預(yù)應(yīng)力混凝土在路橋施工中的應(yīng)用

肖啟濤 孫天生 亓建新

（山東省公路建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

前言

為了彌補(bǔ)混凝土過早出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，在構(gòu)件使用（加載）以前，預(yù)先給混凝土一個(gè)預(yù)壓力，即在混凝土的受拉區(qū)內(nèi)，用人工加力的方法，將鋼筋進(jìn)行張拉，利用鋼筋的回縮力，使混凝土受拉區(qū)預(yù)先受壓力。這種儲(chǔ)存下來的預(yù)加壓力，當(dāng)構(gòu)件承受由外荷載產(chǎn)生拉力時(shí)，首先抵消受拉區(qū)混凝土中的預(yù)壓力，然后隨荷載增加，才使混凝土受拉，這就限制了混凝土的伸長，延緩或不使裂縫出現(xiàn)，這就叫做預(yù)應(yīng)力混凝土。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土的憂缺點(diǎn)：

①有效地利用了高強(qiáng)度的鋼筋和混凝土，可以形成比普通混凝土跨度大而自重輕、截面小的承重結(jié)構(gòu)物；

②可以改善鋼筋混凝土的使用性，從而防止混凝土開裂或?qū)⒘芽p的寬度限制到無害的程度，提高了耐久性；

③混凝土的變形可保持在很小的范圍，即使是部分預(yù)應(yīng)力，在使用負(fù)荷的作用下，承重結(jié)構(gòu)所受拉應(yīng)力也在允許的較小范圍內(nèi)；

④承重結(jié)構(gòu)有很高的疲勞強(qiáng)度。這是由于在預(yù)加應(yīng)力的作用下，鋼筋應(yīng)力的變化幅度大大減小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于疲勞強(qiáng)度；

⑤只要鋼筋應(yīng)力不超過其應(yīng)變極限，可以承受相當(dāng)大的的過載而不會(huì)引起永久性的破壞。超載引起的裂縫就會(huì)重新閉合。

其主要缺點(diǎn)在于：

①工藝較復(fù)雜，對(duì)質(zhì)量要求高，因而需要配備一支技術(shù)較熟練的專業(yè)隊(duì)伍。

②需要有一定的專門設(shè)備，如張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備等。

③預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的開工費(fèi)用較大，對(duì)構(gòu)件數(shù)量少的工程成本較高

2 預(yù)應(yīng)力混凝土的施工方法

測量定位。為保證預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物滿足設(shè)計(jì)要求的承載力、外形尺寸和預(yù)加應(yīng)力的效果，在施工前，必須采用精密先進(jìn)的測量儀器，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物的外形和錨束布置的三維方位進(jìn)行精確定位。如水工隧洞環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土施工，要求測量定位的項(xiàng)目有：環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體的分塊位置、預(yù)應(yīng)力筋下料和編束：鋼絞線下料長度應(yīng)經(jīng)計(jì)算，要考慮各中錨具的特性、錨固形式、張拉伸長值、構(gòu)件長度等因素的影響，并根據(jù)實(shí)際情況和試驗(yàn)確定。

墩頭錨具鋼絲的下料，長度誤差控制在1/3000~1/8000之間，下料后斷面與母材垂直。鋼絲下料前如有彎曲（1M長度范圍內(nèi)，彎曲矢高大于5MM）應(yīng)作調(diào)直處理。

鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋的支撐筋、架立筋的定位和安裝

錨束（無粘結(jié)）或預(yù)留孔道（粘結(jié)式）及其它預(yù)埋件、觀測儀器的定位安裝預(yù)留孔道：埋設(shè)鋼管或金屬波紋管，或在混凝土中抽拔成孔。管道固定，可利用結(jié)構(gòu)鋼筋，必要時(shí)應(yīng)專門支撐。

模板的就位、測量和調(diào)整定位。

此前工序的檢查驗(yàn)收

混凝土澆筑及拆模、養(yǎng)護(hù)澆筑混凝土：嚴(yán)禁吊罐碰撞預(yù)應(yīng)力管道；振搗器離管道應(yīng)有一定距離，以免管道變形或損壞。澆筑時(shí)要防止砂漿進(jìn)入孔道。

預(yù)留張拉槽（無粘結(jié)）或預(yù)留孔道（粘結(jié)式）的清理修整及混凝土缺陷的檢查處理預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備儀器的配套率定和張拉試驗(yàn)

3 預(yù)應(yīng)力混凝土路面類型

據(jù)現(xiàn)有資料,國外做法大致可將預(yù)應(yīng)力路面分為兩大類:“單獨(dú)型”板的路面和“連續(xù)型”板的路面?！皢为?dú)型”路面就是配置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼筋，由間隔較長的膨脹縫相隔離的路面組成。按施加預(yù)應(yīng)力的先后次序又可分為先張法和后張法兩種，這與房屋、橋梁上的做法相同，一般多采用后張法?！斑B續(xù)型”路面就是無筋路面，因無膨脹縫而得名，這種路面可以做得很長，按照施加預(yù)應(yīng)力的方法可分為千斤頂加力和自加應(yīng)力。千斤頂加力是一般在兩個(gè)固定的錨固端間澆筑混凝土，并留有空隙放置加力千斤頂，待混凝土硬化達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，用千斤頂從兩端加力，達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，將兩端空隙封閉。自應(yīng)力路面不用千斤頂加力，而是選用膨脹水泥，混凝土硬化，體積增大，由于兩端受有約束而使混凝土自動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)壓應(yīng)力。一般認(rèn)為，“單獨(dú)型”板的路面要好于“連續(xù)型”板的路面。主要原因一是扣除路基摩阻后的預(yù)應(yīng)力在有膨脹縫路面中幾乎保持常量，而在“連續(xù)型”板中，板不能自由膨脹，且又很長。從而使其應(yīng)力隨外界溫度、濕度變化很大，很難對(duì)所需的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行估計(jì)。因此，工程上多采用“單獨(dú)型”路面，“連續(xù)型”路面還處于研究、試驗(yàn)階段，實(shí)際應(yīng)用不多。

