路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的有效運用

肖毅

（四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司　四川　成都　610031）

路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的有效運用

肖毅

（四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司四川成都610031）

路橋施工中大量采用混凝土以及鋼結(jié)構(gòu)，使得在施工中結(jié)構(gòu)各部件之間存在有多種多樣的內(nèi)部應(yīng)力，為了消除結(jié)構(gòu)部件間的內(nèi)應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，保證路橋施工質(zhì)量，因此需要在施工中對結(jié)構(gòu)部件施加一個巨大的壓力以消除結(jié)構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力，并存留部分壓應(yīng)力以抵消使用服務(wù)中受到的較大拉應(yīng)力帶來的對結(jié)構(gòu)部件應(yīng)力平衡的破壞，即預(yù)應(yīng)力技術(shù)。該技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛并極為成熟。

路橋施工；預(yù)應(yīng)力；技術(shù)；施工質(zhì)量

我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得城際、地區(qū)之間的交流和聯(lián)系越來越緊密，在這一過程中催生了大量的路橋施工建設(shè)項目。然而，在路橋施工中，由于大量采用混凝土以及鋼結(jié)構(gòu)部件，使得建設(shè)設(shè)施各部件之間在連接點存在有巨大的應(yīng)力或結(jié)構(gòu)徐變，特別是在混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的銜接處，巨大的內(nèi)部應(yīng)力使得建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力平衡無法得到有效的保障，而且，在實際服務(wù)使用過程中在外加載荷的作用下會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部形變，從而影響整體建筑施工結(jié)構(gòu)的受力穩(wěn)定性，最終造成路橋設(shè)施結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到破壞，并且在外觀上呈現(xiàn)出明顯的裂縫、開裂等現(xiàn)象，極大地縮短了路橋設(shè)施的服務(wù)壽命。

1　預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)指的是在土建項目建設(shè)施工中對采用的工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間施加一定的預(yù)應(yīng)力以提高構(gòu)件的剛度，特別是受拉模塊中的鋼筋，從而使得其結(jié)構(gòu)之間的咬合效果更為強(qiáng)烈，而且構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力的作用下會使得其施工中在內(nèi)部產(chǎn)生和積累的內(nèi)部應(yīng)力得到抵消，從而極大地提高了構(gòu)件之間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)了建筑整體結(jié)構(gòu)在外加載荷作用下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)力學(xué)穩(wěn)定性，從而提高構(gòu)件的剛度、推遲構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的時間、增加了結(jié)構(gòu)的耐久性，最終延長了建筑構(gòu)件的服務(wù)使用壽命。

如在鋼結(jié)構(gòu)施工中，由于大量鋼結(jié)構(gòu)的使用使得各結(jié)構(gòu)部件在焊接以及扣件連接時存在有較大的內(nèi)部應(yīng)力，且該內(nèi)部應(yīng)力沿構(gòu)件延展方向累計，最終造成鋼結(jié)構(gòu)整體的內(nèi)部應(yīng)力平衡受到破壞，極大地影響了鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)施在使用中受外加載荷的受力穩(wěn)定性，導(dǎo)致其服務(wù)壽命大幅縮短。因此，在施工中常在焊接及扣件連接好之后對鋼結(jié)構(gòu)施加一個較大的壓應(yīng)力，以抵消掉結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在并累計的內(nèi)應(yīng)力，從而改善其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。

又如在受彎構(gòu)件的荷載加上去之前給構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，使得構(gòu)件產(chǎn)生一個和與荷載作用產(chǎn)生的相反的變形，如此便抵消掉荷載對構(gòu)件產(chǎn)生的變形形變效應(yīng)，從而減緩了扣件開裂的時間和頻次，提高了其使用壽命和服務(wù)質(zhì)量。

