高速公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用研究

劉榮欣

摘要 高速公路建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有抗裂性好、剛度大、節(jié)省材料、提高受壓力件穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。施工期間，對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)先施加壓應(yīng)力可抵消荷載導(dǎo)致的拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，提高結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。文章對(duì)高速公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究。結(jié)合實(shí)例項(xiàng)目從預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、箱梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工方法等方面進(jìn)行分析。最后針對(duì)預(yù)應(yīng)力施工常見問題提出解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞 高速公路;橋梁施工;預(yù)應(yīng)力技術(shù);解決對(duì)策

中圖分類號(hào) U415.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0148-03

0 引言

橋梁是高速公路工程的常見組成部分，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工中應(yīng)用廣泛。在施工期間，對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)先施加壓應(yīng)力，服役期間此壓應(yīng)力可抵消荷載導(dǎo)致的拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，提高結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性[1]。因受到現(xiàn)場環(huán)境條件影響，再加上預(yù)應(yīng)力施工工序復(fù)雜，對(duì)于技術(shù)參數(shù)的要求嚴(yán)格，只有加強(qiáng)施工管理和工藝控制，才能滿足質(zhì)量、進(jìn)度、安全要求。

1 工程概況

某高速公路工程，路線全長120 km。其中，擴(kuò)容項(xiàng)目T2合同段的起訖樁號(hào)為YK47+400～YK56+640，標(biāo)段長度為9.24 km，該標(biāo)段橋梁共10座，其中現(xiàn)澆箱梁橋4座，分別是互通式立體叉A匝道橋、互通式立體叉L線橋、互通連接線變更設(shè)計(jì)L1分離式橋、互通K2+924.136車行天橋。以互通式立體叉A匝道橋?yàn)槔瑯蜷L108 m，采用（28+45+28）m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-I級(jí)，橋面凈寬1×15.5 m;上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)，橋墩采用柱式墩，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)。橋平面位于R=310 m的右偏圓曲線上，橋面橫坡為單向3%，縱斷面縱坡?4%。場區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為14.7 ℃，多年平均降水量為1 037.3 mm。

2 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)雖然出現(xiàn)時(shí)間晚，但發(fā)展速度快，表現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）應(yīng)用范圍廣。大到橋梁工程，小到邊坡錨固，均可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，運(yùn)營過程中受到荷載作用，構(gòu)件不會(huì)出現(xiàn)裂縫，或裂縫出現(xiàn)時(shí)間推遲，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

（2）施工成本低。為了滿足預(yù)應(yīng)力施工要求，必須采用高強(qiáng)度材料，一方面可減少鋼筋用量，減小結(jié)構(gòu)的截面尺寸;另一方面可減少混凝土用量，降低結(jié)構(gòu)自重，尤其適用于重荷載、大跨度結(jié)構(gòu)中，有助于降低施工成本[2]。

（3）質(zhì)量有保證。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可減小構(gòu)件的豎向剪力和主拉應(yīng)力，不僅耐疲勞性能好，而且能提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性，從而保證工程質(zhì)量。

2.2 缺點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)：

（1）工藝較為復(fù)雜，對(duì)質(zhì)量提出高要求，必須配備專業(yè)人員隊(duì)伍和專門設(shè)備，例如張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備、錨具等。

（2）預(yù)應(yīng)力反拱度不易控制，而且會(huì)隨著混凝土徐變，反拱度不斷增大，導(dǎo)致橋面平順度指標(biāo)變差，影響行車舒適性。

（3）預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格控制的技術(shù)參數(shù)多，例如張拉時(shí)間、張力大小等，控制不當(dāng)容易出現(xiàn)問題，造成管道堵塞、波紋管損壞、鋼筋滑絲斷絲等。

3 箱梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力施工方法

該項(xiàng)目中，現(xiàn)澆箱梁采用滿堂支架施工方案，預(yù)應(yīng)力施工階段的工藝流程是：前期準(zhǔn)備→安裝預(yù)應(yīng)力管道→鋼絞線下料→穿束→張拉→壓漿封錨，施工技術(shù)要點(diǎn)介紹如下：

3.1 前期準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要包括滿堂支架工程、鋼筋工程、混凝土工程，為預(yù)應(yīng)力施工打好基礎(chǔ)。

