淺談橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院，昆明 650216)

淺談橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

■康建林

(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院，昆明 650216)

本文簡要介紹預(yù)應(yīng)力技術(shù)，對其在橋梁施工中的具體應(yīng)用進行系統(tǒng)探討，同時剖析該技術(shù)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，并提出相應(yīng)的解決對策，通過實例分析預(yù)應(yīng)力在橋梁施工中的應(yīng)用情況。

路橋施工 預(yù)應(yīng)力技術(shù) 應(yīng)用

1 前言

隨著我國國民經(jīng)濟和交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，路橋工程也有著巨大進步。在此形勢下，人們對路橋施工的質(zhì)量提出了更高的要求，這就需要建筑施工企業(yè)加大橋梁施工技術(shù)研究的力度。其中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是橋梁工程施工中最為重要的一項技術(shù)，而科學(xué)應(yīng)用該項技術(shù)是提升和保障橋梁施工質(zhì)量的重大舉措。

2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)概述

2.1 基本概念

所謂預(yù)應(yīng)力技術(shù)，就是在工程構(gòu)件受荷載前預(yù)加應(yīng)力，從而使該構(gòu)件開裂情況得到延遲的技術(shù)[1]。該技術(shù)在橋梁施工中應(yīng)用的目的是提升混凝土工程的施工質(zhì)量。目前，該項技術(shù)在橋梁施工中具有廣泛應(yīng)用，且發(fā)揮重要效用。在橋梁施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)需要采用高標(biāo)號混凝土和高強度鋼材。這兩種材料的組合應(yīng)用可大幅節(jié)省施工成本，且可降低橋梁下部結(jié)構(gòu)的自重，能有效避免開裂。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，不但可確保橋梁施工質(zhì)量，還可節(jié)約成本，提升橋梁的整體美感和質(zhì)感，增加橋梁使用的生命周期。

2.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的必要性

(1)良好的使用性：預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用可確保橋梁良好的應(yīng)力效用，采用高標(biāo)號混凝土和高強度鋼材等，可有效減少施工材料的使用量，能減少一定的結(jié)構(gòu)截面，降低所建橋梁的高度。特別是在當(dāng)前土地資源異常緊張形勢下，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用可有效降低立交橋高度，相應(yīng)的會縮小引道長度，節(jié)省一定量的土地資源，進而實現(xiàn)橋梁工程經(jīng)濟和社會效益的最大化。同時，該項技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用還可有效降低橋梁重量，避免混凝土發(fā)生裂縫，而橋梁高度降低會促使橋梁整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)積極變化，提高橋梁工程質(zhì)量，也提升了橋梁的外觀質(zhì)量[2]。

(2)改善橋梁受力：一般情況下，橋梁工程在設(shè)計時，不但要考慮橋梁的使用性和功能性，還應(yīng)認識到當(dāng)前城市規(guī)劃、地下管道工程建設(shè)等現(xiàn)狀。所以，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)綜合考慮多個方面。特別是在現(xiàn)階段橋梁施工難度日益增大的情況下，對橋梁結(jié)構(gòu)提出了更高要求。其中，最為重要的是橋梁受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)在減小空間同時，提升受力性，這就要求在設(shè)計者在設(shè)計時應(yīng)精確分析，科學(xué)布局。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工中的應(yīng)用，形成橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的受力體系，該力系可有效提升橋梁結(jié)構(gòu)的受力能力。譬如：預(yù)應(yīng)力能產(chǎn)生良好的空間效應(yīng)，此種效應(yīng)可與彎扭內(nèi)力產(chǎn)生抵消效用。再如：多梁格寬橋建設(shè)中，橋梁預(yù)應(yīng)力可對主梁受力能力有一定的改善，實現(xiàn)均衡性受力，進而提升橋梁整體質(zhì)量，延長其使用壽命[3]。

(3)延長橋梁使用壽命：采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)一定程度上增強橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂性和抗?jié)B性，進而提升混凝土結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量，降低裂縫發(fā)生的概率，這也有效預(yù)防水、酸、堿等物質(zhì)對橋梁的腐蝕，確保橋梁使用的安全性，增長使用周期。

