路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土的路徑探究

蔣 勇

（重慶交通大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400074）

我國擁有龐大的交通網(wǎng)絡(luò)，其中，公路總長度超過500萬公里，各類現(xiàn)代橋梁總數(shù)量超過100萬座，公路和橋梁貫穿了國家的東、西，連接了大江南北，是人們出行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要紐帶。預(yù)應(yīng)力混凝土作為一種新技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)、成本低、耐用性高的特點(diǎn)，能有效改善傳統(tǒng)路橋工程中的裂縫問題，保障路橋工程的質(zhì)量。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的質(zhì)量控制策略，對(duì)于提升路橋工程質(zhì)量、降低施工成本具有重要意義。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)原理與特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的主要原理如下：施工單位在使用混凝土構(gòu)件前，對(duì)混凝土構(gòu)件中的鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行承受能力范圍的張拉，鋼筋在張拉之后會(huì)有回縮，回縮的力量會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)受到壓力，而混凝土的鋼筋結(jié)構(gòu)會(huì)將這一部分壓力存儲(chǔ)起來，待施工后期和應(yīng)用之后，混凝土結(jié)構(gòu)所受到的壓力會(huì)與鋼筋結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)的壓力相互抵消。采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的混凝土構(gòu)件具有較高的強(qiáng)度和抗裂性，能夠提高工程整體質(zhì)量，在施工中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)還能節(jié)省鋼筋和混凝土材料，減少施工成本。預(yù)應(yīng)力混凝土主要分為三類：一是全預(yù)應(yīng)力混凝土，這種混凝土構(gòu)件不允許截面上出現(xiàn)拉應(yīng)力構(gòu)件，而且其預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的截面尺寸和預(yù)應(yīng)力梁的撓度控制也極為嚴(yán)格，且不允許混凝土構(gòu)件上出現(xiàn)裂縫。二是部分預(yù)應(yīng)力混凝土，這種混凝土構(gòu)件允許有細(xì)小裂縫，但裂縫的寬度不能高于允許值。三是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，這類鋼筋結(jié)構(gòu)會(huì)在鋼筋外層涂上瀝青、防銹漆等隔離物質(zhì)，涂抹該物質(zhì)主要是為了增加鋼筋的摩擦力，保證鋼筋在張拉時(shí)能沿著縱向滑移，并且還能增強(qiáng)鋼筋的抗腐蝕能力。

預(yù)應(yīng)力混凝土張拉鋼筋結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用兩種方法：一是先張法。該方法的特點(diǎn)是先張拉鋼筋，后進(jìn)行混凝土澆筑構(gòu)件，這要求施工人員在臺(tái)座上先按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)將鋼筋進(jìn)行張拉，然后用錨件將鋼筋暫時(shí)固定，上述工作完成后，開始混凝土澆筑工作，待混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時(shí)，解除對(duì)于鋼筋的固定，這時(shí)候鋼筋會(huì)帶動(dòng)混凝土構(gòu)件回縮，從而存儲(chǔ)到一部分預(yù)壓應(yīng)力。該方法在施工中應(yīng)用較為廣泛，效果較好，但在施工前需要經(jīng)過測試來確定張拉的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，工程中混凝土構(gòu)件的張拉強(qiáng)度應(yīng)保持一致。二是后張法，即先澆筑混凝土構(gòu)件，后插入鋼筋進(jìn)行拉伸。要求混凝土構(gòu)件建筑中預(yù)留鋼筋孔道，澆筑完成后將鋼筋插入孔道內(nèi)，并進(jìn)行張拉，張拉完成后，使用專用的錨具將鋼筋進(jìn)行固定，然后在孔道縫隙內(nèi)灌注水泥漿，讓鋼筋與混凝土構(gòu)件凝為一體，最后再澆筑混凝土構(gòu)件的端面，這樣能有效防止錨具銹蝕。該方法需要應(yīng)用直線或曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工復(fù)雜且成本高，通常用于現(xiàn)場制作的大型構(gòu)件。

