預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用分析

王勝權(quán)

（廣州公路工程集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510700）

0 引言

隨著公路橋梁工程建設(shè)數(shù)量的增多，對(duì)該類工程施工技術(shù)提出更高的要求，其中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到逐漸完善與發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于公路橋梁施工中，為工程安全性、穩(wěn)定性建設(shè)提供可靠的技術(shù)保障。同時(shí)，在大規(guī)模橋梁工程施工中，科學(xué)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，能夠大幅度提高工程施工質(zhì)量與效率，極具應(yīng)用價(jià)值。

1 公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 提高橋梁構(gòu)件穩(wěn)定性

公路橋梁建設(shè)期間涉及多類別施工構(gòu)件的應(yīng)用，在連接各構(gòu)件時(shí)，若無(wú)法保證連接點(diǎn)的穩(wěn)固，將會(huì)使工程整體穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。對(duì)此，需注重預(yù)應(yīng)力技術(shù)的科學(xué)使用，以此增大構(gòu)件彼此間的拉力，規(guī)避連接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)問(wèn)題的發(fā)生，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土裂縫現(xiàn)象的有效控制。通常情況下，混凝土產(chǎn)生裂縫這一問(wèn)題主要出現(xiàn)在跨度大的公路橋梁工程中，而通過(guò)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可向混凝土構(gòu)件施加足夠預(yù)應(yīng)力，即使混凝土出現(xiàn)裂縫，也可在短時(shí)間內(nèi)愈合，有助于混凝土構(gòu)件穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。

1.2 增強(qiáng)橋梁工程安全性

公路橋梁作業(yè)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，勘察工作未落實(shí)到位、施工工藝操作失誤等均會(huì)增大施工安全事故的發(fā)生概率。因此，實(shí)際施工時(shí)，不能僅依靠傳統(tǒng)施工技術(shù)來(lái)保障工程秩序的安全進(jìn)行，還應(yīng)針對(duì)性地開(kāi)展技術(shù)性施工，而預(yù)應(yīng)力技術(shù)便是公路橋梁安全施工中最為重要的技術(shù)類型之一。

1.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁應(yīng)力控制

若所建設(shè)的橋梁承載力未能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，會(huì)大幅度縮短橋梁使用年限。橋梁建設(shè)期間，橋梁質(zhì)量往往受混凝土應(yīng)力值影響，當(dāng)應(yīng)力遠(yuǎn)大于限值時(shí)，極易引發(fā)橋梁裂縫，嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致橋梁坍塌。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，結(jié)合施工實(shí)際，在技術(shù)的支撐下實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁應(yīng)力的有效控制，以此排除橋梁各類安全隱患[1]。

1.4 降低橋梁工程自重

預(yù)應(yīng)力技術(shù)實(shí)施過(guò)程中應(yīng)用的大部分施工材料為高水平、高質(zhì)量、輕型材料，普通材料無(wú)法達(dá)到技術(shù)操作要求。例如，在選用混凝土?xí)r，應(yīng)保證其具備高黏性特質(zhì)，而鋼筋也需具有較高強(qiáng)度，只有施工材料達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。此外，這類材料的使用還可從根本上提高公路橋梁施工水平，并起到降低工程自重的作用。站在經(jīng)濟(jì)性的角度加以思考，新型施工材料的應(yīng)用可以在保證工程質(zhì)量的前提下，減少材料總投入量，很大程度地節(jié)約工程施工成本。

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

2.1 工程概況

某公路橋梁工程類型為連續(xù)跨度橋梁，跨度為48m+80m+48m結(jié)構(gòu)。工程梁體設(shè)計(jì)成變截面形式，依據(jù)施工要求，將梁箱頂部、底部寬度分別設(shè)計(jì)為12m、6.7m，除兩側(cè)外，梁體頂部其余部位厚度均為0.4m，底部厚度區(qū)間為0.4～1m。由于該工程對(duì)于施工質(zhì)量、進(jìn)度的要求較高，因此，決定使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)開(kāi)展施工。

2.2 鋼絞線下料與穿束

施工作業(yè)前，應(yīng)先確定鋼絞線空間位置。工程建設(shè)期間，施工預(yù)應(yīng)力主要為張拉鋼絞線方向上對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)施加的預(yù)應(yīng)力，為增強(qiáng)鋼絞線位置設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性，按照錨固端橫梁與轉(zhuǎn)向量執(zhí)行鋼絞線位置的布置工作。完成此項(xiàng)工作后，組織鋼絞線下料施工。安排專業(yè)人員細(xì)致檢測(cè)鋼絞線質(zhì)量，確保其符合施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，避免因材料質(zhì)量問(wèn)題，影響公路橋梁最終施工成效。在此期間，若檢測(cè)到含有不合格材料，如存在安全隱患或質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則需在第一時(shí)間進(jìn)行記錄并對(duì)該材料做報(bào)廢處理。下料結(jié)束后，執(zhí)行預(yù)應(yīng)力筋系數(shù)的檢驗(yàn)工作，確保其同所規(guī)定的張拉標(biāo)準(zhǔn)相一致。該工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最終選用金屬波紋管道作為預(yù)應(yīng)力管道，但若其他相似公路橋梁工程無(wú)特殊要求，也可使用塑料波紋管道進(jìn)行制作。鋼絞線穿束前，需詳細(xì)標(biāo)號(hào)鋼絞線，采取單根穿梭的方式進(jìn)行施工，避免穿束期間出現(xiàn)纏線問(wèn)題阻礙施工進(jìn)度，同時(shí)影響工程施工質(zhì)量。