2　預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用

路橋施工中，由于大量使用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土構(gòu)件，使得其構(gòu)件各部分之間存在有較大的內(nèi)應(yīng)力，造成構(gòu)件咬合緊密度不夠的缺點，而且，路橋施工中常在外界高強(qiáng)度載荷的壓力下導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變，特別對于大跨徑橋梁施工中，其鋼結(jié)構(gòu)在橋體承擔(dān)大載荷的條件下會產(chǎn)生應(yīng)力徐變，如此便導(dǎo)致了其結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力穩(wěn)定性的破壞，從而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)在服務(wù)中產(chǎn)生裂縫、開裂現(xiàn)象，影響使用質(zhì)量。

因此，在路橋施工中，常利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來消除結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在累計的應(yīng)力，并且給結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)筑一個相當(dāng)量的與外加載荷相反方向的應(yīng)力，如此便使得建筑構(gòu)件在外加載荷作用下依然可以保持結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的受力穩(wěn)定性。在路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工一般集中在路橋橋面混凝土施工、加固構(gòu)件施工以及受彎結(jié)構(gòu)施工方面。

2.1路橋橋面混凝土施工

對于路橋橋面混凝土施工，由于使用服務(wù)過程中，路面需要直接承擔(dān)車輛附加的較大載荷，而車輛行進(jìn)時受載路面較大壓應(yīng)力導(dǎo)致發(fā)生局部形變，由此路面內(nèi)部混凝土組織與周邊混凝土組織發(fā)生產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力作用過多、過強(qiáng)的條件下極容易使得橋路面產(chǎn)生開裂和龜裂，其實質(zhì)是內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞。因此，在對路橋橋面施工過程中，需要路面混凝土敷設(shè)作業(yè)時對混凝土預(yù)先施加一個較大的壓應(yīng)力以保持混凝土的內(nèi)部應(yīng)力在與外加載荷的作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力的作用中相互抵消或盡量減少拉應(yīng)力的大小，從而保證了混凝土路面的結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定性。

在運用預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工的路橋橋面混凝土施工中，常采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)混凝土張拉技術(shù)，即在模板支護(hù)后進(jìn)行的混凝土澆筑作業(yè)時，進(jìn)行張拉應(yīng)力施工，在有效控制混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和彈性模量的基礎(chǔ)上控制混凝土的增長速度，從而增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。而在實際施工中需要特別注意對早期混凝土澆筑的強(qiáng)度進(jìn)行測試，否則其強(qiáng)度過低的狀況下進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力施工則會由于施加的預(yù)應(yīng)力過大的緣故而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生局部固結(jié)錯位或內(nèi)部應(yīng)力塌陷等問題，從而造成巨大的施工質(zhì)量隱患。

2.2加固構(gòu)件施工

路橋建設(shè)中常需要大量鋼筋結(jié)構(gòu)作為路橋設(shè)施的加固構(gòu)件。一般在進(jìn)行路橋加固作業(yè)時，采用改變結(jié)構(gòu)體系、降低恒載等技術(shù)，然而，在經(jīng)過橋面補(bǔ)強(qiáng)、粘貼鋼板、增加橫向聯(lián)系加固之后應(yīng)該對加固的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工，這是主要由于在加固構(gòu)件使用中，常常在路橋巨大拉伸的作用下導(dǎo)致加固構(gòu)件之間或者加固構(gòu)件內(nèi)部存在有加大的拉應(yīng)力，因此，需要在加固構(gòu)件施工時沿軸線方向向內(nèi)施加一個較大的壓應(yīng)力，并使之累計在構(gòu)件內(nèi)部，從而保證在結(jié)構(gòu)拉伸過程中不會因外加拉應(yīng)力較大而結(jié)構(gòu)斷裂。而在大跨度橋體的加固作業(yè)中，由于跨徑過大，需要對梁的彎矩區(qū)運用粘貼碳纖維來進(jìn)行加固，但在加固材料使用過多的情況下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)自重大幅增加從而影響建筑結(jié)構(gòu)整體受力平衡的問題，這就需要在實際使用中對梁受力正截面和受力斜截面等多個方向施加不同大小的預(yù)應(yīng)力，從而提高梁自身的抗拉性能，從而達(dá)到加固橋體而不大幅增加橋體自重的目的。

