預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁工程施工中的應(yīng)用

劉宏志

（佳木斯市公路管理站，黑龍江 佳木斯 154004）

0 引言

在公路橋梁工程的施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)一般是指在鋼筋混凝土構(gòu)件承受自身重力荷載或外部荷載之前預(yù)加拉應(yīng)力，使整個(gè)混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度得到提高，推遲混凝土構(gòu)件裂縫出現(xiàn)的時(shí)間，進(jìn)而提高構(gòu)件的耐久性，增加公路橋梁工程的使用壽命。在公路橋梁工程的施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅可以提高橋梁工程結(jié)構(gòu)體系的抗?jié)B能力和抗剪能力，而且在風(fēng)荷載或地震的作用下還可以提高橋梁工程結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)害能力。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用還能夠有效降低鋼筋材料和混凝土材料的使用量，在提升構(gòu)件設(shè)計(jì)性能的同時(shí)，有效減少構(gòu)件自身尺寸和質(zhì)量，進(jìn)而提高公路橋梁工程的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 在公路橋梁結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力的整體受力現(xiàn)狀

1.1 預(yù)應(yīng)力存在受損問(wèn)題

在公路橋梁施工過(guò)程中，與其他結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)消耗相對(duì)較低。然而，在預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中，在摩擦力的作用下，預(yù)應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)部分損失，見(jiàn)表1。在具體工作過(guò)程中，最好根據(jù)摩擦力數(shù)值及系數(shù)來(lái)計(jì)算該部分應(yīng)力損失，對(duì)不同的影響系數(shù)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的歸納和總結(jié)，以確保后續(xù)公路橋梁施工的順利進(jìn)行。通常情況下，在公路橋梁施工過(guò)程中，在施工混凝土原料的影響下，混凝土?xí)霈F(xiàn)收縮問(wèn)題，進(jìn)而出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力受損現(xiàn)象。此外，在傳統(tǒng)公路橋梁的施工過(guò)程中，大部分橋梁仍然采用傳統(tǒng)的施工方式，很多環(huán)節(jié)的工作難度都比較大，例如系數(shù)計(jì)算難度大，很容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果失真，進(jìn)一步出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力受損現(xiàn)象。

1.2 預(yù)應(yīng)力受彎性能

在對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中，要對(duì)預(yù)應(yīng)力受彎性能綜合考慮，并對(duì)公路橋梁施工階段所遇到的非線(xiàn)性問(wèn)題進(jìn)行全面分析。一般情況下，受到外界不同因素影響，橋梁施工很容易出現(xiàn)非線(xiàn)性問(wèn)題，并且不同類(lèi)型的非線(xiàn)性問(wèn)題解決難度都比較大。在公路橋梁施工階段，為了提升預(yù)應(yīng)力受彎性能，就需要參照相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從而確定預(yù)應(yīng)力荷載撓度。同時(shí)，還需要明確預(yù)應(yīng)力受彎性能裂前彈性，并重點(diǎn)分析和研究其裂后彈性問(wèn)題。

表1 預(yù)應(yīng)力受損類(lèi)型及原因

2 在公路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1 在混凝土空心板中的應(yīng)用

在我國(guó)公路橋梁工程的施工過(guò)程中，混凝土空心板是比較常用的1 類(lèi)結(jié)構(gòu)板類(lèi)型，其內(nèi)部具有多個(gè)圓孔，并且在相同承載要求下其運(yùn)輸及安裝難度低、自重更輕、應(yīng)用范圍更為廣泛，具有比較好的應(yīng)用效果。通常情況下，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在特定的預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成制作，該階段需要綜合考慮公路橋梁空心板預(yù)拱度，并在確定距離跨度長(zhǎng)度后對(duì)反拱值進(jìn)行設(shè)置。混凝土空心板內(nèi)部鋼絞線(xiàn)可以選擇低松弛高強(qiáng)度的鋼絞線(xiàn)，并按照要求將其放置在空心板兩端后，使用錨具進(jìn)行固定。在混凝土空心板內(nèi)部，鋼絞線(xiàn)采用了整體性張拉的施加方式，并且隨時(shí)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整不同位置的鋼絞線(xiàn)張拉參數(shù)，以確保鋼絞線(xiàn)兩端處

