預(yù)應(yīng)力技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用

唐智威

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路二分公司，四川成都 810000）

隨著路橋工程建設(shè)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用日益普遍，對(duì)加固橋梁結(jié)構(gòu)具有重要作用。在預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工中，須準(zhǔn)確把握施工要點(diǎn)，科學(xué)解決連續(xù)橋梁的病害問題，充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 建立完善的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

從整體上分析，路橋預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括錨固系統(tǒng)、減振系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)化路橋結(jié)構(gòu)與抗裂性，可增強(qiáng)路橋承載能力、耐久性，并完善三大系統(tǒng)的性能。錨固系統(tǒng)分為更換式系統(tǒng)、永久式系統(tǒng)，系統(tǒng)需要的工具包括錨具、錨固塊與鋼墊板；更換式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合包括工作錨板、錨墊塊、螺旋筋、襯套、預(yù)埋鋼管、防損襯套、HDPE管、轉(zhuǎn)向管、轉(zhuǎn)向裝置；永久式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合包括保護(hù)罩、工作錨板、螺母、墊板、密封漿筒、預(yù)埋鋼管、減振塊、端頭保護(hù)套、HDPE管、轉(zhuǎn)向管、轉(zhuǎn)向裝置。

1.1 錨固系統(tǒng)

設(shè)置更換式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)避免錨具與混凝土形成黏結(jié)。更換式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可細(xì)分為可換調(diào)、可換不可調(diào)兩種形式，前者在張拉預(yù)應(yīng)力的過程中會(huì)留取適量的預(yù)應(yīng)力索長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)再次張拉和放索。采用可換調(diào)形式的過程中需要使用油脂、石蠟做好灌漿處理作業(yè)。不可換調(diào)形式在張拉預(yù)應(yīng)力的過程中，不會(huì)留取預(yù)應(yīng)力索長(zhǎng)度，且不降低索力。在運(yùn)用普通鋼絞線的過程中，通常使用油脂或石蠟實(shí)施灌注，若鋼絞線屬于無黏結(jié)型，需要采用水泥漿進(jìn)行灌注。

永久式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋索力錨固后不再發(fā)生改變，且不更換錨具，錨墊板、預(yù)埋管道和混凝土結(jié)構(gòu)為一體的結(jié)構(gòu)形式。永久式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合形式在轉(zhuǎn)向裝置內(nèi)部安置單管式鋼管，再進(jìn)行灌漿使?jié){體形成黏結(jié)，完成錨固作業(yè)后，使用混凝土或環(huán)氧樹脂實(shí)施封錨，避免發(fā)生水蝕等問題。

在路橋預(yù)應(yīng)力加固施工中，錨固裝置較為重要。在開展預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)時(shí)，錨固塊會(huì)承擔(dān)張拉力。同時(shí)，通過將錨固塊與梁體穩(wěn)固連接，將加固力轉(zhuǎn)移給梁體結(jié)構(gòu)，錨固塊穩(wěn)定性、承載力與路橋預(yù)應(yīng)力密切相關(guān)。在當(dāng)前路橋預(yù)應(yīng)力施工中，為了檢驗(yàn)錨固塊的穩(wěn)定性、可靠性，應(yīng)將試驗(yàn)與有限元模型相結(jié)合，分析設(shè)置錨固塊體系結(jié)構(gòu)的有限元模型，以獲取該體系結(jié)構(gòu)、相連接的梁體力學(xué)性能與應(yīng)力分布效果。通過設(shè)計(jì)錨固塊模型采取物理試驗(yàn)，以研究錨固塊的承載力、應(yīng)力，對(duì)比分析有限元模型數(shù)據(jù)，確定錨固結(jié)構(gòu)安全性能。若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，需要改進(jìn)錨固塊的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，應(yīng)做好錨固塊的全方位探傷檢測(cè)，觀察其在施工中的應(yīng)變。

錨固塊的材料分為鋼錨、混凝土錨，前者主要應(yīng)用于大跨度橋梁施工、多根預(yù)應(yīng)力束的橋梁加固施工中，其構(gòu)造包括錨栓、橫向加勁肋、縱向加勁肋、端部承壓板、底板等，并具有工藝簡(jiǎn)便、承載能力與抗疲勞能力強(qiáng)、附加橫載力小等優(yōu)勢(shì)；后者適用于小跨度橋梁施工和少數(shù)預(yù)應(yīng)力束的橋梁加固施工，具有黏結(jié)性與抗腐蝕能力良好、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)。