3 橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的具體應(yīng)用

浙江省新瀏河大橋為大跨徑懸臂拼裝連續(xù)箱梁橋，該橋大量應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)。該工程于2013年6月正式開建，施工任務(wù)主要是進行連續(xù)箱梁懸臂拼裝建造。該橋如依照既定的施工設(shè)計，長度為200m，高度為 6m，上層橋?qū)挾葹?6m，包括兩側(cè)防撞欄共1.0m、機動車道 15m；下層分為兩幅，單幅橋?qū)捰?.5m，包括非機動車道4m、人行道和欄桿1.5m。梁高3.5m，高跨比為1∶18，斷面是16m寬的單箱雙室，箱寬9.1m，頂板懸臂長4.2m底板懸臂長5.3m；跨中腹板厚0.4m、底板厚0.25m，墩頂附近腹板厚0.65m、底板厚0.40m，直線變化段10m。

3.1 科學(xué)選擇預(yù)應(yīng)力鋼絞線

鋼絞線的選擇直接關(guān)系到橋梁施工的質(zhì)量，其性能也對整個工程的穩(wěn)定性有巨大影響。當(dāng)前，我國橋梁施工中預(yù)應(yīng)力鋼絞線常用的類型有：普通預(yù)應(yīng)力鋼絞線、低松弛性鋼絞線、預(yù)應(yīng)力鋼筋及矯直回火性鋼絞線。其中，尤以低松弛性鋼絞線最為常用，其具有耐用性強、價格實惠，及增強建筑構(gòu)造美觀等特點[4]。應(yīng)在確保施工質(zhì)量基礎(chǔ)上，科學(xué)選用鋼絞線，如此可有效節(jié)省鋼材成本，這是必須考慮的一個問題。要強調(diào)的是，在選用預(yù)應(yīng)力鋼絞線時，應(yīng)特別注意鋼絞線的外層狀態(tài)、幾何參數(shù)、斷裂荷載基數(shù)、伸長率等。比如：新瀏河大橋施工中預(yù)應(yīng)力鋼絞線有兩個類型：一是2000級鋼絞線，二是1860級鋼絞線，最終選擇了前者。原因是2000級鋼絞線強度有明顯提高，但截面積、極限延伸率等參數(shù)和1860級無差異，在造價上有一定提升，兩者參數(shù)對比如表1。

表1 2000級鋼絞線和1860級鋼絞線參數(shù)對比

3.2 合理選用預(yù)應(yīng)力錨具

在選用預(yù)應(yīng)力錨具時，應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力應(yīng)用方法的情況，選用相應(yīng)的錨具。預(yù)應(yīng)力施工方法主要有兩種：一是先張法；二是后張法。而預(yù)應(yīng)力錨具也分為摩阻錨固型及機械錨固型，兩種錨具存在一定的差異，前者的品種相對較多，因此，它的應(yīng)用空間相對廣泛。在一般情況下，該類型錨具的錨固力和噸位存在多種變化，所以其廣泛應(yīng)用到用高速度施工作業(yè)中。但是，該類錨具在實際使用中在一定程度上導(dǎo)致應(yīng)力損失，因而在選用時應(yīng)充分考慮到橋梁工程施工的實際需要。后者的應(yīng)用環(huán)境有一定限制，主要在高強集束型鋼絲、高強度鋼筋、單根鋼絞線等結(jié)構(gòu)中有廣泛應(yīng)用。在新瀏河大橋項目建設(shè)中，基于2000級鋼絞線，結(jié)合實際工況，調(diào)整和優(yōu)化錨具參數(shù)，應(yīng)用了具有高抗疲勞性能的鋼絞線夾片式錨具，即HVM型錨固體系錨具，其具有較強適應(yīng)性，可穩(wěn)固有效地錨固2000級及其以下強度級別預(yù)應(yīng)力鋼絞線，同事具有良好放張自錨性能，不需頂壓。

