預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)對(duì)道路橋梁施工的影響分析

文/孫庚華

1 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件指的是利用預(yù)應(yīng)力材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部施加壓力，以此抵消外部存在的拉應(yīng)力。該技術(shù)通過(guò)利用高性能材料，并以先進(jìn)的設(shè)計(jì)方式整合，以達(dá)到使混凝土結(jié)構(gòu)更牢固耐用的目的。該技術(shù)核心為采取高強(qiáng)度的鋼材和混凝土，并且加之以現(xiàn)代設(shè)計(jì)方式的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)對(duì)照普通混凝土構(gòu)件來(lái)分析預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的優(yōu)劣性，分析道路橋梁施工中采用預(yù)應(yīng)力混凝土遇到的問(wèn)題，并針對(duì)道路橋梁施工中選擇預(yù)應(yīng)力構(gòu)件及施工工藝需求提出對(duì)策。

2 背景

談到預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，我們不得不引入預(yù)應(yīng)力這個(gè)概念。從廣義上講，預(yù)應(yīng)力就是有目的地施加某種數(shù)值與分布的內(nèi)應(yīng)力，不僅僅預(yù)壓力是預(yù)應(yīng)力，根據(jù)工程需要，也可以預(yù)先施加拉力，這也是預(yù)應(yīng)力。舉個(gè)常用的例子：扎木桶。如圖1 所示，預(yù)先張拉擰緊環(huán)向竹箍，給木桶板施加預(yù)先壓力，封閉木板桶間縫隙，以防止?jié)B水。

圖1

回到混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土抗拉能力和抗壓能力相差太過(guò)懸殊。根據(jù)使用過(guò)程中的荷載特點(diǎn)，我們可以預(yù)先給使用過(guò)程中的受拉區(qū)施加壓力（與此同時(shí)，將來(lái)的受壓區(qū)可能也會(huì)受到拉力），以此平衡拉力與壓力，防止混凝土過(guò)早開(kāi)裂。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點(diǎn)分析

首先，采用的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)具有較好的剛度且抗裂性好。因?yàn)闃?gòu)件內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力筋會(huì)使構(gòu)件受到張力，而構(gòu)件在正常使用階段，使用荷載和預(yù)應(yīng)力會(huì)相互作用抵消，避免拉裂結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；其次，選擇預(yù)應(yīng)力構(gòu)件能夠有效降低自身機(jī)構(gòu)重量，同時(shí)起到節(jié)材的作用。通常，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件必須采用較高強(qiáng)度的材料，所以在為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算配筋時(shí)，可根據(jù)規(guī)范要求減少構(gòu)件鋼筋使用量和截面積（截面尺寸），這樣就可以節(jié)約鋼材和混凝土，很大程度上減輕了結(jié)構(gòu)自重，同時(shí)制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件也可有效減小混凝土梁的拉應(yīng)力以及垂向上存在的剪切力。梁構(gòu)件的內(nèi)置彎曲鋼筋會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力；另外，構(gòu)件截面具有拉應(yīng)力，其會(huì)使荷載作用下的主拉應(yīng)力相應(yīng)減小。因此，梁結(jié)構(gòu)的厚度可以適當(dāng)縮減，采取預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可使預(yù)應(yīng)力混凝土梁的重量進(jìn)一步減輕。該技術(shù)對(duì)于大跨度和重荷載結(jié)構(gòu)尤其是大跨橋梁具有明顯的優(yōu)越性。對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)和重荷載結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)能有效緩解以上結(jié)構(gòu)變形，有利于抵抗可變荷載以及偶然荷載，明顯提升結(jié)構(gòu)的整體效用；再次，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可以很大程度上提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。例如，普通構(gòu)件形狀細(xì)長(zhǎng)且占地體積比較大的時(shí)候，當(dāng)受到較大壓力時(shí)極易被壓彎，壓力增大導(dǎo)致喪失穩(wěn)定，就會(huì)使構(gòu)件進(jìn)一步被損壞。若采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)處理，縱向受力鋼筋被拉伸且自身處于緊張狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力鋼筋本身不會(huì)輕易受彎變形，鋼筋受到其周?chē)炷恋奈展绊?，提高了其周?chē)炷恋姆€(wěn)定性；最后，預(yù)應(yīng)力技術(shù)有助于提升構(gòu)件的耐疲勞性能，因?yàn)闃?gòu)件內(nèi)部具有預(yù)應(yīng)力較大的鋼筋，當(dāng)處于使用階段，構(gòu)件外部荷載增加，抵消一部分預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的荷載，因此導(dǎo)致荷載的變化量不大，可以有效改善構(gòu)件的耐久性。