4 材料要求

預(yù)應(yīng)力混凝土路面需要高質(zhì)量的混凝土(高強(qiáng)度、低收縮和低徐變)。水灰比應(yīng)盡可能小，以避免由于收縮和徐變引起過大的預(yù)應(yīng)力損失。國外有報(bào)道，28d的抗壓強(qiáng)度為21-56MPa，變拉模量為 2.10-5.25MPa 一些實(shí)例中還使用礬土水泥，但其記載除了早期的一些室內(nèi)試驗(yàn)外，很少有使用促凝劑或增加混凝土和易性的外加劑。

5 設(shè)計(jì)方法

目前，世界各國對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面的設(shè)計(jì)仍然沒有一個(gè)統(tǒng)一的方法體系，而且在某種程度上都是經(jīng)驗(yàn)性的，一般施工加足夠的縱向預(yù)應(yīng)力來防止橫向收縮開裂。一般認(rèn)為：板收縮時(shí)，溫度翹曲約束應(yīng)力使板底受壓，這有助于預(yù)應(yīng)力抵消由荷載和收縮引起的張拉應(yīng)力；板膨脹時(shí)，由荷載和白天翹曲約束應(yīng)力所抵消。因此，所施加的預(yù)應(yīng)力主要由：交通荷載；由溫度和濕度所引起的翹曲約束；板收縮期間的板底摩擦約束。三個(gè)因素所決定。

6 路基約束

在任何混凝土板和其下的基層間都存在摩阻約束，該約束阻止板隨溫度、濕度的變化而移動(dòng)。在預(yù)應(yīng)力混凝土路面中，盡量減小該摩擦力是非常重要的，因?yàn)樗且痤A(yù)應(yīng)力損失的主要因素，同時(shí)它也決定著板的長度。盡管國外在這方面已做了不少工作，但摩擦系數(shù)的大小仍難以確定。有些部門建議摩擦的砂或石屑所組成的滑動(dòng)層中也發(fā)現(xiàn)其值為1.25-2.0。許多室內(nèi)試驗(yàn)所確定的摩擦系數(shù)都比現(xiàn)場的小，這是因?yàn)槭覂?nèi)未能真實(shí)反映現(xiàn)場的狀況條件所致。為了減小摩擦，通常采用一層砂土覆蓋防水紙、砂和油毛氈或砂和聚乙烯薄膜。在這方面進(jìn)行了許多嘗試，還有使用瀝青材料作滑動(dòng)層的，但未見有成功報(bào)道，許多研究表明采用一薄層的同一二粒徑的球形顆粒(砂、石屑等)對(duì)于減小摩擦效果很好，其作用如同滾珠軸承。

7 發(fā)展前景及研究

就目前而言，仍然缺少對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面各方面的認(rèn)識(shí)。作者認(rèn)為預(yù)應(yīng)力混凝土路面的設(shè)計(jì)理論和施工方法的發(fā)展將主要圍繞以下幾個(gè)方面：對(duì)各種板長所需的恰當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力。

板的膨脹、收縮和翹曲特性；板的承載特性，其中包括研究預(yù)應(yīng)力對(duì)板的承載能力的影響，以及對(duì)板疲勞特性等的影響。在確定預(yù)應(yīng)力時(shí)，不僅要防止在最不利的情況下開裂，而且還需考慮混凝土的疲勞特性；板與地基的摩擦特性及處理方法，或經(jīng)濟(jì)的方法。已建的絕大多數(shù)預(yù)應(yīng)力混凝土路面都屬于“單獨(dú)型”的，但該類路面不能做得很長(一般可達(dá)120m)。如果路基的摩擦問題解決了，并且對(duì)“連續(xù)型”的路面有了一定認(rèn)識(shí)，那么修建長達(dá)300m或更長的路面是可能的。我們可從“單獨(dú)型”和“連續(xù)型”路面的一些特性中看出：將這兩類路面聯(lián)合使用會(huì)更有利,“連續(xù)型”路面可用于路基狀況好的直路上，“單獨(dú)型”路面用于路基情況稍差和曲線路上。隨著預(yù)應(yīng)力混凝土路面的理論體系的成熟和施工技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土路面將會(huì)有良好的發(fā)展前景。

結(jié)束語

隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，人們對(duì)工程質(zhì)量的重視不再停留在表面問題上，施工中混凝土質(zhì)量的控制主要涉及施工管理技術(shù)水平、施工人員的素質(zhì)等主觀因素，混凝土的原材料和配合比是影響混凝土工程質(zhì)量的客觀因素。

[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ/041-2000）.人民交通出版社

[2]劉秉京.混凝土技術(shù).人民交通出版社.

[3]楊伯科.混凝土最新實(shí)用手冊(cè).吉林科學(xué)技術(shù)出版社.