預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用

喬 鵬 飛

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西 太原 030006)

0 引言

目前，大多數(shù)道路橋梁施工都采用了預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，且應(yīng)用效果非常好。但要注意預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用需結(jié)合工程情況，靈活選擇應(yīng)用方式。只有這樣才能充分發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證道路橋梁工程的施工質(zhì)量。

1 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)介紹

之所以要應(yīng)用預(yù)應(yīng)力是因?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷恋目估瓨O限應(yīng)變?cè)?.000 1～0.001 5之間，極其容易發(fā)生開裂問題。且鋼筋混凝土不開裂的關(guān)鍵是其受拉鋼筋的應(yīng)力只能達(dá)到30 kPa。對(duì)鋼筋使用預(yù)應(yīng)力，鋼筋就會(huì)被壓縮產(chǎn)生形變，受拉應(yīng)力就會(huì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)與混凝土結(jié)構(gòu)是結(jié)合在一起使用的，稱之為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在受到外力荷載作用前，若人為對(duì)其施加壓力就會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。這一預(yù)應(yīng)力正能抵消或減小外荷載所引起的拉應(yīng)力。簡單的說，就是利用混凝土的抗壓強(qiáng)度彌補(bǔ)其自身的抗拉強(qiáng)度，盡可能地延緩受拉區(qū)混凝土的開裂速度。其主要優(yōu)點(diǎn)就是能提高混凝土構(gòu)件的耐久性；可減輕混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的截面尺寸和自重；可有效提升混凝土結(jié)構(gòu)的跨越能力。 按照預(yù)加應(yīng)力的方式，預(yù)應(yīng)力混凝土可分為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土、后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。這兩種方式的應(yīng)用范圍、優(yōu)點(diǎn)并不相同。首先，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土是指在鋼?；蚝笞?，進(jìn)行先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的固定及混凝土澆筑，然后根據(jù)需要放張、切斷構(gòu)件外預(yù)應(yīng)力筋。其次，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土是指先進(jìn)行構(gòu)件的澆筑，然后再進(jìn)行張拉，最后用錨具固定預(yù)應(yīng)力筋。

2 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在道路橋梁施工技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 在受彎構(gòu)件中的應(yīng)用

在道路橋梁工程施工中，普通混凝土的受拉性、受彎性比較差，加之混凝土自身的重力較大。若是將其應(yīng)用在受彎構(gòu)件中，很有可能會(huì)產(chǎn)生混凝土開裂問題。尤其是在大跨度的橋梁中，更無法保證混凝土的穩(wěn)定。也正因?yàn)槿绱?，預(yù)應(yīng)力被引進(jìn)到受彎構(gòu)件的應(yīng)用中。

首先，預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)可依照如下流程：掌握設(shè)計(jì)資料、截面設(shè)計(jì)、確認(rèn)預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋的使用量、布置鋼筋、截面復(fù)核、控制截面的正截面強(qiáng)度復(fù)核、斜截面強(qiáng)度復(fù)核、截面驗(yàn)算、應(yīng)力計(jì)算、使用階段的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力和疲勞預(yù)算、裂縫寬度預(yù)算、變形預(yù)算、設(shè)計(jì)計(jì)算匯總。其次，需進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計(jì)算，以保證受彎構(gòu)件的應(yīng)力能滿足施工要求。其主要計(jì)算的內(nèi)容包括混凝土的法向壓應(yīng)力及主壓應(yīng)力、鋼筋的拉應(yīng)力。另外，還應(yīng)注意若是預(yù)應(yīng)力混凝土簡支結(jié)構(gòu)，只需計(jì)算預(yù)應(yīng)力引發(fā)的主效應(yīng)。若是超靜定結(jié)構(gòu)，除去要計(jì)算其主效應(yīng)外，還應(yīng)計(jì)算預(yù)應(yīng)力引起的次效應(yīng)。最后，為了進(jìn)一步提高發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力的作用，提升受彎構(gòu)件的受拉力，可以在受彎構(gòu)件的加工中添加碳纖維材料。這是一種具有高強(qiáng)度的材料。這樣在對(duì)混凝土受彎構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，就能很好地保護(hù)受彎構(gòu)件的安全。

2.2 在橋梁加固中的應(yīng)用

進(jìn)行橋梁加固的主要目的是優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，提升橋梁的承載力，從而延長橋梁的使用壽命。在這一過程中，使用預(yù)應(yīng)力可以有效減小結(jié)構(gòu)加固初始狀態(tài)下的混凝土應(yīng)變值及構(gòu)件的受拉應(yīng)力變形、受壓應(yīng)力變形，并盡可能地提高鋼筋的穩(wěn)固性。