2.3 鋼絞線張拉

鋼絞線張拉涉及兩個(gè)施工模塊，即高應(yīng)力張拉、預(yù)緊張拉。施工前，要求工作人員對(duì)已標(biāo)號(hào)的鋼絞線位置進(jìn)行檢查，避免張拉過(guò)程中發(fā)生纏繞。由于鋼絞線整體較長(zhǎng)，下垂體量大，因此開(kāi)展預(yù)緊張拉施工時(shí)，應(yīng)保證鋼絞線兩端對(duì)稱執(zhí)行張拉作業(yè)，以此獲得預(yù)期張拉效果。具體操作如下：先標(biāo)定智能張拉設(shè)備，再將群錨錨具安裝于鋼絞線束上，在設(shè)備的幫助下，執(zhí)行張拉操作。在此期間，需同步開(kāi)展設(shè)備兩端運(yùn)行工作，并計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)量，當(dāng)整體荷載量穩(wěn)定并達(dá)到回油后放松。鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算公式：

式（1）中：Pp為鋼絞線平均張拉力；L（mm）為鋼絞線分段長(zhǎng)度；Ap（mm2）為鋼絞線截面積；Ep（MPa）為鋼絞線彈性模量；P（N）為鋼絞線張拉端的張拉力；θ（rad）為從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和；x（m）為從張拉斷至計(jì)算截面孔道長(zhǎng)度；k為孔道每束局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)；μ為鋼絞線與孔道壁之間摩擦系數(shù)。

此外，還需嚴(yán)格控制并實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)緊力大小，該工程設(shè)計(jì)的張拉力為15%，而預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備抗傾覆安全系數(shù)大于1.5，抗滑移系數(shù)設(shè)定為1.3。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，張拉橫梁剛度滿足施工要求，受力后最大撓度小于2mm。錨板受力中心和鋼絞線合力中心相一致。預(yù)緊張拉施工結(jié)束后，需立即評(píng)估橋梁灌漿孔、排氣孔以及梁體尺寸，并對(duì)預(yù)埋件位置的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，執(zhí)行高應(yīng)力張拉施工。在此期間，需細(xì)致檢查、校對(duì)機(jī)械設(shè)備以及各類儀表，確保鋼絞線張拉可控[2]。

2.4 豎向預(yù)應(yīng)力

該工程豎向預(yù)張拉選用的是螺紋鋼筋，直徑為25mm，依據(jù)施工要求著手于鐵管皮的制作，并做好該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，以保證預(yù)應(yīng)力鋼筋穿插至螺母后能夠同固定結(jié)構(gòu)相連接，同時(shí)，還需對(duì)螺母兩側(cè)進(jìn)行密封處理，避免漏漿問(wèn)題的發(fā)生。而張拉側(cè)可在末端位置通過(guò)張拉實(shí)現(xiàn)對(duì)整體的有效控制，預(yù)應(yīng)力下料時(shí)，使用的切割設(shè)備為砂輪機(jī)。此外，還需按照相關(guān)規(guī)定合理設(shè)計(jì)油壓表數(shù)值，油表誤差不得大于2%，并對(duì)伸張量的誤差進(jìn)行控制，確保其始終小于1%。

2.5 孔道壓漿

開(kāi)展該環(huán)節(jié)施工前，需積極落實(shí)混凝土配制工作，并嚴(yán)格按照施工要求的技術(shù)參數(shù)著手于孔道方式的選擇工作，在此基礎(chǔ)上，確定最優(yōu)的壓漿施工工序，再搭配可行且科學(xué)的措施加以控制，運(yùn)行空壓機(jī)清理孔道內(nèi)部雜質(zhì)，確保內(nèi)部整體清潔程度滿足施工持續(xù)推進(jìn)的需求。執(zhí)行水泥漿攪拌施工時(shí)，應(yīng)依據(jù)所要求的參數(shù)配比進(jìn)行，還需按照規(guī)范的施工工藝要求開(kāi)展施工，從根本上提高橋梁工程施工質(zhì)量?？椎缐簼{選用的材料是水泥漿，因此在攪拌時(shí)，應(yīng)對(duì)其流動(dòng)性參數(shù)進(jìn)行控制，運(yùn)行注漿泵，向其內(nèi)部注入少量水分，提高水泥漿液整體黏稠程度，直至達(dá)到施工使用要求。施工時(shí)，可以利用注漿泵直接將處理后的水泥漿注入孔道內(nèi)，再開(kāi)展壓漿施工。壓漿期間，要求施工人員始終按照施工工藝規(guī)范進(jìn)行，以保證施工連續(xù)性，還需合理把控注漿時(shí)間，避免漿液凝固或攪拌不均。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用時(shí)的質(zhì)量控制研究