3.1.1 滿堂支架施工

滿堂支架施工，按照制作支架→基礎(chǔ)處理→搭設(shè)支架→安裝底座→安裝底?！A(yù)壓的流程施工作業(yè)。其中，預(yù)壓是為了檢查支架是否安全，消除地基和支架非彈性變形帶來的影響，方便控制橋面線形，技術(shù)要點(diǎn)包括：

（1）根據(jù)梁體自重分布曲線圖變化，確定堆載鋼筋的數(shù)量，促使預(yù)壓荷載、梁體荷載的分布是吻合的。

（2）三級(jí)加載，加載荷載分別是60%、80%、100%，當(dāng)支架頂部監(jiān)測點(diǎn)12 h沉降量均值<2 mm，進(jìn)入下一級(jí)加載[3]。

（3）監(jiān)測點(diǎn)的布置，分別是跨中、1/4處、1/8處、每跨兩端，每個(gè)斷面的底板邊線、底板中線，以及對(duì)應(yīng)地基基礎(chǔ)上。

（4）預(yù)壓荷載施加完畢后，間隔24 h監(jiān)測一次，記錄各監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)高并計(jì)算沉降量。

（5）卸載6 h后，復(fù)測各監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)高并計(jì)算彈性變形量。

3.1.2 鋼筋工程施工

鋼筋工程施工順序：進(jìn)場檢驗(yàn)→核對(duì)種類、型號(hào)、數(shù)量→提供質(zhì)量保證書或檢驗(yàn)合格證→抽樣開展試驗(yàn)分析。鋼筋加工時(shí)，按設(shè)計(jì)圖紙控制加工形狀、尺寸，標(biāo)準(zhǔn)彎鉤要滿足規(guī)范要求。鋼筋安裝時(shí)，按照主筋→箍筋→架立筋的順序進(jìn)行，根據(jù)圖紙位置、保護(hù)層厚度完成安裝。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3.1.3 混凝土工程施工

混凝土工程主要分為拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)生四個(gè)環(huán)節(jié)，其中澆筑是重中之重。以腹板混凝土為例，技術(shù)要點(diǎn)包括：

（1）兩側(cè)腹板對(duì)稱均勻澆筑，分層厚度30～40 cm，過厚會(huì)導(dǎo)致箱內(nèi)側(cè)面氣孔多、內(nèi)模偏移、形成色差或冷縫等。

（2）嚴(yán)格控制灌注厚度，提高灌注速度，高溫季節(jié)施工時(shí)應(yīng)提高混凝土的坍落度至上限。

（3）腹板外側(cè)混凝土的振搗，遵循密插、短振、勤振的原則;內(nèi)側(cè)振搗應(yīng)適當(dāng)延長振搗時(shí)間。

3.2 安裝預(yù)應(yīng)力管道

預(yù)應(yīng)力管道使用塑料波紋管，技術(shù)要點(diǎn)包括：

（1）安裝前，對(duì)波紋管進(jìn)行灌水試驗(yàn)，確保沒有滲漏才能使用。

（2）安裝時(shí)，按照設(shè)計(jì)曲線布設(shè)，間隔50～100 cm架立定位筋，用于固定波紋管。

（3）鋼絞線的坐標(biāo)偏差≤5 mm;在波紋管周圍，不能進(jìn)行電焊作業(yè);空隙較大使用海綿泡沫填塞。

（4）使用定位鋼筋固定鋼束管道，定位鋼筋和鋼筋骨架焊接在一起，定位鋼筋的間距≤0.6 m，鋼束曲線段加密到0.3 m[4]。

（5）排氣孔位于波紋管的最高點(diǎn)，和波紋管的連接處使用膠帶密封處理，注意保護(hù)成品。

3.3 鋼絞線下料

鋼絞線下料時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算下料長度，并且預(yù)留工作長度，且實(shí)際下料長度要超過設(shè)計(jì)長度20 cm以內(nèi)。下料長度（L）的計(jì)算方法是：

3.4 穿束

該項(xiàng)目的預(yù)應(yīng)力筋，選擇直徑為15.2 mm、截面為140 mm2的低松弛鋼絞線，其彈性模量為1.95×10 MPa，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值為1 860 MPa。穿束技術(shù)要點(diǎn)包括：