3.3 箱梁鋼絞線預(yù)應(yīng)力施工

箱梁鋼絞線的施工是橋梁預(yù)應(yīng)力構(gòu)建中重要的內(nèi)容，該方面的施工需要考慮諸多因素，任何一施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都有可能引起整個工程施工出現(xiàn)質(zhì)量問題[5]。其中，最需要考慮的是預(yù)應(yīng)力在張拉過程中鋼絞線張拉順序的設(shè)定。通常而言，在箱梁鋼絞線的張拉過程中橫向鋼絞線需要自上而下的張拉，但是腹板則相反，應(yīng)從下到上實行預(yù)應(yīng)力張拉。對于橋梁整體結(jié)構(gòu)的張拉，應(yīng)按照這樣的順序進行：橫梁第一批鋼束→縱梁鋼束→橫梁剩余鋼束。在完成張拉后頭天，還應(yīng)對預(yù)應(yīng)力的管道進行壓漿，該施工工序的開展要求對工程環(huán)境予以全面觀察，比如：在雨天環(huán)境施工，則會導(dǎo)致箱梁鋼絞線銹蝕，而造成鋼絞線強度降低。所以，假如需要在雨天作業(yè)，應(yīng)提前進行灌漿施工。

4 其它預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用

4.1 橋梁加固工程中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)

將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程加固作業(yè)中，可大幅改善和提高橋梁結(jié)構(gòu)承載力。有助于穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)，延長橋梁工程的整體壽命。而加固作業(yè)的開展是要有諸多構(gòu)件補強、結(jié)構(gòu)改善等操作，如此修建的橋梁才可充分滿足當(dāng)前社會和經(jīng)濟發(fā)展的實際要求。常用承載力提升手段有多種，比如：改變受力體系、加強外部預(yù)應(yīng)力、加固橋面補強層等，但是在具體施工中，則可全面采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進行加固，主要的應(yīng)用方式是在橋梁構(gòu)件增加一定的預(yù)應(yīng)力，如此在受拉區(qū)就能產(chǎn)生必要的壓應(yīng)力，進而促進橋梁構(gòu)件承載力的提升，加固效用就能充分表現(xiàn)出來。

4.2 受彎構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力碳纖維加固

目前，在我國橋梁施工中碳纖維具有較為廣泛的應(yīng)用，特別是施工方便、強度高、性能良好的碳纖維。應(yīng)用碳纖維可形成一種應(yīng)力，其實際產(chǎn)生的效用和混凝土應(yīng)變增量存在密切關(guān)系[4]。換言之，倘若混凝土的初始應(yīng)力明顯大于碳纖維產(chǎn)生的應(yīng)力，那么橋梁構(gòu)件就會遭受一定破壞，使得碳纖維的優(yōu)勢和作用不能有效發(fā)揮。因此，在橋梁施工過程中要科學(xué)合理的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在進行碳纖維粘貼施工時應(yīng)對所用碳纖維加載一定的預(yù)應(yīng)力，如此就能產(chǎn)生相應(yīng)的初始應(yīng)力作為基礎(chǔ)，使其實際效用得以發(fā)揮。

5 結(jié)束語

目前，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁施工中的作用日益凸顯，受到人們的重點關(guān)注。因此，施工企業(yè)應(yīng)充分認識到預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁施工中可有效提高工程質(zhì)量，提升橋梁外部結(jié)構(gòu)的美觀度。該技術(shù)具體應(yīng)用過程中還應(yīng)加強施工材料、工藝等研究。

［1］史智勇，趙永紅，劉云平．淺析路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用［J］．中國水運,2013，31(2)：159-162.

［2］李慧萍．芻議路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用［J］．科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2015，11(06)：152-153.

［3］劉偉.淺析路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用［J］．價值工程,2010，12 (21)：197-199.

［4］金龍云，李浩銘 .淺析路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用［J］．科技傳播,2011，10(17)：103-104.

［5］趙青山.探究路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用［J］．科技與企業(yè),2015，10 (15)：127-129.

［6］鄧寬億，曾驛桀.預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010，10(04):127-129.