准》（JTGF801—2012）的规定内容。

4.6 工程验收方法

4.6.1 钢筋性能验收：各构件，均抽选2 个进行断面检查，梁、板位置的构件偏差不超过10mm，基础与墩台的施工工艺偏差应控制在20mm 以内；灌注桩施工工艺偏差不应超过20mm。保护层验收时，各模板周边选出8 个检测点，柱与梁的保护层施工控制标准为±5mm，基础与墩台的保护层验收标准为±10，板材保护层的质检规范为±3mm。

4.6.2 承台验收时，材料强度符合要求。每种参数各取2 点进行验收，规格偏差＜30mm 以内。使用水准仪查看5 个位置的高度值，检测承台顶面高程。

4.6.3 桥墩外观处于规范要求内，断面大小偏差不超过20mm，顶面高度偏差处于10mm 以内。外观检查时，桥墩、承台各位置的结构规整、表面光洁，未见明显接缝问题。如发现裂缝问题，依据裂缝大小进行减分处理。裂缝宽度的免减分评价标准是：裂缝宽度＜0.15mm。案例工程各项质量验收得分为96 分，参照表4 的质量评价规则属于“一等质量”，能够达到桥梁质量要求。

5 结语

综上所述，预制小箱梁桥结构表现出工期短、性能高的施工工艺优势。实践中，会受到材料性能、截面大小、环境条件等诸多因素的影响。加强质量管理，积极提高施工工艺效果，是预制小箱梁桥施工工艺实践的重要措施。以案例项目为对象，进行工程质量验收，从多个工程视角，参照验收标准，给出得分，质量验收方法具有较高的可信度。经实践发现，案例项目质量得分为96 分，为一等质量，符合要求。