（1）先檢查錨墊板和孔道，要求錨墊板位置符合設(shè)計(jì)要求，孔道內(nèi)干凈通暢。

（2）接口處容易松散，穿束時(shí)應(yīng)多加注意，要求前端扎緊、裹上膠布，方便順利通過孔道，安裝后進(jìn)行檢查，看有無損壞管道。

（3）澆筑混凝土?xí)r，安排專人在兩端拉動(dòng)鋼束，防止漏漿堵塞孔道。

（4）鋼絞線安裝后，對(duì)波紋管兩端進(jìn)行封堵，包裹外露的鋼絞線，避免生銹。

3.5 張拉

項(xiàng)目中，張拉設(shè)備選擇500 t和20 t的穿心式千斤頂，進(jìn)場前配套校驗(yàn)，安排專人使用保管。其中，引伸量、張拉油表讀數(shù)是兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，需要仔細(xì)計(jì)算得到。

3.5.1 引伸量計(jì)算

3.5.2 張拉油表讀數(shù)計(jì)算

張拉技術(shù)要點(diǎn)包括：

（1）張拉前，檢測錨口摩阻、管道摩阻、鋼絞線回縮量;張拉時(shí)以應(yīng)力控制為主，以校核伸長量為輔。

（2）實(shí)際伸長量和計(jì)算值，兩者誤差應(yīng)在±6%以內(nèi)，誤差過大要查明原因并處理。

（3）每一聯(lián)進(jìn)行張拉時(shí)，遵循“三同心、兩同步”的原則，防止構(gòu)件發(fā)生變形扭曲。

（4）張拉順序：腹板索→底板索→頂板索，同類型鋼束先張拉邊腹板、后張拉中腹板。

（5）張拉條件：混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，齡期≥7天[5]。

（6）發(fā)現(xiàn)錨環(huán)有裂紋，切割鋼絞線，或壓漿時(shí)發(fā)生滑絲，應(yīng)更換鋼絞線重新張拉。

（7）張拉機(jī)具安排專人保管，張拉時(shí)千斤頂后方不能站人;發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常，及時(shí)停機(jī)檢修;張拉全部完成后，按照設(shè)計(jì)要求作防銹處理。

3.6 壓漿封錨

壓漿工序的技術(shù)要點(diǎn)有：

（1）時(shí)間選擇在張拉完成后24 h，先清理管道內(nèi)的雜質(zhì)和積水，一次壓漿作業(yè)完成。在漿體材料中，加入適量阻銹劑、減水劑，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定添加量。

（2）對(duì)漿液的要求：水泥抗壓強(qiáng)度≥C50，具有良好流動(dòng)性;漿體溫度控制在30 ℃以內(nèi);初凝時(shí)間>5 h，終凝時(shí)間<24 h等。

（3）根據(jù)現(xiàn)場施工需求制備水泥漿，拌制到入孔時(shí)間控制在40 min以內(nèi)，按照從下到上的順序壓漿，一個(gè)孔道要一次壓漿完成。

（4）壓漿時(shí)，從一端灌入，觀察出漿情況，如果出漿流暢穩(wěn)定，且稠度與盛漿筒漿體一致，此時(shí)可關(guān)閉閥門和壓漿泵。再次啟動(dòng)后，灌漿壓力達(dá)到0.5～0.7 MPa，持續(xù)2 min后關(guān)閉。

封錨工序的技術(shù)要點(diǎn)有：

（1）作業(yè)前，對(duì)錨具、預(yù)應(yīng)力筋等進(jìn)行防銹處理。

（2）對(duì)混凝土表面鑿毛處理，并用高壓水沖洗干凈后晾干。

（3）在錨穴內(nèi)，按照設(shè)計(jì)要求布置鋼筋網(wǎng)，并且復(fù)核無誤。

（4）檢查封錨使用的混凝土類型、強(qiáng)度、保護(hù)層厚度，確保滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）封錨后對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)，保持一定溫度和濕度，并對(duì)表面作防水處理;留下試件進(jìn)行試驗(yàn)，保存數(shù)據(jù)在竣工驗(yàn)收時(shí)使用。