用于橋梁結(jié)構(gòu)加固的預(yù)應(yīng)力體系主要包括：體外預(yù)應(yīng)力、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固。首先，就體外預(yù)應(yīng)力加固來說，主要就是在橋體外增設(shè)預(yù)應(yīng)力索，如以鋼絞線、鋼筋等為施力工具對(duì)梁體施力。這樣預(yù)應(yīng)力作用下的反彎作用力會(huì)與梁體的部分荷載力相抵。這一方法非常適合大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土接連箱梁的加固。其次，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是指以通過預(yù)應(yīng)力張拉，加大對(duì)混凝土的擠壓，從而提高混凝土的抗裂能力。之所以稱為無粘結(jié)則是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力筋具有防腐層、外保護(hù)套，不會(huì)與混凝土直接接觸，從而處于無粘結(jié)狀態(tài)。其主要優(yōu)點(diǎn)包括使用性能好、可減輕結(jié)構(gòu)自重、施工方便、抗腐蝕性強(qiáng)、抗震性好。再者，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固是指對(duì)碳纖維施加預(yù)應(yīng)力，使其張拉，進(jìn)而減少構(gòu)件的變形、裂縫，達(dá)到提高構(gòu)件承載力的目的。此方法比較適用于界面較小或配筋不足的鋼筋混凝土受彎、受拉、受壓等構(gòu)件的加固。

2.3 在多跨連續(xù)梁中的應(yīng)用

多跨連續(xù)梁的施工會(huì)涉及到負(fù)彎矩、正彎矩區(qū)域。此時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以解決抗剪力性能不滿足施工要求的問題，有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并提升橋梁的承載能力。

利用預(yù)應(yīng)力可以建設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土多跨連續(xù)梁。這種橋梁的優(yōu)點(diǎn)包括跨越能力較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)剛度大、變形較小、動(dòng)力性能好、非常利于高速行車。另外，雖然預(yù)應(yīng)力混凝土多跨連續(xù)梁都是采用現(xiàn)澆筑混凝土的方法。但是不同工程實(shí)際情況下的多跨連續(xù)梁的布梁方式并不相同。若是跨度過大、自重較大、無法預(yù)知，但可支模的連續(xù)梁可采用曲線筋的等截面直梁的布梁方式。若是荷載較大、跨度較大的連續(xù)梁，可將預(yù)應(yīng)力筋稍微彎曲，減少摩擦損失。若是用聯(lián)結(jié)器形成的連續(xù)梁，可在完成第一跨的現(xiàn)澆筑時(shí)將其拉到規(guī)定預(yù)應(yīng)力值，隨后才能澆筑第二跨，接下來用聯(lián)結(jié)器將這兩跨的預(yù)應(yīng)力筋聯(lián)結(jié)起來，確認(rèn)第二跨的混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行張拉。這樣就可以按照這種方式進(jìn)行后續(xù)跨梁的形成。

2.4 在橋梁路面中的應(yīng)用

就目前而言，我國大多數(shù)道路橋梁仍是以混凝土為主。但是混凝土經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，影響到橋梁的安全。從上文中能夠得知，利用預(yù)應(yīng)力可以減緩混凝土的開裂。同樣，在路面橋梁中也可以適當(dāng)?shù)匾腩A(yù)應(yīng)力技術(shù)，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼筋，約束路面結(jié)構(gòu)，并借助鋼筋、混凝土骨料間的粘結(jié)力，減緩路面混凝土的開裂速度。但仍需要對(duì)路面進(jìn)行維護(hù)，以避免混凝土出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，造成開裂問題。

一般路橋的預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工流程包括：1)施工準(zhǔn)備。做好施工資料文件的收集與材料驗(yàn)收；2)安裝模板。需先對(duì)模板進(jìn)行清理，并上脫模劑，然后根據(jù)施工科學(xué)放置、綁扎、封堵等操作；3)現(xiàn)澆筑混凝土。注意混凝土原材料要科學(xué)保管，避免暴曬?；炷翑嚢枰凑障嚓P(guān)規(guī)程。隨后，在澆筑時(shí)可利用水平儀測定高程，并利用全站儀進(jìn)行墩身預(yù)埋鋼筋的復(fù)測。在實(shí)際操作中，可采用臺(tái)階法進(jìn)行混凝土澆筑；4)路面養(yǎng)護(hù)。完成混凝土澆筑后，一定要做好養(yǎng)護(hù)工作，避免高溫曝曬、人為破壞；5)張拉預(yù)應(yīng)力筋。在這一環(huán)節(jié)施工中，應(yīng)及早對(duì)混凝土施加初預(yù)應(yīng)力。另外，在第一次張拉前，需要先進(jìn)行混凝土試件抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)；6)封錨及伸縮縫施工。完成預(yù)應(yīng)力筋張拉后，需切除較長的預(yù)應(yīng)力筋。此時(shí)，可選擇機(jī)械輔助施工，然后進(jìn)行錨具封閉。對(duì)于伸縮縫的施工可根據(jù)工程實(shí)際，選擇合適的澆筑材料。

綜上所述，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)是我國道路橋梁施工的重要組成部分，具有非常良好的應(yīng)用效果。顯然，在我國道路橋梁建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)大的背景下，加大預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的研究是非常有必要的。