于對(duì)稱(chēng)均勻性張拉狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員提前標(biāo)志好張拉范圍。在張拉時(shí)，如果鋼絞線(xiàn)出現(xiàn)斷絲、滑絲等情況要給予及時(shí)更換，以免混凝土空心板內(nèi)部鋼絞線(xiàn)出現(xiàn)張拉功能失效問(wèn)題。當(dāng)鋼絞線(xiàn)拉應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，就可以固定好鋼絞線(xiàn)兩端的套管，并按照要求做好管口密封工作，避免雜物滲入。在混凝土空心板制作過(guò)程中，對(duì)鋼絞線(xiàn)的質(zhì)量要求較高，由于因此在張拉鋼絞線(xiàn)之前，最好按照設(shè)計(jì)要求來(lái)隨機(jī)抽樣檢測(cè)鋼絞線(xiàn)抗拉性能，以保證其性能符合施工要求，從而有效提高混凝土空心板性能，提高公路橋梁工程施工質(zhì)量。

2.2 在工程預(yù)制板中的應(yīng)用

為了確保公路橋梁施工的順利進(jìn)行和提高其施工質(zhì)量，需要保證預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的整體質(zhì)量。與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到混凝土構(gòu)件中能夠有效提升相關(guān)構(gòu)件的性能，例如構(gòu)件的抗剪性能、抗疲勞性能以及抗?jié)B透性能等。在工程預(yù)制板中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，還可以有效降低公路橋梁結(jié)構(gòu)的撓度、自重和截面，并通過(guò)縮減不重要的性能參數(shù)也可以有效減少成本的投入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益的最大化。同時(shí)，將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到工程預(yù)制板中，還可以減少地面斷裂、地面開(kāi)裂等常見(jiàn)的公路病害，提高公路橋梁的穩(wěn)定性，進(jìn)而使公路橋梁的使用壽命延長(zhǎng)[1]。

2.3 在混凝土T 型梁中的應(yīng)用

混凝土梁的截面形狀為T(mén) 型時(shí)稱(chēng)為混凝土T 型梁，在公路橋梁施工過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，其多應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)橋梁或中等跨徑的簡(jiǎn)支橋梁。在混凝土T 型梁中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用不僅可以在承受上部荷載作用環(huán)節(jié)使T 型梁內(nèi)部產(chǎn)生的較大內(nèi)力，而且還可以使T 型梁內(nèi)部的反向拉應(yīng)力得到提升。通常情況下，T 型梁整體性強(qiáng)且受力明確，如果從縱向或橫向方向上施加預(yù)應(yīng)力技術(shù)，則可以有效提高T 型梁與其他拼裝梁板結(jié)構(gòu)的整體性。當(dāng)T 型梁具有比較大的梁跨度時(shí)，可將T 型梁中的鋼絞線(xiàn)使用先張法錨固，確保鋼絞線(xiàn)與澆筑混凝土結(jié)合在一起形成預(yù)應(yīng)力T 型梁，從而確保公路橋梁施工順利進(jìn)行。