2.3受彎結(jié)構(gòu)施工

受彎結(jié)構(gòu)施工在路橋施工中是極為普遍的，尤其在大跨徑橋梁的項目建設(shè)中，常會用到各種鋼筋結(jié)構(gòu)來做受彎接頭或支撐，而在受彎結(jié)構(gòu)中運用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行的施工一方面可以保證受彎結(jié)構(gòu)在外界載荷作用時的內(nèi)部應(yīng)力受力穩(wěn)定性，另一方面由于內(nèi)部應(yīng)力的存在可以在保證建筑結(jié)構(gòu)剛性和強(qiáng)度的條件下節(jié)省建筑材料。

3　預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中的優(yōu)勢

由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工在路橋施工中能夠最大程度的保證路橋設(shè)施本體的內(nèi)部構(gòu)件荷載應(yīng)力穩(wěn)定性，因此在當(dāng)前的路橋施工中得到了極為廣泛的應(yīng)用。綜合國內(nèi)外路橋施工建設(shè)項目的實際施工情況來看，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用存在著以下幾方面的優(yōu)勢：

3.1提高路橋施工的施工質(zhì)量

在運用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行的路橋施工中，由于預(yù)加的應(yīng)力載荷作用，使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件之間存在有一定的壓應(yīng)力，從而使得其在實際使用過程中承受荷載條件下所受到的拉應(yīng)力得到一定的消除和減弱，從而極大程度地避免了構(gòu)件之間結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性遭受破壞的可能性，極大地降低了路橋設(shè)施各部件之間出現(xiàn)裂縫和內(nèi)部應(yīng)力破壞的風(fēng)險，提高了路橋施工的施工質(zhì)量。

與此同時，運用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行的路橋施工可以節(jié)省大量的建筑加固材料，使得橋體的自重大幅降低，從而最大幅度的避免了由于橋體自重而產(chǎn)生的較大的內(nèi)部應(yīng)力負(fù)載，提高了使用服務(wù)壽命。

3.2有效降低了路橋施工成本

在運用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行的路橋施工中，由于大量減少了橋梁加固材料，使得建筑施工成本大幅降低。除此之外，由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用，使得路橋設(shè)施能夠在高負(fù)載的條件下正常穩(wěn)定長時間運行，并且可以避免低負(fù)載長時間周期變化而帶來的橋體構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)概率，從而極大地節(jié)省了路橋設(shè)施日常維護(hù)保養(yǎng)費用。

3.3使得路橋設(shè)施外觀更加美觀

在節(jié)省了大量橋梁體加固構(gòu)件之后，路橋設(shè)施在外觀上會顯得更加的簡潔、美觀和大方。而且，在以后的日常維護(hù)與保養(yǎng)中，由于不再需要大量的附加加固措施，使得建筑設(shè)施整體流線較為勻稱。

4　結(jié)語

然而，不得不提出的是，雖然預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中存在有諸多的優(yōu)勢，但不正確的施工工藝卻不僅不能提高路橋施工工程質(zhì)量，反而會大幅降低工程施工的質(zhì)量。如在路橋施工中，基樁和扣件的連接中，由于混凝土結(jié)構(gòu)固化時間較長而且固化過程中所需的維護(hù)和保養(yǎng)條件較為苛刻，因此，在施加預(yù)應(yīng)力時如果時間過早而混凝土尚未完全固結(jié)形成硬化結(jié)構(gòu)，則巨大的壓應(yīng)力可能會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)大面積的應(yīng)力塌陷造成局部錯位、內(nèi)部裂縫等；而施加預(yù)應(yīng)力時間如果過晚則可能在混凝土已經(jīng)成型的基礎(chǔ)上對施加的預(yù)應(yīng)力存在有一定的疲勞排斥，最終使得預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量不到位。因此，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力技術(shù)的施工作業(yè)時，對混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行即時的檢測是極為重要和必要的。

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