青海地区公路桥梁预制构件质量提升关键措施研究*

张建鹏，景晶晶

（1.青海西互高速公路管理有限公司，青海 西宁810008；2.江苏开放大学 建筑工程学院，江苏 南京210036）

1 概述

在新时代交通强国建设背景下，公路工程建设实体质量水平要求越来越高，青海省交通工程建设领域迎来重大的挑战和发展机遇。随着交通工程建设高质量发展的趋势，青海省交通运输厅组织编制了《青海省公路建设管理指南》（第二分册管理机构与工地建设）[1]，全面推行工厂化生产、装配化施工，精细管控公路工程预制梁板实体质量，提高工程耐久性。工程耐久性一直以来都是交通工程建设者们关注的重点，多位学者从耐久性设计[2-6]、钢筋保护层厚度控制[7]、外观质量[8-9]等多方面开展了一系列研究，也取得了一系列成果。然而，现有研究中，针对施工过程中具体的工程耐久性提升措施研究还尚显不足，且对桥梁预制构件质量提升的针对性也不够强。

同时，交通运输部品质工程理念的提出，更是对公路工程建设提出了更高的要求，追求工程内在质量和外在品味的有机统一。2017 年底，交通运输部印发的《公路水运品质工程评价标准（试行）》[10]中明确提出工程建设项目的“耐久性控制指标符合项目质量管理要求，混凝土关键指标质量控制均匀性高”，其中混凝土关键指标包括主要构件混凝土强度（以28 天龄期强度进行计算）标准差和钢筋保护层厚度（工后）合格率，要求主要构件混凝土强度标准差小于1.5，钢筋保护层厚度合格率大于95%。

青海省交通运输厅印发的《青海省公路工程品质提升三年（2018-2020 年）攻关行动实施方案》[11]中，也明确指出青海省公路桥梁建设，仍存在钢筋加工安装不规范、智能张拉与压浆关键工序质量控制不严、预制梁板几何尺寸控制不精准、墩台垂直度控制不严、工后钢筋保护层厚度合格率不高、湿接缝施工质量控制不严等问题，应大力推广桥梁施工标准化、装配化程度，切实提高寒冷地区桥梁工程质量，提升桥梁使用耐久性。

为此以西宁至互助一级公路扩能改造工程项目（以下简称“西互项目”）预制梁板的混凝土关键指标为研究对象，通过分析质量检测数据，深入剖析混凝土强度均匀性差、钢保层厚度合格率不高的问题，并从施工工艺、原材料、机械设备、现场管理等方面提出质量提升关键措施，提炼总结先进技术和管理经验，形成可复制可推广的特色经验做法，切实提高青海地区预制梁板工程实体质量。

2 预制梁板质量检测数据分析

西互项目地处西宁市和海东市互助县境内，位于青海省东北部，是《青海省省道网规划（2014-2030 年）》5 条放射线中“省道101 线西宁高速”的重要组成部分，也是加强西宁市向周边地区辐射的高速路网重要组成部分。路线全长42.78 公里，设计速度100 公里/小时，概算投资35.85 亿元，其中共设大桥2354.6m/9 座，中桥622.84m/7 座。西互项目推行工厂化生产、装配化施工，作为青海省首批桥梁装配化施工试点，桥梁上部结构预制化率达到70%。

为深入了解西互项目预制梁板在实体质量方面存在的问题，对大庄大桥预制梁板的混凝土强度标准差、钢筋保护层厚度合格率进行了检测和评定，其中混凝土强度标准差根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23-2011），采用回弹法进行强度检测，按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）评定，后经统计计算得出强度标准差；钢筋保护层厚度根据《混凝土中钢筋检测技术规程》（JGJ/T 152-2008），采用电磁感应法进行工后钢筋保护层厚度的无损检测，按《公路桥梁承载能力检测评定规范》（JTG/T J21-2011）评定（钢筋保护厚度特征值与设计值比值介于0.9～1.3 的为合格），后统计计算得出合格率。

经实地检测及数据统计分析，大庄大桥预制梁板的混凝土强度标准差为2.088，钢筋保护层厚度合格率仅为61.6%。混凝土强度均匀性差，钢筋保护层厚度合格率低，预制梁板实体质量、耐久性存在严重问题。