2 路橋施工中預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用分析

在路橋工程施工中廣泛應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，如路面、橋面結(jié)構(gòu)、箱梁、蓋梁等。預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)優(yōu)勢：應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)能夠有效減輕路橋工程的結(jié)構(gòu)自重，減少鋼筋的應(yīng)力循環(huán)幅值，從而提高抗疲勞性，能夠有效推遲裂紋產(chǎn)生的時(shí)間，增加整體壽命，增強(qiáng)剪切能力，并能有效加強(qiáng)卸荷后的恢復(fù)能力。預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的缺陷：預(yù)應(yīng)力混凝土的施工較為復(fù)雜，施工流程和環(huán)節(jié)較多，尤其是后張法，施工時(shí)更加復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)對(duì)施工人員的施工技術(shù)有較高要求，鋼筋拉伸程度、錨具的固定、混凝土的澆筑，各個(gè)環(huán)節(jié)都需要技術(shù)人員和施工人員一起完成，由技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，以確保施工質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力混凝土施工中需要應(yīng)用較多的機(jī)械設(shè)備，如鋼筋張拉機(jī)和灌漿設(shè)備，這些設(shè)備都需要施工單位正確操作和維護(hù)。

路橋工程施工中，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在以下兩方面經(jīng)常出現(xiàn)問題：一是鋼筋結(jié)構(gòu)張拉中的問題。許多施工單位在鋼筋的張拉環(huán)節(jié)中沒有勻速完成張拉，尤其是在大量鋼筋批量張拉時(shí)，在操作上不夠嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致鋼筋張拉不均勻；部分路橋工程施工中沒有明確橫向鋼筋的分布情況，沒有按照順序進(jìn)行張拉作業(yè)，導(dǎo)致側(cè)向扭曲的問題。二是孔道堵塞問題。在后張法的施工中，需要先完成混凝土構(gòu)件，后在預(yù)留的孔道內(nèi)插入鋼筋并進(jìn)行張拉，但許多工程中由于施工不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致孔道堵塞，其中波紋管的使用不當(dāng)是造成該問題的主要原因，還有施工人員在堵塞后使用沖擊鉆進(jìn)行打孔作業(yè)，造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這些問題都亟須解決。

3 路橋施工中預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用策略

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土質(zhì)量控制策略

（1）鋼材的選擇。作為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主要載體，鋼材的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，預(yù)應(yīng)力混凝土有專用的鋼筋、鋼絲和鋼絞線，其中鋼絞線由六根鋼絲和一根鋼芯沿著同一方向扭結(jié)而成，具有質(zhì)地柔軟、加工方便的特點(diǎn)，是先張法和后張法中常用的材料，高強(qiáng)度鋼絲也擁有良好的應(yīng)力性。鋼材在使用前還需要進(jìn)行一定的處理，如刷涂防腐材料、用塑料膜包裹等。在選擇鋼材時(shí)，應(yīng)從成本、工程需求等角度出發(fā)，綜合考量。

（2）錨具的使用。在預(yù)應(yīng)力混凝土施工中需要應(yīng)用到大量的錨具來固定鋼筋，因此，錨具的選擇尤為重要。先張法施工流程中需要先拉伸鋼筋，鋼筋拉伸后用錨具臨時(shí)固定，再進(jìn)行混凝土澆筑工作，待混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的75%左右，即可取下錨具讓鋼筋回彈。后張法需要先澆筑混凝土并留孔，錨具主要是將后插入孔中并拉伸好的鋼筋固定在混凝土構(gòu)件的端面上，這里的錨具是永久性的，為防止錨固生銹、松動(dòng)，還需澆筑混凝土固定。

（3）混凝土的配置與澆筑。張拉鋼筋結(jié)構(gòu)只能增加混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的上限，混凝土配置與澆筑工作決定著強(qiáng)度的下限?；炷烈x用硅酸鹽水泥，骨料應(yīng)選擇直徑在5～25mm的碎石，水泥的總占比不要超過550kg/m3，添加的外摻劑中不能含有氯化物，否則會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。澆筑環(huán)節(jié)需要對(duì)錨固位置和鋼筋位置進(jìn)行細(xì)致的振搗作業(yè)，振搗中盡量不要發(fā)生碰撞，長距離泵送混凝土容易造成混凝土強(qiáng)度下降，因此，需要大功率的輸送泵。