4 預(yù)應(yīng)力施工常見問題和解決對(duì)策

4.1 常見問題

第一，張拉時(shí)間和張力問題。為滿足預(yù)應(yīng)力張拉要求，會(huì)在混凝土中使用早強(qiáng)劑。而現(xiàn)場施工中，混凝土強(qiáng)度提升過快，和彈性模量的提升速度不一致，會(huì)影響施工質(zhì)量，導(dǎo)致箱梁結(jié)構(gòu)的承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，增加裂縫發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

第二，管道阻塞問題。預(yù)應(yīng)力施工雖然工序明確，但實(shí)際操作起來存在一定難度，任何一個(gè)環(huán)節(jié)均可能出現(xiàn)問題。例如：預(yù)應(yīng)力筋通過管道時(shí)，可能引起阻塞問題，造成張力限制，伸長量實(shí)際值和理論值之間偏差過大，繼而影響工期、成本、質(zhì)量等。

第三，滑絲斷絲問題。張拉過程中，鋼束滑絲斷絲問題的發(fā)生概率較高，主要原因是鋼束受力不均勻。在這種受力特點(diǎn)下，無法提供足夠的預(yù)應(yīng)力，無法發(fā)揮出抗?jié)B、抗裂等功能，影響結(jié)構(gòu)的整體性能。

4.2 解決對(duì)策

第一，完善質(zhì)量保證措施。1）在項(xiàng)目經(jīng)理和項(xiàng)目書記的領(lǐng)導(dǎo)下，建立完善的質(zhì)量保證體系，明確各層級(jí)的職責(zé)，做好現(xiàn)場管理工作。2）落實(shí)技術(shù)交底制度、工藝試驗(yàn)制度、工藝過程三檢制度。3）制定質(zhì)量指標(biāo)具體控制措施。4）針對(duì)模板偏位和漏漿、混凝土表面露筋等質(zhì)量通病，采取針對(duì)性的防治措施。例如：合理選擇鋼絞線，下料和穿束嚴(yán)格按照規(guī)范作業(yè);針對(duì)滑絲斷絲問題，一束出現(xiàn)少量滑絲時(shí)，可用單根張拉油頂進(jìn)行補(bǔ)拉;一束出現(xiàn)多根鋼絞線滑絲時(shí)，須放松鋼絞線束，重新裝夾片整束補(bǔ)拉。5）結(jié)合施工環(huán)境、工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、氣候環(huán)境及施工方案，制定事故應(yīng)急措施，防止安全質(zhì)量問題發(fā)生，降低問題帶來的損失和影響。

第二，推行智能張拉技術(shù)。隨著信息技術(shù)發(fā)展，智能張拉技術(shù)在預(yù)應(yīng)力施工中的應(yīng)用更加廣泛。使用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、智能控制等技術(shù)，對(duì)鋼絞線自動(dòng)張拉;實(shí)時(shí)采集張拉力、伸長量等數(shù)據(jù)，調(diào)整油泵實(shí)現(xiàn)精確控制。

5 結(jié)語

綜上所述，高速公路橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，具有施工成本低、質(zhì)量有保證等優(yōu)點(diǎn)。文章結(jié)合工程案例，從前期準(zhǔn)備、安裝預(yù)應(yīng)力管道、鋼絞線下料、穿束、張拉、壓漿封錨等方面介紹了施工技術(shù)要點(diǎn)。針對(duì)施工中存在的問題，完善質(zhì)量保證措施，加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理;推行智能張拉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)的創(chuàng)新，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]呂日飛， 黃忠水. 高速公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用探究[J]. 交通建設(shè)與管理， 2021（6）： 107-109.

[2]張克長， 麥高. 智能張拉和壓漿技術(shù)在公路橋梁工程中的應(yīng)用研究[J]. 交通世界， 2021（25）： 31-32.

[3]任海鵬. 公路橋梁工程建設(shè)中的預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)要點(diǎn)研究[J]. 科技與創(chuàng)新， 2021（14）： 44-45+ 48.

[4]張禮祝. 高速公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力管樁施工技術(shù)的應(yīng)用[J]. 住宅與房地產(chǎn)， 2020（4）： 222.

[5]吳駿生. 公路橋梁工程項(xiàng)目施工預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用問題及策略[J]. 黑龍江交通科技， 2020（7）： 136+138.