2.4 在混凝土箱梁中的應(yīng)用

在公路橋梁施工過(guò)程中，箱梁屬于其中比較重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一，具有外觀(guān)美觀(guān)、整體穩(wěn)定性強(qiáng)、抗扭剛度強(qiáng)、適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。通常情況下，箱梁具有多種類(lèi)型，在公路橋梁結(jié)構(gòu)中不同類(lèi)型的箱梁具有不同的應(yīng)用效果。然而，在現(xiàn)階段混凝土箱梁使用過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用存在以下2 個(gè)問(wèn)題：1） 混凝土箱梁腹板位置會(huì)出現(xiàn)順預(yù)應(yīng)力索管方向的斜向裂紋和45 °方向的斜裂紋。2） 在預(yù)應(yīng)力鋼束張拉過(guò)程中，所達(dá)到的伸長(zhǎng)量大于施工標(biāo)準(zhǔn)允許的偏差值。要解決上述問(wèn)題，需要對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)行分析，具體措施包括以下8 點(diǎn)：1） 在公路橋梁施工過(guò)程中，如果跨徑超過(guò)了50 m，則需要結(jié)合后張法來(lái)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)。2） 在混凝土澆筑之前，要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)細(xì)化分工工作和施工組織，提前做好混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)工作和振搗密實(shí)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能培訓(xùn)工作，并且確定混凝土澆筑層數(shù)、振搗方法和振搗范圍，避免因箱梁內(nèi)部混凝土漏振或振搗不實(shí)而對(duì)箱梁整體性能產(chǎn)生不利影響。3） 待混凝土澆筑振搗結(jié)束后，要按照要求開(kāi)展保濕養(yǎng)護(hù)處理。4） 合理控制混凝土入模溫度，以免對(duì)水化熱反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。在進(jìn)入箱梁模板時(shí)最好將混凝土拌合物溫度控制在5 ℃～30 ℃，只有當(dāng)外部環(huán)境溫度變化差異不大時(shí)才允許拆模。5） 如果箱梁體積比較大，則可以選擇分層澆筑的方式，最好控制在2 次以?xún)?nèi)完成澆筑任務(wù)。在不同澆筑時(shí)間段內(nèi)，為了避免混凝土收縮裂縫的出現(xiàn)，最好在箱梁腹板高度的1/3～2/3 確定混凝土分層面，要求2 次混凝土澆筑的齡期差小于7 d。6） 按照要求提前固定好預(yù)應(yīng)力管道的位置，可以采用坐標(biāo)定位的方法來(lái)借助定位鋼筋對(duì)管道位置進(jìn)行固定。將箱梁腹板與定位鋼筋的箍筋用焊接設(shè)備焊接，在焊接過(guò)程中要對(duì)焊接溫度進(jìn)行控制，避免波紋管被燙傷。同時(shí)，要做好波紋管連接位置的密封處理，以此來(lái)提高預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用效果。在澆筑混凝土前，需要對(duì)混凝土所需材料進(jìn)行抽查，以免混凝土進(jìn)入管道后，會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的受力情況產(chǎn)生影響。7） 與預(yù)應(yīng)力筋相連的錨墊板和錨板均具有足夠的厚度和剛度，從而避免其出現(xiàn)彎曲變形的情況。對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼束來(lái)說(shuō)，在對(duì)其進(jìn)行錨固時(shí)，最好根據(jù)梁端錨具的布置特點(diǎn)來(lái)對(duì)錨具進(jìn)行局部承壓驗(yàn)算，驗(yàn)算符合要求后才可以投入使用。8） 在混凝土箱梁施工過(guò)程中，為了避免預(yù)應(yīng)力鋼束伸長(zhǎng)值超限，最好按照要求在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)對(duì)其開(kāi)展預(yù)應(yīng)力張拉摩阻力試驗(yàn)，然后借助修正摩擦系數(shù)來(lái)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長(zhǎng)值和控制應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整。