（4）預(yù)應(yīng)力筋的張拉。施工時(shí)需要注意預(yù)應(yīng)力筋伸長值、初應(yīng)力和內(nèi)縮量。預(yù)應(yīng)力筋的伸長值是指張拉之后筋增加的長度，實(shí)際伸長值與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之間的誤差應(yīng)在6%以內(nèi)，在張拉作業(yè)中需要調(diào)整初應(yīng)力，初應(yīng)力應(yīng)在張拉應(yīng)力的12%左右，并使用預(yù)應(yīng)力筋張拉記錄表記錄作業(yè)情況（見表1）。在張拉作業(yè)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力穩(wěn)定后，需要對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行錨固，錨固時(shí)，需要將預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)縮量控制在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

表1 預(yù)應(yīng)力筋張拉記錄表

（5）預(yù)應(yīng)力孔道布置。該作業(yè)主要存在于后張法中，施工技術(shù)人員需要根據(jù)需求規(guī)劃好合適的預(yù)應(yīng)力筋和孔道的直徑，并在振搗作業(yè)中謹(jǐn)慎操作，避免破壞預(yù)應(yīng)力管道和混凝土結(jié)構(gòu)。后張法需要先澆筑混凝土，再將混凝土運(yùn)輸至施工地，因此，要注意運(yùn)輸中混凝土的防護(hù)工作，避免損傷混凝土構(gòu)件。

3.2 路橋工程中加固施工與受彎構(gòu)件施工策略

路橋工程中的加固施工和受彎構(gòu)件都需要應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。首先，加固施工。加固施工主要目的是避免混凝土結(jié)構(gòu)裂縫延伸?；炷翗?gòu)件的加固可以使用黏貼鋼板，這種方式不需要改變橋梁結(jié)構(gòu)，施工較為簡單，該方法一般應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)拉伸零件和薄弱區(qū)，用粘合劑或相關(guān)設(shè)備進(jìn)行固定，能增加加固區(qū)域的抗彎性和抗剪性。其次，受彎構(gòu)件施工。橋梁工程中受彎構(gòu)件一般是梁，為了增強(qiáng)受彎構(gòu)件的性能，我國一般使用變截面的連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，應(yīng)用碳纖維加固受彎部分的構(gòu)件，增加受彎構(gòu)件的承載力。

3.3 預(yù)制小箱梁施工策略

路橋工程需要應(yīng)用大量的小箱梁（見圖2）。為節(jié)省施工成本，這些小箱梁通常都在施工現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)制，在箱梁制作過程中會(huì)充分應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，該技術(shù)能夠增強(qiáng)箱梁構(gòu)件的載荷能力。小箱梁制作要點(diǎn)如下：

圖2 小箱梁

（1）模板的制作。模板決定著小箱梁的外觀和質(zhì)量，許多工程中需要制作新的模板，模板應(yīng)平整光潔，具要有一定的剛度和穩(wěn)定性，保證在安裝和施工中不變形，模板長和高的誤差應(yīng)小于1mm，使用前需要涂刷漆料，方便脫模，完成拼裝時(shí)需要進(jìn)行檢測，防止發(fā)生變形、位移和漏漿事故。

（2）鋼筋綁扎作業(yè)。在綁扎前要確定鋼筋骨架的穩(wěn)定性，然后綁扎底板和腹板的鋼筋，并安裝預(yù)應(yīng)力管道，在綁扎作業(yè)時(shí)要注意控制鋼筋保護(hù)層的厚度，技術(shù)人員要對(duì)綁扎作業(yè)進(jìn)行驗(yàn)收，再開始下一步作業(yè)。

（3）波紋管道的安裝。波紋管道安裝時(shí)要注意對(duì)管道的檢查，包括內(nèi)部有無雜物、是否破裂等。波紋管道安裝時(shí)，管道接頭應(yīng)處理平整，防止出現(xiàn)孔道堵塞問題，接縫處要做好密封處理，防止水泥滲入，安裝完畢后需要由技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)收。