1.2 減振系統(tǒng)

減振系統(tǒng)可減少振動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，優(yōu)化該系統(tǒng)功能應(yīng)做好振動(dòng)設(shè)計(jì)工作，控制橋梁自振頻率、梁體外預(yù)應(yīng)力束固有頻率、外動(dòng)力荷載頻率，其頻率值須具有差異性，避免出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。

路橋面出現(xiàn)的病害問題，應(yīng)使用就地再生瀝青進(jìn)行修復(fù)。在配置瀝青集料的過程中，工作人員應(yīng)做好瀝青舊料分析工作，根據(jù)分析結(jié)果合理界定集配比，準(zhǔn)確計(jì)算舊瀝青混合集料和新瀝青集料的加入比例。針對(duì)SMA-13瀝青原材料，其試驗(yàn)分析方法包括離心分離法、射線法、燃燒法、脂肪器法等，舊瀝青材料存在較大的變異性。通常采取6次試驗(yàn)，將瀝青材料油石比控制在6%左右。若試驗(yàn)結(jié)果的變化無較大差距，表示材料性質(zhì)可靠。

舊瀝青集料經(jīng)過車輛的長(zhǎng)期碾壓，會(huì)存在細(xì)化與破碎問題，在加熱處理中需要加入定量的粗集料，以優(yōu)化集配比。在新瀝青集料配置過程中，應(yīng)加入適量的玄武巖、機(jī)制砂和破碎的鵝卵石。在新舊材料拌和過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制兩者的毛體積相對(duì)密度、表觀相對(duì)密度、表干相對(duì)密度、吸水率等。

1.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，將裝置承載區(qū)設(shè)置為承壓型、剪切型。承載型是將路橋體外的預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)接給既有梁，該結(jié)構(gòu)適用于箱形截面梁、T形截面梁、矩形截面梁等橫向加固作業(yè)。剪切型轉(zhuǎn)接力的方式與承載型相似，僅適用于箱型截面梁縱向加固作業(yè)。

在實(shí)施體外張拉作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)、既有梁的接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生剪力，應(yīng)緊密結(jié)合體外預(yù)應(yīng)力做好轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)工作，并嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)向塊施工質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際需要將轉(zhuǎn)向裝置構(gòu)建為肋板式結(jié)構(gòu)、塊式結(jié)構(gòu)、橫隔板式結(jié)構(gòu)。

2 優(yōu)化預(yù)應(yīng)力束的布置方案

2.1 優(yōu)化箱內(nèi)布置與箱外布置方案

為了完善預(yù)應(yīng)力束布置工作，應(yīng)結(jié)合箱梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化箱內(nèi)布置與箱外布置方案，以增強(qiáng)路橋抗腐蝕能力、耐久性，維護(hù)路橋安全質(zhì)量。

（1）在增加多跨橋預(yù)應(yīng)力過程中，應(yīng)將預(yù)應(yīng)力束布置在多段梁；

（2）在橋梁加固過程中，應(yīng)重點(diǎn)分析橋梁原受力形式、病害問題，科學(xué)布置預(yù)應(yīng)力的線型；

（3）在錨固裝置、既有橋梁連接處，布置預(yù)應(yīng)力束過程中，應(yīng)重視預(yù)應(yīng)力集中的問題，將錨固設(shè)施放置在橋梁剛度較高區(qū)域。

2.2 重視抗裂控制處理作業(yè)

工程人員應(yīng)高度重視抗裂控制處理作業(yè)，不斷加固預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)路橋荷載力。路橋施工受荷載作用的影響，其橫向方向、豎向方向會(huì)共同承擔(dān)受力，以控制預(yù)應(yīng)力混凝土施工效果。在施工過程中，應(yīng)有效應(yīng)對(duì)混凝土裂縫的問題，做好張拉控制作業(yè)，固定預(yù)應(yīng)力筋，徹底清除表面雜質(zhì)，并對(duì)鋼絞線進(jìn)行固定。

施工人員應(yīng)做好混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)作業(yè)，及時(shí)修復(fù)裂縫，以有效維護(hù)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)完整性。針對(duì)被腐蝕、被破壞的路橋面層、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層，應(yīng)借助再生瀝青施工技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。制備再生瀝青集料時(shí)，應(yīng)按照再生瀝青常規(guī)指標(biāo)，通過試驗(yàn)嚴(yán)格控制再生瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度、最佳摻量。