2.5 在受彎部件中的應(yīng)用

在公路橋梁工程中，受彎構(gòu)件所發(fā)揮的作用不同于其他構(gòu)件。實(shí)際上，受彎構(gòu)件質(zhì)量的合格性，將會(huì)對(duì)公路橋梁整體的安全性產(chǎn)生決定性的影響。在受彎構(gòu)件中引入預(yù)應(yīng)力技術(shù)，不僅可以使受彎構(gòu)件的性能得到有效提升，而且還可以利用較高強(qiáng)度的碳纖維來(lái)使受彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度得到有效提升。通常情況下，在公路橋梁的施工階段，如果受彎構(gòu)件出現(xiàn)破損，將會(huì)大大降低公路橋梁的性能和質(zhì)量。此時(shí)，將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到受彎構(gòu)件中可以使受彎構(gòu)件破損的概率降低，進(jìn)而在提高受彎構(gòu)件性能的同時(shí)，充分發(fā)揮公路橋梁工程中受彎構(gòu)件的作用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)并非單一技術(shù)，其主要包括先張法和后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)，這2種技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中所采用的預(yù)應(yīng)力錨存在一定的差異。對(duì)于不同的錨具，需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)上述預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇，以確保后續(xù)施工的順利進(jìn)行。在受彎構(gòu)件中引入預(yù)應(yīng)力技術(shù)，還可以提高受彎構(gòu)件的硬度和強(qiáng)度，進(jìn)而加快公路橋梁工程的整體施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量[2]。

2.6 在橋梁加固建設(shè)中的應(yīng)用

近些年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展推動(dòng)了城市化建設(shè)的發(fā)展，為了滿(mǎn)足城市交通需求，需要做好城市公共設(shè)施修建工作。由于我國(guó)現(xiàn)代交通體系非常復(fù)雜，地形復(fù)雜多變，因此需要對(duì)各個(gè)方面的因素給予綜合考慮，并且對(duì)公路橋梁工程的質(zhì)量要求較高。在我國(guó)橋梁道路施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是1 項(xiàng)比較常見(jiàn)的基礎(chǔ)技術(shù)，在橋梁加固建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，不僅可以提高橋梁的整體性能和質(zhì)量，而且可以降低各類(lèi)安全隱患的發(fā)生率，進(jìn)而增加公路橋梁的使用壽命。在公路橋梁施工階段，施工單位和施工人員要按照要求做好橋梁工程的加固工作，既可以恢復(fù)或提高公路橋梁的荷載強(qiáng)度，又可以保證車(chē)輛通行的安全。

3 公路橋梁中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1 合理選擇鋼絞線(xiàn)

在公路橋梁施工過(guò)程中，為了充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的作用，需要合理選擇鋼絞線(xiàn)。通常情況下，在預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用階段，要做好以下2 個(gè)方面的工作：1） 合理地選擇預(yù)應(yīng)力施工材料，由于材料質(zhì)量的好壞將會(huì)直接影響預(yù)應(yīng)力質(zhì)量的高低，因此在進(jìn)行公路橋梁施工的過(guò)程中，最好根據(jù)施工特點(diǎn)來(lái)對(duì)鋼絞線(xiàn)進(jìn)行合理選擇。2） 在公路橋梁施工階段，還需要對(duì)鋼絞線(xiàn)低松弛度進(jìn)行科學(xué)、合理的管控。只有鋼絞線(xiàn)材料性能和質(zhì)量極優(yōu)，并且材料成本比較低時(shí)，才可以在公路橋梁施工中投入使用。通過(guò)對(duì)我國(guó)公路橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行分析后得知，預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)鋼絞線(xiàn)的合理選擇，既可以有效發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的作用，還可以提高公路橋梁施工質(zhì)量。

3.2 合理選擇應(yīng)力錨具

在公路橋梁施工過(guò)程中，為了充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的作用，要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇應(yīng)力錨具，主要考慮以下2個(gè)方面的內(nèi)容：1） 如果選擇機(jī)械錨固，最好采用機(jī)械加工的方式來(lái)固定預(yù)應(yīng)力施工鋼材一端，并盡可能滿(mǎn)足預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的基本要求[3]。2） 如果選擇摩阻錨固方式，由于其涉及諸多方面的內(nèi)容，因此在公路橋梁實(shí)際施工階段，最好根據(jù)工程特點(diǎn)來(lái)對(duì)其施工方式給予謹(jǐn)慎選擇，并對(duì)錨具參數(shù)給予重點(diǎn)關(guān)注，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 預(yù)應(yīng)力錨具參數(shù)