3 预制梁板存在的主要问题及原因分析

从上述预制梁板检测指标的质量数据分析可以看出，预制梁板钢筋保护层厚度合格率较低，混凝土强度离散程度大、均匀性不高等问题严重，通过现场检查和反推各施工环节，发现西互项目预制梁板在混凝土强度、钢筋加工和安装、混凝土浇筑等方面存在施工精度不足、质量控制不严等现象。基于此，围绕施工工艺、材料、机械设备和现场管理四个方面开展原因分析。

3.1 混凝土性能问题

3.1.1 混凝土强度偏低

表现为混凝土构件强度检测结果达不到设计要求。其原因包括：（1）施工工艺：配合比不符合要求或未按集料含水率变化及时调整施工配合比。（2）材料：水泥受潮，水泥强度等级降低，影响混凝土强度；碎石的压碎值、针片状、级配等指标达不到要求，砂石料的含泥量过大，黄砂中含有较多的木炭、卵石、贝壳、泥块等杂质，黄砂的级配差，石英含量低；水泥、砂、石料和拌和用水计量不准确或根本就没有计量；混凝土拌和用水不符合要求；掺加的外加剂不符合要求。（3）现场管理：未按照施工规范做好混凝土养生措施。

3.1.2 混凝土强度不均匀

表现为28 天抗压强度标准差偏大。其原因包括：（1）施工工艺：配合比的设计不合理；浇筑过程中振捣不均匀，部分位置振捣不足或过振；拌合时间不足；未根据湿度、温度等情况动态调整养生方案；养生时未能保证混凝土各处养生条件均匀，比如洒水不均匀、蒸养时温度变化大。（2）材料：水泥、砂石料等原材质量不稳定；外加剂、掺合料等材料不稳定；混凝土和易性不好，浇筑时产生离析。（3）机械设备：拌合楼计量系统精确度不足，计量不准确；罐车运输过程中搅拌速率不稳定；发生拥堵，运输时间不可控；现场落料方式（泵送、滑槽和直接下料）不一致；振捣设备不配套；拌合楼工作不稳定。（4）现场管理：未根据材料及现场情况动态调整施工配合比；现场组织不合理，浇筑过程不连续；未有效执行养生方案；技术交底不到位。

3.2 钢筋保护层问题

3.2.1 钢筋加工精度

表现为长度、角度加工偏差不符合规范要求。其原因包括：（1）施工工艺：配料计算长度不准确；钢筋在堆放中产生扭曲，角度偏差；钢筋半成品在装卸、运输或堆放过程中发生扭曲、变形，外形尺寸不符合要求。（2）材料：钢筋进场即扭曲；钢筋粗细不均，给加工带来障碍。（3）机械设备：加工设备自动化程度低；很多设备处于半自动化，人工操作困难；加工设备加工精度较低，偏差较大；加工设备使用磨损大。（4）现场管理：很多新设备，操作人员不熟练，操作不规范；管理人员过分依赖设备，不对半成品进行检验；钢筋加工及安装放样不准确。

3.2.2 安装精度

（1）钢筋定位不准确。其原因包括：a.施工工艺：部分钢筋图设计不合理，钢筋太过密集，现场无法准确定位；测量放样存在偏差。b.材料：钢筋加工半成品精度不高；钢筋骨架存在局部变形。c.机械设备：钢筋胎架制作精度误差大；钢筋胎架使用过程中变形及基础沉降。d.现场管理：作业人员未按图纸设计定位进行安装；安装不够牢固，致使偏离设计定位；骨架运输、吊装及存放不规范，存在局部变形。（2）连接方式不够稳固（焊接、机械连接、绑扎）。其原因包括：a.施工工艺：焊接方式选取不当；焊接中电流、引弧高度、下送速度不正确。b.材料：焊条质量不合格；连接套筒不符合规范要求；扎丝质量不合格。c.机械设备：钢筋滚丝设备加工精度较低，偏差较大。d.现场管理：作业人员不熟练，操作不规范；作业人员责任心不强，未把握焊缝/搭接长度，未有效清理焊渣/扎丝规范绑扎；钢筋丝头未打磨平整，加工完后未有效保护。（3）钢筋骨架吊装偏差。其原因包括：a.施工工艺：吊点选取不当；吊装方法不正确。b.材料：吊装架刚度不足。c.现场管理：未有效执行吊装方案；吊点不足；指挥吊装作业不规范。（4）模板安装及混凝土施工影响。其原因包括：a.施工工艺：模板粗暴安装，对钢筋骨架造成扰动；混凝土振捣过振，对钢筋骨架造成扰动。b.材料：模板刚度不足，变形；模板表面不平整；保护层垫块不合格、垫块密度不够。c.现场管理：模板拼装过程不规范；振捣过程中过振；保护层垫块安装数量不足；浇筑过程中模板存在位移。