（4）澆筑與養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)。箱梁的建筑往往采用斜層法，該方法澆筑時(shí)需要具有連續(xù)性，否則會(huì)影響箱梁質(zhì)量，混凝土振搗作業(yè)應(yīng)采用插入式振搗器和附著式振搗器協(xié)同作業(yè)，振搗作業(yè)不能觸碰波紋管道和鋼筋結(jié)構(gòu)，并且需要進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)，保持濕度。

（5）預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)。該部分需要注意混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度和彈性達(dá)標(biāo)，作業(yè)流程為穿束、張拉、封錨、切割、孔道壓漿。穿束前應(yīng)保持孔道暢通，張拉作業(yè)要對(duì)伸長值和張拉應(yīng)力進(jìn)行控制，灌漿前要用快凝水泥或石膏對(duì)錨具進(jìn)行封錨，灌漿作業(yè)應(yīng)注意壓力的控制，最好以0.7MPa進(jìn)行恒壓作業(yè)。

3.4 混凝土蓋梁跨路道路中的應(yīng)用策略

對(duì)于路面較寬的橋梁來說，采用后張法制作預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁能有效節(jié)省施工成本，這部分橋梁的跨徑往往在16m以上，最長可達(dá)45m。這種路橋工程的施工需要注意以下兩點(diǎn)：一是鋼絞線的制備（見圖3）。鋼絞線在加工前需要逐根進(jìn)行檢查，確保質(zhì)量合格，同時(shí)，應(yīng)捆扎好切口，端頭用黑膠布包扎，然后根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行穿束、張拉作業(yè)，張拉作業(yè)中要調(diào)整好工作錨與工具錨的孔位排列，防止各束鋼絞線在千斤頂穿心孔中不平行。二是做好施工規(guī)劃與質(zhì)量監(jiān)督工作，提高施工效率。作業(yè)中運(yùn)用的設(shè)備、人力較多，良好的施工規(guī)劃能有效提高人員與設(shè)備的利用率，縮減施工時(shí)間和成本。工程中應(yīng)成立質(zhì)量監(jiān)督小組，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁施工進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)成品進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)收，有效提高工程的整體質(zhì)量。

圖3 鋼絞線張拉作業(yè)

3.5 路、橋面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用策略

橋面和路面需要直接承受來自各方面的荷載力，橋面和路面的質(zhì)量直接決定著路橋工程的壽命和行車的舒適性，因此，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是要根據(jù)橋梁的實(shí)際情況確定路、橋面板的參數(shù)和所施加的預(yù)應(yīng)力參數(shù)。這些參數(shù)都能從路、橋面的設(shè)計(jì)參數(shù)、行車荷載、預(yù)計(jì)車流量、氣候條件等數(shù)據(jù)中綜合得出，根據(jù)這些計(jì)算得出預(yù)應(yīng)力路面板的長度在0.9～2.1m之間，預(yù)應(yīng)力路面的厚度是普通混凝土路面的0.65倍，但我國的交通道路超載問題嚴(yán)重，實(shí)際應(yīng)用中路面板的厚度應(yīng)增加至0.7倍左右。二是路面板的混凝土澆筑作業(yè)。作業(yè)前需要先確定標(biāo)高，澆筑需要一步步完成，底層澆筑混凝土初凝前不能中斷作業(yè)，每次澆筑厚度在30cm左右，避免分層，混凝土振搗間距要保持在30cm左右，插入式振搗設(shè)備深度在8～10cm，避免觸碰到預(yù)埋件和鋼筋。

4 結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在路橋施工中應(yīng)用非常廣泛，能夠有效提升路橋工程的質(zhì)量，延長其使用壽命，并能有效降低事故風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)深入研究該技術(shù)在路橋施工中存在的問題，不斷優(yōu)化施工技術(shù)，規(guī)范施工流程，提高施工設(shè)備的使用率，全面提高施工質(zhì)量與效率。