3.3 合理選擇力筋穿束

在預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，最好根據(jù)公路橋梁項(xiàng)目的特點(diǎn)來(lái)確定預(yù)應(yīng)力力筋長(zhǎng)度，由大量的實(shí)際調(diào)查與統(tǒng)計(jì)得知，工程力筋長(zhǎng)度＞150 m。在開(kāi)展在力筋穿束工作時(shí)，最好同時(shí)進(jìn)行多根力筋穿束。由于該過(guò)程施工難度比較大，因此為了確保多根力筋同時(shí)穿束施工的順利進(jìn)行，可以多采用單根連續(xù)穿束方式，并在穿束前做好核對(duì)工作，對(duì)力筋標(biāo)號(hào)進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)。在力筋穿束過(guò)程中，需要對(duì)纏繞問(wèn)題給予重點(diǎn)關(guān)注。如果出現(xiàn)鋼絞線(xiàn)纏繞問(wèn)題，則需要立即調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力路徑，這樣不僅可以保證預(yù)應(yīng)力正常受力，而且還可以提高公路橋梁施工的穩(wěn)定性和橋梁工程質(zhì)量[4]。

3.4 合理開(kāi)展力筋施工

預(yù)應(yīng)力筋固定是公路橋梁施工中比較關(guān)鍵的1 個(gè)施工環(huán)節(jié)。在力筋施工階段，要對(duì)鋼絞線(xiàn)給予合理選擇，以確保后續(xù)工程施工的順利進(jìn)行。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，相關(guān)工作人員要做好施工現(xiàn)場(chǎng)清理工作，清理干凈現(xiàn)場(chǎng)鋼絞線(xiàn)，并且在清理結(jié)束后才可以在鋼管中灌入混凝土。該階段需要借助錨墊板組成統(tǒng)一黏接帶，并按照要求來(lái)固定預(yù)應(yīng)力筋。同時(shí)，在上述預(yù)應(yīng)力筋施工過(guò)程中，在不同因素的影響下鋼絞線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)下垂或彎曲問(wèn)題。為了有效解決該問(wèn)題，工作人員需要合理控制鋼絞線(xiàn)黏結(jié)長(zhǎng)度，保證預(yù)應(yīng)力筋兩端的黏結(jié)力度均勻分布，從而提高力筋施工效率。

3.5 合理開(kāi)展張拉施工

預(yù)應(yīng)力施工主要包括以下2 種形式：1） 高應(yīng)力張拉與預(yù)緊張拉。通常情況下，由于在高應(yīng)力張拉施工過(guò)程中，預(yù)緊張拉為基礎(chǔ)工作，因此要做好預(yù)緊張拉分析工作，以確保后續(xù)高應(yīng)力張拉施工的順利進(jìn)行。同時(shí)，在預(yù)緊張拉施工階段，要合理開(kāi)展?fàn)恳ぷ?，盡量保持牽引垂直，按照要求做好兩側(cè)加固工作，進(jìn)而提升鋼絞線(xiàn)穩(wěn)定性。無(wú)論張拉力過(guò)低還是過(guò)高，都會(huì)對(duì)鋼絞線(xiàn)的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，甚至有可能存在位移或纏繞問(wèn)題。在預(yù)緊施工結(jié)束后，要開(kāi)展系統(tǒng)性的檢查工作，查看其是否存在力筋孔堵塞問(wèn)題，從而保證澆筑質(zhì)量。2） 在張拉施工之前，需要全面檢查應(yīng)用工具，保證其符合要求后，才可以開(kāi)展后續(xù)施工。這樣既可以避免各類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，而且還可以有效提高公路橋梁施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行公路橋梁施工的過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。不僅可以保證公路橋梁施工的進(jìn)度和質(zhì)量，而且可以降低施工成本。在預(yù)應(yīng)力技術(shù)使用階段，要嚴(yán)格按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，并且結(jié)合公路橋梁施工特點(diǎn)來(lái)選擇預(yù)應(yīng)力技術(shù)，以此來(lái)發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高公路橋梁施工質(zhì)量。