3.2.3 钢筋保护层厚度偏差较大

表现为钢筋保护层实测数据不符合设计和规范要求。其原因包括：a.施工工艺：钢筋保护层垫块设置偏少、偏小、不规范，定位不准确；混凝土浇筑时对钢筋骨架扰动较大。b.材料：钢筋骨架扭曲、变形严重；模板尺寸不准确，偏差较大或模板刚度不足，支撑固定不牢，施工出现跑模现象。c.现场管理：作业人员未按技术交底内容落实施工；现场管理人员巡查、核查不足，未能及时发现问题；技术交底不到位。

4 质量提升措施

4.1 混凝土性能提升措施

一是从源头把关，经多方实地比选，选取优质砂石料、水泥、外加剂。二是料仓大棚及拌合机、上料仓采用全钢结构全封闭结构，所有进场车辆一律经过洗车池冲洗，防止外来污染物污染材料。三是加强原材料、半成品和成品的进场监管及取样检测工作，把好工程质量第一关。四是重视原材料及混凝土配合比，控制混凝土拌和用水量、水胶比、外加剂等。五是经试验确定混凝土施工工艺参数。如混凝土坍落度范围、浇筑顺序、分层厚度、振捣时间、提棒速度、混凝土拆模及养护龄期的一致性等。六是强化现场组织，确保工序作业衔接合理。七是搅拌用水设库，配备电加热设备，合理选择混凝土浇筑时间，运输罐车采取保温措施，稳定混凝土入模温度。八是配备数量足够、合适的振捣设备，实行混凝土振捣分区划块，选择有经验的振捣工进行施工作业。九是采用强制式搅拌设备，保证充分的拌和时间，每盘混凝土搅拌时间不少于120s，对于掺纤维等材料的混凝土，适当延长搅拌时间，防止混凝土强度不均匀。十是采用拌和站信息化管理系统，运用信息化手段，通过采集生产过程数据，运用传输、存储、统计分析等手段，达到混凝土生产监控及质量追溯的目的，确保混凝土质量。最后是针对青海地区高寒、日温差大、干燥等特点制定合理的养生措施，实时对时间、温度、湿度进行监控。

4.2 钢保合格率提升措施

一是采用智能数控钢筋加工设备，并根据标准样件进行抽检，保证钢筋加工精确度。二是采用钢筋绑扎专用胎具，对底、腹板及顶板钢筋进行限位，另外辅以拉线、靠尺等手段进行定位绑扎，提高钢筋的精准度。三是在批量钢筋加工前采用首件钢筋认可制度，对梁体每种型号钢筋进行试加工，严格比对1：1 钢筋大样图，直至尺寸完全吻合后将尺寸与弯曲角度输入数控钢筋弯曲中心后批量生产。四是提高钢筋绑扎胎架和钢筋笼吊具刚度，减少钢筋骨架形变。五是针对不同部位采用不同形式的高强砂浆垫块，垫块的厚度根据首件试验确定。六是根据保护层厚度选择相应尺寸的垫块，严格控制保护层垫块尺寸和强度，尺寸误差不得超过1mm，强度不小于结构混凝土强度。七是保护层垫块数量不得少于图纸或规范要求，按梅花形布置，并且保证均匀，腹板底部等受力较大部位适当加密。八是提高测量放样精度，并严格按照测量现场放样尺寸进行定位。九是采用扁担梁或增加加强钢筋的方式多点平衡吊装，并采用专用运输车运输钢筋，减少变形。十是严格按照测量放样尺寸安装模板，并控制好垂直度，并增加模板支撑的刚度，防止模板位移。

5 结束语

公路桥梁施工装配化是当前行业发展的主流，青海地区公路桥梁预制构件质量水平受原材料、模板、加工精度、工艺控制、技能水平、现场管理，甚至高原气候条件等因素影响，现阶段实体质量水平尚有待提升。通过对青海地区公路桥梁预制构件质量提升关键措施的研究，深入剖析青海省预制梁板存在的质量问题以及产生的原因，并提出了相应的质量提升措施，为切实提高青海地区公路桥梁预制构件质量提供技术支撑。

在交通强国、质量强国、品质工程的发展潮流下，需要我们交通建设者以高质量发展为目标，多角度、多维度、多层次、全方位地去发现问题、解决问题，切实提高实体质量，力争打造优质耐久的工程项目。