雖然預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在道路橋梁中擁有很多優(yōu)勢(shì)，但是相比于普通的混凝土工程也存在一些缺點(diǎn)。施工技術(shù)比較復(fù)雜，無(wú)論是對(duì)工程所使用的設(shè)備，還是施工行為質(zhì)量都有較精確的要求，所以在實(shí)際施工中如果應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)除了要為其配備精通工藝且操作嫻熟的專(zhuān)業(yè)施工技術(shù)人員，同時(shí)還需要配備一定數(shù)量的符合條件的專(zhuān)門(mén)設(shè)備，例如校對(duì)儀表、張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備。另外，除了工藝復(fù)雜、操作專(zhuān)業(yè)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的要求也相對(duì)高，在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力過(guò)程中，若操作不當(dāng)，就會(huì)容易造成反拱現(xiàn)象，即反拉應(yīng)力，反拉應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響到公路橋梁隧道工程質(zhì)量；最后，預(yù)應(yīng)力混凝土費(fèi)用遠(yuǎn)大于非預(yù)應(yīng)力工程費(fèi)用，相較于不使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的工程，該技術(shù)成本花費(fèi)較大。

4 在公路橋梁施工中對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

隨著公共交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施加快建設(shè)和發(fā)展，全國(guó)各地正在大量建設(shè)道路橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有自重輕、跨度大、使用荷載較高、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理、施工便利易行、施工工藝成熟且臨時(shí)設(shè)施投入較少等眾多優(yōu)點(diǎn)[1]。在公路橋梁工程建設(shè)中，其項(xiàng)目越大，涉及的方方面面各種因素就有很多，其結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，尤其是多跨橋梁，這種橋梁的結(jié)構(gòu)和位置是不同的，且荷載的彎矩效應(yīng)也是不同的。通常來(lái)看，大部分橋梁整體的中間位置具有正彎矩，即橋梁整體的底部會(huì)受到張力的作用。另外，混凝土結(jié)構(gòu)的剪切和拉伸性能是有限的，很難符合大型橋梁工程對(duì)質(zhì)量的要求。由此可以得出，在跨度較多的橋梁工程的施工中，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)處理混凝土構(gòu)件，有利于提高橋梁主體中間位置抗拉和抗剪切力；與此同時(shí)，還能在很大程度確保多跨橋梁的穩(wěn)定性，提高安全性能。

5 公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力問(wèn)題及對(duì)策

在公路橋梁工程施工過(guò)程中，采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)雖然有效提高了工程質(zhì)量，但是也同時(shí)衍生出了其他的一些問(wèn)題，若這些問(wèn)題不能得到妥善處置，那么同樣會(huì)影響公路橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量，所以施工單位有必要對(duì)這些問(wèn)題加以關(guān)注，確保施工質(zhì)量過(guò)關(guān)。

5.1 施工工藝問(wèn)題及對(duì)策

預(yù)應(yīng)力材料問(wèn)題。采用業(yè)內(nèi)規(guī)模較大、品牌過(guò)硬的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，嚴(yán)格依照“三證”制度管理，即預(yù)應(yīng)力材料的生產(chǎn)商應(yīng)出具的質(zhì)量保證書(shū)、各項(xiàng)檢驗(yàn)通過(guò)的合格證書(shū)、產(chǎn)品出廠時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)得出的相關(guān)報(bào)告。

張拉時(shí)間的問(wèn)題。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工中，通常需要等到混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以上，才能開(kāi)始進(jìn)行張拉。夏季預(yù)計(jì)要3 天，冬季（氣溫不低于5℃）預(yù)計(jì)不會(huì)少于7 天。

張拉力控制問(wèn)題。張拉長(zhǎng)度L’=P×L/(E×S)，L’為張拉長(zhǎng)度（mm）；P 為張拉力(kN)；L 為預(yù)應(yīng)力筋?yuàn)A持 長(zhǎng)度(mm)；S 為 預(yù) 應(yīng) 力筋 截 面 積(mm2)；E 為 預(yù) 應(yīng) 力筋彈性模量（GPa；1GPa=1000MPa)。

