預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)在水工建筑物中的應(yīng)用及發(fā)展前景

房 欣

（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074）

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)水工建筑物的建設(shè)規(guī)模也不斷變大，在進(jìn)行水工建筑物施工中，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用變得越來越普遍。此技術(shù)能很大程度地改善水工建筑物結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，提高水工建筑物的剛度、整體性、抗滑穩(wěn)定性及使用耐久性。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)就是利用鋼筋的回彈壓力，使其作用到不穩(wěn)定的巖土體或支擋結(jié)構(gòu)，增大滑動(dòng)面的抗剪能力，進(jìn)而提高整個(gè)水工建筑物的基巖體或支擋、保護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1 應(yīng)力相關(guān)技術(shù)概念

1.1 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土的作用機(jī)理就是在混凝土或者構(gòu)件的部分或全部受拉區(qū)張拉鋼筋，然后利用張拉鋼筋的彈性回縮力，使得混凝土?xí)a(chǎn)生一定預(yù)壓應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生一定程度的受壓變形，當(dāng)受拉區(qū)在外荷載的作用下將要發(fā)生變形時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力的存在會(huì)將外荷載產(chǎn)生的部分或者全部拉應(yīng)力抵消，使得整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)只有在外界高強(qiáng)度的作用力下，才會(huì)出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象，這樣就能較好地延緩甚至阻止混凝土裂縫的產(chǎn)生。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)能有效地提高鋼筋混凝土的使用壽命、抗裂性和強(qiáng)度。因此，在水工建筑物中具有廣泛的應(yīng)用。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)指的就是使用錨固方法來改善支撐、保護(hù)結(jié)構(gòu)或基巖土體穩(wěn)定性的一種施工方式。通過在已經(jīng)發(fā)生或者可能發(fā)生滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部制造人工孔道，使用機(jī)器設(shè)備將鋼筋的一端插入孔洞并將其固定在穩(wěn)定的巖石土體之中，之后再對(duì)鋼筋進(jìn)行張拉，讓鋼筋的回彈力直接作用在支撐、保護(hù)結(jié)構(gòu)或基巖土體之上，從而起到增強(qiáng)滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度，提升支撐、保護(hù)結(jié)構(gòu)或基巖土體整體穩(wěn)定性的作用。此外，錨固技術(shù)中的錨索構(gòu)造可以采用現(xiàn)代新技術(shù)，施工工序也可以簡(jiǎn)化，也可以降低造價(jià)并縮短工期，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景和重要的研究?jī)r(jià)值。

2 預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)在水工建筑物中的應(yīng)用

2.1 高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土在水工建筑物中的應(yīng)用

水工建筑物在實(shí)際施工中，根據(jù)張拉預(yù)應(yīng)力筋與混凝土澆筑的先后關(guān)系，可將建立預(yù)應(yīng)力的方法分為先張法和后張法兩大類。（1） 先張法主要指的是在混凝土澆筑前，先對(duì)預(yù)應(yīng)力筋張拉，之后再將張拉好的預(yù)應(yīng)力筋固定并在上面進(jìn)行混凝土的澆筑，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后（即混凝土和預(yù)應(yīng)力筋的黏結(jié)力滿足要求） 將預(yù)應(yīng)力筋端剪斷，這樣就能對(duì)混凝土整體產(chǎn)生一個(gè)預(yù)壓應(yīng)力，形成整體性良好的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。（2） 后張法施工技術(shù)是先澆筑好混凝土并在預(yù)應(yīng)力筋位置預(yù)留出張法預(yù)應(yīng)力筋穿入的孔道，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，一邊張拉預(yù)應(yīng)力筋，一邊壓縮構(gòu)件，最后用錨具錨固在構(gòu)件兩端并在孔道內(nèi)灌漿。后張法實(shí)際施工性很高，不需要特制的臺(tái)座，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工制作，施工靈活性較好。

高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土具體應(yīng)用于：①灌區(qū)跨溝渠渠道、防洪溝等結(jié)構(gòu)的預(yù)制梯形渡槽、U 型渡槽、排架；②灌區(qū)、穿路涵的漸變段預(yù)制扭面；③引排水穿路、穿堤的預(yù)制涵管、涵洞；④河道綜合治理、小流域清潔方面的下河踏步、生態(tài)護(hù)坡、壓頂護(hù)腳、空箱式擋土墻等水工建筑物方面的施工。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)水工建筑物中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用可以分為在施工期間和使用期間的應(yīng)用。

（1） 施工期間：主要用于體積較大的混凝土貫通裂縫的處理以及具有不穩(wěn)定性能基巖的相應(yīng)處理。由于混凝土和基巖抗拉伸性很差，在體積較大的混凝土實(shí)際施工過程中裂縫是時(shí)常出現(xiàn)的，產(chǎn)生的原因包括：溫差的不斷變化、基礎(chǔ)各部分的不均勻性沉降,混凝土部分結(jié)構(gòu)的坍塌下落等。倘若是讓裂縫自由發(fā)展，不對(duì)其延伸、擴(kuò)展加以約束，將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)和破壞。因此，在已經(jīng)出現(xiàn)或可能出現(xiàn)裂縫的區(qū)域采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)對(duì)混凝土施加預(yù)壓力,這樣就從一定程度上抑制裂縫的發(fā)展,減小裂縫寬度。此外，在實(shí)際施工過程中預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)中的錨索對(duì)于提高錨固于巖基之上壩體的抗滑穩(wěn)定性具有良好的效果。

（2） 使用期間：主要用于水工建筑物的補(bǔ)強(qiáng)，由于水工建筑物一般建在多種多樣的地基條件的基礎(chǔ)上，并長(zhǎng)期存在于潮濕、復(fù)雜的水體環(huán)境之中。因此，建筑物結(jié)構(gòu)本身的材料性質(zhì)、形狀、尺寸等方面極易出現(xiàn)一些變化，需要施工方及時(shí)加以處理。在這一方面，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)就顯得尤為重要了。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在建筑物使用期間主要用于抑制水工建筑物的裂縫發(fā)展，加筑并穩(wěn)固水下的工程等方面。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)對(duì)于提高水工建筑物的抗?jié)B性以及大壩基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性有著不可忽視的作用。

3 預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)在水工建筑物應(yīng)用方面的發(fā)展前景

隨著水利工程建設(shè)的規(guī)模越來越大，預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)的理論基礎(chǔ)及一些核心技術(shù)的掌握已進(jìn)入良好的發(fā)展階段，整個(gè)預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)的研究必將不斷深入；隨著實(shí)際設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，預(yù)應(yīng)力相關(guān)的施工技術(shù)、張拉設(shè)備、數(shù)據(jù)控制手段等方面也一定會(huì)有不斷的提高和突破。預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于改善水工建筑物的施工方式，提高水工建筑物的施工質(zhì)量具有極其重要的意義，在水工建筑物方面的應(yīng)用必將具有廣闊的發(fā)展前景。