路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)探析

張少杰　秦君彪

摘 要：本文首先分析了路橋施工中預(yù)應(yīng)力的概念、分類和特點(diǎn)，然后對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中的不足分析，最后深入的研究了預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁中的應(yīng)用，本文在此提出了自己的觀點(diǎn)和看法，供同行參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力技術(shù)；公路橋梁；施工；應(yīng)用

前 言

高速公路的路橋施工中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是極其關(guān)鍵的，其對(duì)施工的質(zhì)量具有很大的一些，因此，我們?cè)谑┕ぶ斜仨氁獜母鱾€(gè)方面來(lái)做好此技術(shù)的應(yīng)用保障，從而確保路橋的施工質(zhì)量。

1 工程案例

本項(xiàng)目為浙江省紹興市地區(qū)的一個(gè)大型高速互通樞紐項(xiàng)目。該互通樞紐橋梁的跨徑組成較為復(fù)雜，共有38聯(lián)140跨，樞紐區(qū)共有匝道5.125km（不含橋梁），橋梁19座共計(jì)5.473km（其中M主線橋總跨徑809m，單跨45m），箱涵1座。按設(shè)計(jì)速度為100km/h的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，雙向四車道，汽車荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁和預(yù)制小箱梁和空心板梁，結(jié)構(gòu)組合比較多樣性。

2 路橋施工中預(yù)應(yīng)力的概念

自上個(gè)世紀(jì)50年代以來(lái)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)就開(kāi)始在建設(shè)項(xiàng)目施工中得到了使用，在1980年左右，橋梁工程的技術(shù)又開(kāi)始被快速的提升，并且得到了廣泛的應(yīng)用。混凝土施工技術(shù)應(yīng)用中預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土工程施工的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中得到了充分的使用，使其產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力用于削弱外荷載引起的拉應(yīng)力作用，實(shí)際上就是借凝土抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)來(lái)彌補(bǔ)某些地方存在的抗拉強(qiáng)度很低的問(wèn)題，從而使得張力區(qū)混凝土開(kāi)裂的時(shí)間向后推遲。

3 路橋施工中預(yù)應(yīng)力的特點(diǎn)分析

3.1 使用功能分析

路橋工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)所用的都是高強(qiáng)度鋼材與高標(biāo)號(hào)混凝土材料，有效地節(jié)省了材料，促使結(jié)構(gòu)截面尺寸減小了，使得橋梁建筑高度得到了有效的降低。這些點(diǎn)特別適合于現(xiàn)代的橋梁，特別是多層立交，高度的降低，必然縮小引道的長(zhǎng)度，使行車縱坡降低，有效地減少占地，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到了有效地提高。同時(shí)，該技術(shù)結(jié)構(gòu)剛度大，有效降低了結(jié)構(gòu)自重，有效防止了開(kāi)裂和減少撓度，行車舒適，建筑高度變薄，促使結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)、輕巧、美觀。

3.2 受力特性分析

現(xiàn)代的高速公路橋梁呈現(xiàn)出彎多、斜橋多、坡多、異形橋多，同時(shí)為了達(dá)到增大橋下凈空的目的，又呈現(xiàn)出雙柱墩及多柱墩，大懸臂多等特點(diǎn)，對(duì)于多層立交還表現(xiàn)為高橋墩多，高等級(jí)道路表現(xiàn)出來(lái)的多車道、寬橋多等“幾多”現(xiàn)象。這些都屬于特殊的橋梁結(jié)構(gòu)，都存在著特殊的受力條件，因此，在設(shè)計(jì)上必須做到精確地分析和合理地布局，確保正確地設(shè)計(jì)。預(yù)應(yīng)力是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的空間力系，存在于這些特殊的橋梁結(jié)構(gòu)中，對(duì)其影響影響因素我們必須實(shí)施綜合考慮，以確保其結(jié)構(gòu)內(nèi)力值趨于最小，促進(jìn)其結(jié)構(gòu)更為合理化。比如，彎梁的彎扭內(nèi)力可以借助預(yù)應(yīng)力空間效應(yīng)來(lái)抵消；再比如，該技術(shù)應(yīng)用于在多梁格的寬橋，其橫向的預(yù)應(yīng)力可以用于調(diào)整改善主梁的受力，使其平衡等等。大量實(shí)踐表明，預(yù)應(yīng)力的存在為改善橋梁受力條件起到的作用還是相當(dāng)明顯的。

3.3 橋梁耐久性分析

數(shù)據(jù)顯示，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁遭受破壞的原因大多是由于混凝土堿集料反應(yīng)或因此而導(dǎo)致的凍融，化冰鹽，水氣侵入等因素造成的，歸根究底鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是最為主要的原因。同時(shí)，大量實(shí)踐也證明了同一時(shí)間修建的預(yù)應(yīng)力混凝土橋，卻很少產(chǎn)生此類破壞現(xiàn)象。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中的不足分析

4.1 波紋管堵塞問(wèn)題的分析

實(shí)際情況中，如果波紋管出現(xiàn)堵塞的情況，就容易導(dǎo)致鋼絞線設(shè)計(jì)值與實(shí)際值之間產(chǎn)生誤差，從而不利于整個(gè)施工過(guò)程的順利開(kāi)展，不但會(huì)白白耗費(fèi)人力物力，而且對(duì)于工期也有很大的不利影響.