3.1 預(yù)應(yīng)力筋科學(xué)定位

確定預(yù)應(yīng)力筋具體位置時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及工程需求進(jìn)行，以保證布設(shè)位置準(zhǔn)確性、合理性，提高其平面整體順直性。布置張拉端時(shí)，也需對(duì)預(yù)應(yīng)力筋位置加以嚴(yán)格把控，盡可能和錨板相垂直，再開(kāi)展承壓裝置安裝施工，避免混凝土澆筑期間預(yù)應(yīng)力筋發(fā)生位移。對(duì)預(yù)應(yīng)力、非預(yù)應(yīng)力相關(guān)性核對(duì)時(shí)，需了解各筋實(shí)際坐標(biāo)位置。預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)過(guò)程中，若與普通筋相互沖突，仍需按照施工方案著手預(yù)應(yīng)力筋的布置工作，并合理調(diào)整普通鋼筋的位置。完成鋼筋制作施工后，執(zhí)行鋼筋綁扎工作，在此之前，需在墊層上標(biāo)注梁與鋼筋的實(shí)際位置，按照相應(yīng)的順序進(jìn)行。通常來(lái)說(shuō)，預(yù)應(yīng)力體系質(zhì)量受預(yù)應(yīng)力筋、波紋管安裝質(zhì)量的影響，對(duì)此，需積極落實(shí)安裝施工的管理與控制工作，避免波紋管灌注混凝土后發(fā)生堵塞、位移等現(xiàn)象。與此同時(shí)，還需全方位檢查波紋管質(zhì)量，對(duì)于損傷嚴(yán)重的管道應(yīng)及時(shí)更換，并保證其定位準(zhǔn)確，避免移位問(wèn)題。用于波紋管定位的鋼筋網(wǎng)片彼此間距離需小于3mm，布設(shè)時(shí)，按照直線段小于1m、曲線段小于0.5m的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行[3]。

3.2 預(yù)應(yīng)力筋加工控制

在工作臺(tái)或?qū)ｉT加工作業(yè)間開(kāi)展預(yù)應(yīng)力筋加工施工：對(duì)整束及單根預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行編號(hào)，但需保證的是，每根預(yù)應(yīng)力筋兩端編號(hào)相一致，并與錨具各孔編號(hào)相對(duì)應(yīng)，在此期間，采用的穿束工藝為整束，預(yù)應(yīng)力筋加工時(shí)，允許偏差見(jiàn)表1。

表1 預(yù)應(yīng)力筋加工允許偏差

3.3 灌漿施工質(zhì)量控制

后張拉預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)采用壓力灌漿的施工方式將構(gòu)件埋設(shè)孔隙及孔道填滿，直至其內(nèi)部充盈，避免預(yù)應(yīng)力筋受空氣水分影響而發(fā)生腐蝕。高應(yīng)力條件下，預(yù)應(yīng)力筋極易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，如損壞、腐蝕等，使得混凝土結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。對(duì)此，應(yīng)全面管控預(yù)應(yīng)力壓漿施工質(zhì)量，并在錨固后48h內(nèi)完成施工，而漿液從攪拌到注入孔道的時(shí)間需控制在40min以內(nèi)[4]。不同設(shè)置形式的孔道在對(duì)壓漿應(yīng)力進(jìn)行控制時(shí)所參考的壓力值也不同，如表2所示。

表2 孔道壓漿壓力控制參數(shù)

3.4 波紋管漏漿防治

預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用時(shí)，要求選用的波紋管管材均具備良好剛度與強(qiáng)度，若發(fā)現(xiàn)管材表面有嚴(yán)重磨損需立即更換，連接管道選擇時(shí)，盡可能保證其與波紋管的適配性，并對(duì)連接部位進(jìn)行科學(xué)處理，確保其緊密程度達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)橋梁混凝土初凝時(shí)，應(yīng)細(xì)致檢查混凝土整體質(zhì)量，并清理表層雜物。在此期間，如果使用預(yù)制預(yù)應(yīng)力管道，只需拉動(dòng)管道內(nèi)部鋼絲束即可。若無(wú)法有效疏通堵孔，則需在了解其位置后鑿開(kāi)疏通，各預(yù)應(yīng)力管道上均需設(shè)置排氣孔，而排氣管、壓漿管則選用直徑為20mm的塑料管，后張法應(yīng)力管道安裝允許偏差見(jiàn)表3。

表3 后張法應(yīng)力管道安裝允許偏差見(jiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以有效地解決公路橋梁工程施工量大、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問(wèn)題。但技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，涉及多項(xiàng)應(yīng)用要點(diǎn)，為發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，獲得預(yù)期施工效果，就要求施工人員嚴(yán)格按照施工技術(shù)操作規(guī)范進(jìn)行，并高質(zhì)量開(kāi)展鋼絞線下料與穿束、鋼絞線張拉、孔道壓漿等施工作業(yè)，同時(shí)，還應(yīng)熟練掌握工程質(zhì)量控制方法，以此提高公路橋梁施工質(zhì)量，確保橋梁使用安全。