孔道壓漿問(wèn)題。通常采用水泥凈漿進(jìn)行孔道壓漿，然后配合添加外加劑；操作時(shí)先用清水沖洗孔道，然后將水泥凈漿從孔的一端以一定壓力注入，直至另一端有濃漿后溢出，穩(wěn)壓一定時(shí)間后進(jìn)行封閉；盡快完成壓漿，按照規(guī)定時(shí)長(zhǎng)不宜超14 天；在壓漿過(guò)程中，必須見(jiàn)到排水孔、排氣孔有濃漿流出，隨后封孔；水泥漿應(yīng)確保充分，且穩(wěn)壓時(shí)間不少于2min。

5.2 錨具問(wèn)題及對(duì)策

預(yù)應(yīng)力錨具也是張拉環(huán)節(jié)的要素之一，一般在橋梁施工中常用，實(shí)際施工可根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范采取不同的措施，使用時(shí)進(jìn)行安裝定位。

5.2.1 錨具的材料問(wèn)題。生產(chǎn)錨具的廠商必須有相關(guān)資質(zhì)，并按設(shè)計(jì)圖紙要求加工。錨具材料的好壞程度對(duì)錨夾片的影響很大，例如同一生產(chǎn)廠家采用不同材料也會(huì)造成錨具差別較大，其生產(chǎn)質(zhì)量容易產(chǎn)生波動(dòng)。

5.2.2 錨具的尺寸問(wèn)題。國(guó)內(nèi)的建筑市場(chǎng)中，錨具價(jià)格偏低，錨具生產(chǎn)廠家利潤(rùn)減少。為了確保獲利，無(wú)良生產(chǎn)者很可能采取非標(biāo)準(zhǔn)的方式提高生產(chǎn)，以保證利潤(rùn)，如：一些生產(chǎn)者的錨具夾片長(zhǎng)度減小，厚度、孔距等也不符合標(biāo)準(zhǔn)，錨具質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)。另外，非標(biāo)準(zhǔn)的錨具很容易影響工程質(zhì)量，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患；其解決方式就是強(qiáng)化對(duì)錨具生產(chǎn)的檢查和抽查力度。對(duì)于錨具尺寸而言，工作人員務(wù)必要嚴(yán)格篩選，例如夾片的長(zhǎng)度未達(dá)到5cm，一定要禁止采購(gòu)和使用，同時(shí)還要依據(jù)相關(guān)具體預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)尺寸方面的問(wèn)題。

5.3 滑絲和斷絲問(wèn)題及對(duì)策

油污、鋼絞線嚴(yán)重銹蝕、錨圈放置不準(zhǔn)等是可能造成滑絲的主要原因；另外，錨具與夾片不能密貼也會(huì)導(dǎo)致滑絲甚至斷絲；當(dāng)鋼絞線未被理順而發(fā)生受力不均或者鋼絞線受到摩擦擠壓等情況就可能會(huì)造成斷絲的情況[2]。為了防止出現(xiàn)滑絲和斷絲情況，穿束前，工作人員應(yīng)按要求對(duì)鋼束完成梳理編束、綁扎；在張拉前檢驗(yàn)錨夾具，嚴(yán)格按照規(guī)范測(cè)定夾片的硬度，未通過(guò)檢測(cè)的應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；另外，確定錨具、千斤頂位置并進(jìn)行安裝，隨后開(kāi)始張拉。張拉過(guò)程中，油壓表示數(shù)達(dá)到要求值后迅速回落，據(jù)此推測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)斷絲的情況，如果發(fā)生斷絲，應(yīng)立即更換相關(guān)材料，重新執(zhí)行張拉操作。如需焊接，不允許把預(yù)應(yīng)力筋作接地線，以避免出現(xiàn)波紋管被燒傷的狀況。張拉前，清理鋼束并檢查是否有修銹蝕部位，對(duì)發(fā)生銹蝕的地方進(jìn)行調(diào)整和調(diào)換。此外，千斤頂和油壓表需要由有資質(zhì)的單位或部門(mén)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，如出現(xiàn)斷絲情況，應(yīng)補(bǔ)足斷絲造成的應(yīng)力損失[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，交通運(yùn)輸基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)將越來(lái)越廣泛應(yīng)用于道路橋梁工程中。在道路施工中，我們要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，對(duì)多方面的要素進(jìn)行管控，以此進(jìn)一步提升施工質(zhì)量。