4.2 預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在張拉前產(chǎn)生裂縫的問(wèn)題分析

施工過(guò)程中，一般情況下，溫差和收縮容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在張拉前出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，與此同時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到荷載作用的影響，產(chǎn)生一系列的裂縫，不利于工程質(zhì)量與安全實(shí)施。

4.3 針對(duì)后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的張拉力的問(wèn)題分析

在路橋施工建設(shè)中，張拉力的控制效果對(duì)預(yù)應(yīng)力路橋質(zhì)量的影響是非常大的。一般情形下，張拉作業(yè)會(huì)同時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力與張拉力的筋伸長(zhǎng)度進(jìn)行控制，其中張拉力是主要方面，利用伸長(zhǎng)值對(duì)張拉力進(jìn)行相關(guān)校核。在實(shí)際施工中，由于相關(guān)人員不具備專業(yè)素質(zhì)，容易導(dǎo)致一系列誤差的出現(xiàn)。

5 路橋施工中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用

5.1 多跨連續(xù)梁施工中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用

在該項(xiàng)目施工的過(guò)程中，多跨連續(xù)梁是整個(gè)施工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，它一般分為正彎矩與負(fù)彎矩兩個(gè)區(qū)域，通常來(lái)說(shuō)跨中為正彎矩，其支座處為負(fù)彎矩。如果橋梁自身的抗剪承受力以及其出現(xiàn)不合格的抗彎承受力時(shí)，就需要對(duì)它進(jìn)行系列加固處理，一般來(lái)說(shuō)，如果正彎矩區(qū)出現(xiàn)承載能力不夠的情況，可以采用比較簡(jiǎn)單的施工工藝與施工方法可進(jìn)行加固處理。

5.2 受彎結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用

在實(shí)際施工中，碳纖維具有很好的特點(diǎn)，比如高強(qiáng)度，施工的簡(jiǎn)易性等。一般來(lái)說(shuō)在路橋施工過(guò)程中對(duì)于受彎構(gòu)件進(jìn)行加固主要利用碳纖維粘貼的方法。受彎結(jié)構(gòu)在加固前就已經(jīng)產(chǎn)生初始內(nèi)應(yīng)力了，與此同時(shí)混凝土也有初始的壓應(yīng)變與拉應(yīng)變，如果出現(xiàn)混凝土受壓區(qū)的壓應(yīng)變超越其極限壓應(yīng)變的情況，就會(huì)超出其構(gòu)件的極限承載能力，混凝土的應(yīng)力增量決定碳纖維的最終應(yīng)力，如果初始應(yīng)力過(guò)大時(shí)，應(yīng)力較小的構(gòu)件就會(huì)遭到破壞，就會(huì)無(wú)法體現(xiàn)碳纖維高強(qiáng)度的特性。所在在路橋施工中，可以在粘貼碳纖維的時(shí)候就開(kāi)始施加預(yù)應(yīng)力，以產(chǎn)生初始拉應(yīng)力，從而發(fā)揮其強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)。

5.3 預(yù)應(yīng)力錨具選擇

后張法及先張法為預(yù)應(yīng)力的兩種類型。本項(xiàng)目采用后張法施工；后張法預(yù)應(yīng)力混凝土所需錨具包括摩阻錨固、機(jī)械錨固。機(jī)械錨固類錨具主要應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力鋼材兩端，通過(guò)機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)工作條件的形成。機(jī)械錨固類錨具主要被應(yīng)用于集束性高強(qiáng)鋼絲、錨旋高強(qiáng)度粗鋼筋內(nèi)，其特點(diǎn)可歸納為連接方便、應(yīng)力損失小、受施工約束限制少。摩阻錨固類錨具應(yīng)用范圍廣、種類眾多，且在楔形錨具的配合作用下，拉緊預(yù)應(yīng)力鋼材可起到錨旋的效果。摩阻錨固類錨具具備噸位大、變化形式多、穿索簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，其存在的缺點(diǎn)為應(yīng)力損失大、連接或重復(fù)拉張便捷度低。

5.4 路橋加固工程預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

若提高路橋現(xiàn)有承載力可實(shí)現(xiàn)路橋加固的目的，而改善路橋結(jié)構(gòu)性能及補(bǔ)強(qiáng)路橋構(gòu)件可實(shí)現(xiàn)路橋承載力的提高，從而實(shí)現(xiàn)路橋使用壽命的增加。路橋加固方式包括路橋體外預(yù)應(yīng)力加固、路橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固、路橋面結(jié)構(gòu)受力體系改善等。在路橋加固工程中，允許先在路橋構(gòu)件上施加預(yù)應(yīng)力，從而致使在路橋構(gòu)件受拉區(qū)引起拉應(yīng)力，并減小路橋構(gòu)件初彎矩拉應(yīng)力，最終實(shí)現(xiàn)路橋構(gòu)件極限承載能力的提高，及鋼筋作用的最大化發(fā)揮。

5.5 預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)

張拉前應(yīng)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定。目前張拉設(shè)備都采用數(shù)控設(shè)備，預(yù)應(yīng)力設(shè)備標(biāo)定應(yīng)與設(shè)計(jì)要求保持一致；預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)油表讀數(shù)及波紋管定位應(yīng)精準(zhǔn)；預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)計(jì)值域?qū)嶋H伸長(zhǎng)值間差值應(yīng)滿足6%標(biāo)準(zhǔn)值。

6 結(jié) 語(yǔ)

總之，高速公路的路橋預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工中具有很重大的意義，對(duì)于實(shí)際工程施工中此技術(shù)存在的一些不足，我們的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)一步的改善優(yōu)化，從而保障施工的質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：張少杰（1982-），男，浙江諸暨人，本科，工程師，從事道路與橋梁施工管理工作。

秦君彪（1982-），男，浙江東陽(yáng)人，本科，工程師，從事道路與橋梁施工管理工作。