（1）針入度可表述瀝青集料黏稠度，試驗(yàn)中將探針與特定荷載作用相結(jié)合，控制相關(guān)溫度、時(shí)間，探針貫入深度即瀝青針入度，單位為0.01 mm。瀝青針入度數(shù)值越小，其黏稠度與硬度越高；針入度數(shù)值越大，瀝青黏稠度與硬度越小。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生劑摻入量越多，再生瀝青集料針入度數(shù)值越高，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，再生劑對(duì)老化瀝青具有軟化作用，可有效降低瀝青黏稠度。

（2）軟化點(diǎn)可反饋瀝青集料對(duì)溫度的敏感性、高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性，瀝青集料的軟化點(diǎn)升高，能夠提升其高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)抗車轍能力。當(dāng)再生劑摻入量比例達(dá)到4%，瀝青軟化點(diǎn)達(dá)到SBS改性瀝青的標(biāo)準(zhǔn)，符合70號(hào)瀝青集料的要求。

（3）延度指瀝青集料在外加荷載壓力下出現(xiàn)變形但不發(fā)生破壞問題的功能，又名延展性。在具體試驗(yàn)中，可在不同溫度條件下，采用相應(yīng)的拉伸速率對(duì)瀝青樣品實(shí)施拉伸，瀝青出現(xiàn)斷裂的距離即延度數(shù)值。試驗(yàn)表明，提升再生瀝青制備效果，優(yōu)化瀝青面層養(yǎng)護(hù)性能，應(yīng)將再生劑的摻入量控制在4%左右。與此同時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確把握再生瀝青流變指標(biāo)，控制再生瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度、DSR、DSR時(shí)間掃描、BBR。

3 嚴(yán)格控制張拉質(zhì)量

在路橋預(yù)應(yīng)力張拉施工操作中，應(yīng)結(jié)合信息實(shí)際發(fā)展，正確使用智能張拉法，可借助電子設(shè)備科學(xué)控制千斤頂與張拉油泵，采取位置移動(dòng)、測(cè)力傳感設(shè)備分析，并不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)信息，使預(yù)應(yīng)力同步進(jìn)行，確保張拉的準(zhǔn)確性，并全面記錄、存放張拉過程中的所有信息。

應(yīng)用智能張拉系統(tǒng)后，工作人員應(yīng)全面觀察該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)處理運(yùn)行過程中存在的問題。智能張拉系統(tǒng)在發(fā)出指令后會(huì)自動(dòng)沿著既定的路線實(shí)施運(yùn)轉(zhuǎn)，傳輸?shù)较到y(tǒng)中，再依次完成張拉系統(tǒng)的前期設(shè)定與平衡控制工作，使鋼絞線受到的拉力保持良好的均衡性。進(jìn)行張拉操作時(shí)，應(yīng)按照循序漸進(jìn)的準(zhǔn)則，由頂端逐漸加壓，兩邊針對(duì)千斤頂進(jìn)行加壓的速度應(yīng)保持同步。張拉到規(guī)定程度后，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)鋼絞線是否存在問題。對(duì)比分析鋼絞線的伸長(zhǎng)值原定參數(shù)與實(shí)際參數(shù)，并將兩者的誤差控制在規(guī)定范圍以內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)存在異常，應(yīng)分析原因并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決，再開展后續(xù)工作。

運(yùn)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固路橋時(shí)，應(yīng)精確計(jì)算加固參數(shù)，避免預(yù)應(yīng)力過高，破壞橋梁結(jié)構(gòu)。計(jì)算參數(shù)包括局部壓力設(shè)計(jì)值、局部承壓修正系數(shù)、局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、間接鋼筋影響系數(shù)、間接鋼筋體積配筋率、布置間接鋼筋情況下局部抗壓承載力的提高系數(shù)、去除孔洞后的局部受壓面積。

4 結(jié)語

綜上所述，為了提升預(yù)應(yīng)力在路橋施工中的應(yīng)用效果，應(yīng)建立完善的路橋錨固系統(tǒng)、減振系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并增強(qiáng)路橋結(jié)構(gòu)性能與抗裂性，提升路橋承載能力、耐久性。合理布置預(yù)應(yīng)力束，應(yīng)結(jié)合箱梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化箱內(nèi)布置與箱外布置方案，借助電子設(shè)備，科學(xué)控制千斤頂與張拉油泵，保障張拉的準(zhǔn)確性與質(zhì)量，并做好預(yù)應(yīng)力加固參數(shù)計(jì)算與控制工作，避免對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞。