公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)及質(zhì)量控制措施研究

葉 濤

新疆維吾爾自治區(qū)交通建設(shè)管理局 新疆 烏魯木齊 830049

在現(xiàn)階段公路橋梁工程建設(shè)期間，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用范圍更廣，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)連續(xù)性可直接影響到橋梁安全運(yùn)營(yíng)水平。與普通施工工序相比，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)更為復(fù)雜，施工效果會(huì)受到人員因素、環(huán)境因素，技術(shù)應(yīng)用水平等因素影響 ，需要明確預(yù)應(yīng)力施工要點(diǎn)，制定出專項(xiàng)可行的施工質(zhì)量管理體系，確保預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)能夠在加強(qiáng)橋梁工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、承載力中發(fā)揮出重要作用。

1 公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)種類

公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)主要就是使用鋼筋或鋼索預(yù)張力的反力作用，在混凝土受載前預(yù)先受壓，使公路橋梁工程在運(yùn)營(yíng)階段能夠抵抗住較大的拉應(yīng)力，從根本上保障橋梁結(jié)構(gòu)整體承載水平。與普通混凝土橋梁結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力橋梁的穩(wěn)定性更強(qiáng)，但施工期間難度也較大，涉及更多專業(yè)技術(shù)。具體來說，橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)可分為以下幾種類型：

1.1 預(yù)應(yīng)力張拉施工

預(yù)應(yīng)力張拉施工技術(shù)主要就是在混凝土構(gòu)件中提前施加拉力，確保被施加預(yù)應(yīng)力的張拉構(gòu)件能夠在承載應(yīng)力的同時(shí)產(chǎn)生一定變形效果，確保結(jié)構(gòu)能夠承受住應(yīng)有荷載力[1]。預(yù)應(yīng)力張拉施工技術(shù)的應(yīng)用能夠從根本上提升構(gòu)筑物剛性，規(guī)避公路橋梁工程振動(dòng)與彈性變形問題，切實(shí)保障橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。

在預(yù)應(yīng)力張拉施工工作開展過程中，預(yù)應(yīng)力張拉工作需要首先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束穿束，然后安裝錨具、千斤頂與張拉設(shè)備。在設(shè)備安裝檢驗(yàn)通過后進(jìn)行張拉錨固處理，按順序拆除千斤頂與張拉設(shè)備，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行壓漿與養(yǎng)護(hù)處理。

在預(yù)應(yīng)力張拉過程中，錨具夾片應(yīng)當(dāng)做好防潮與防銹蝕工作，避免錨片在銹蝕后出現(xiàn)滑絲問題。夾片安裝時(shí)需要確定孔道內(nèi)是否存在雜物，防止混凝土澆筑過程中出現(xiàn)污染問題。在開始張拉時(shí)，需要首先觀察錨環(huán)，確保錨環(huán)能夠與墊片緊密貼合在一起。在張拉工作完成后，還需要對(duì)鋼筋的伸長(zhǎng)直進(jìn)行校核，避免出現(xiàn)鋼筋張拉不足或者張拉超標(biāo)問題。

1.2 裝配式施工

預(yù)應(yīng)力橋梁施工期間還需涉及到裝配式施工技術(shù)。要求相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)從公路橋梁工程實(shí)際建設(shè)特征角度出發(fā)，選擇適宜結(jié)構(gòu)的起吊設(shè)備，將預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)起吊至指定位置，分結(jié)構(gòu)開展各類施工工作[2]。在所有結(jié)構(gòu)均配備就位后，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配處理，使用裝配式施工技術(shù)夕陽，從根本上保障施工質(zhì)量與效率，使預(yù)應(yīng)力公路橋梁工程能夠遵照預(yù)期施工目標(biāo)有序開展。

1.3 頂推施工

頂推施工技術(shù)應(yīng)用在截面尺寸相同的預(yù)應(yīng)力施工中，在使用該施工技術(shù)時(shí)，需要保證每一節(jié)橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)被控制在10-30m范圍之內(nèi)。在工程施工期間應(yīng)當(dāng)首先完成箱梁預(yù)制工作，然后采用水平液壓設(shè)備對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)頂推進(jìn)行就位連接，切實(shí)保障連接工作可靠性。在箱梁前端位置需要設(shè)置鋼導(dǎo)梁，如箱梁跨度超過50m，則需要配備臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)。頂推施工技術(shù)能夠有效控制預(yù)應(yīng)力橋梁高空施工量，保障工程安全高效開展。

2 公路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用積極作用

2.1 增強(qiáng)受彎構(gòu)件各項(xiàng)性能

在現(xiàn)階段公路橋梁工程加固工作中為使用碳纖維施工材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度及承載力，延長(zhǎng)工程全壽命運(yùn)營(yíng)周期[3]。通過將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用在公路橋梁工程受彎構(gòu)件中，可以有效避免受壓區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力過大，超過混凝土自身極限壓應(yīng)變值引發(fā)斷裂問題，從根本上提高混凝土受彎構(gòu)件的極限承載力與極限拉應(yīng)變值，增強(qiáng)公路橋梁工程整體承載力。

2.2 輔助加固工作有效開展

在橋梁加固工程開展過程中，需要通過加強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)度提高各項(xiàng)性能，切實(shí)保障道路公路橋梁工程承載力，使公路橋梁工程能夠切實(shí)滿足日漸增長(zhǎng)的交通通行要求。同時(shí)，通過高質(zhì)高效使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，還可以減少加固期間混凝土的初始應(yīng)變值，使構(gòu)件在受壓區(qū)域先產(chǎn)生拉應(yīng)力，在受拉區(qū)域先產(chǎn)生壓應(yīng)力，有效控制構(gòu)件在初始彎矩作用下的壓應(yīng)變值與拉應(yīng)變值，增強(qiáng)鋼筋結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。

2.3 提升復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)水平預(yù)應(yīng)力

從受力角度分析，鋼筋混凝土多跨連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)可分為正彎矩區(qū)與反彎矩區(qū)兩種類型。其中，支座一般位于負(fù)彎矩區(qū)，跨中位于正彎矩區(qū)。在多跨連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)極限抗彎承載力、極限抗剪承載力與預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)存在一定差距的情況下，可使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)該橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

3 公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量管控要點(diǎn)

城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快使公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模日漸擴(kuò)大，預(yù)應(yīng)力技術(shù)被更加廣泛地應(yīng)用在公路橋梁工程建設(shè)過程中，對(duì)推動(dòng)地區(qū)交通事業(yè)發(fā)展意義重大[4]。當(dāng)前預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要被應(yīng)用在橋梁受彎構(gòu)件及橋梁加固環(huán)節(jié)。但受各類因素影響，在預(yù)應(yīng)力施工過程中依然存在較多質(zhì)量問題，難以從根本上保障公路橋梁工程整體施工水平。因此為充分發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力技術(shù)的積極作用，施工部門還需加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用期間管理力度，制定出專項(xiàng)可行的預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)方案。具體而言，公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 預(yù)應(yīng)力計(jì)算

在公路橋梁工程實(shí)際施工期間，需要采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)橋梁整體的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行分析?；诠窐蛄汗こ滔淞航Y(jié)構(gòu)，利用軟件模擬的方式開展對(duì)稱懸臂澆筑工作，在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)托架使兩邊跨能夠同時(shí)施工。預(yù)應(yīng)力施工工作應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實(shí)際施工要求開展。如在箱梁施工過程中，可以借助比例法與規(guī)范化確定施工期間的鋼絞線材質(zhì)，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。結(jié)合預(yù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果控制預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值，確保該預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)相符。

對(duì)公路橋梁工程施工階段預(yù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析，發(fā)現(xiàn)極限狀態(tài)時(shí)橋面板與底板的拉應(yīng)力超過了3MPa[5]。但由于此種極限狀態(tài)不會(huì)頻繁發(fā)生，因此可以判定公路橋梁工程相關(guān)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力性能符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求。在道路橋梁預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，因橋梁混凝土結(jié)構(gòu)澆筑的受彎及受拉性比較差，還需要采用預(yù)應(yīng)力機(jī)組的方式增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)中的彎拉性能，增強(qiáng)工程整體受力水平。

將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用在公路橋梁工程施工計(jì)算過程中，能夠使設(shè)計(jì)與施工人員更加清楚地了解到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在工程施工中占據(jù)了重要地位，觀測(cè)預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉一直到錨固期間的受力以及變形狀態(tài)，從而對(duì)現(xiàn)有公路橋梁工程施工方案進(jìn)行不斷完善。通過精準(zhǔn)計(jì)算出公路橋梁工程施工時(shí)間的預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長(zhǎng)值，對(duì)公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力能夠產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變效果進(jìn)行控制，切實(shí)保障工程整體施工質(zhì)量。

3.2 預(yù)應(yīng)力工作臺(tái)搭設(shè)

在搭建模板制作平臺(tái)時(shí)，需要對(duì)模板所處區(qū)域的地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓實(shí)處理，在基礎(chǔ)層中鋪設(shè)砂漿片石，將片石厚度設(shè)置為30cm。采用C25混凝土對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行澆筑處理，將厚度為6mm的鋼板作為底模，長(zhǎng)度及寬度需要分別設(shè)置為26m與0.6m[6]。在工作臺(tái)兩側(cè)埋設(shè)厚度為5cm的槽鋼，將槽鋼結(jié)構(gòu)與鋼板結(jié)構(gòu)牢固焊接在一起，并使用砂輪對(duì)縫隙進(jìn)行打磨處理，消除工作臺(tái)底膜毛刺，從根本上保障底模的穩(wěn)定性與可靠性。為防止應(yīng)力過大導(dǎo)致底膜斷裂問題，還需要在每一片預(yù)應(yīng)力梁端頭2m范圍內(nèi)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并在每個(gè)底膜頂部位置設(shè)置13cm的預(yù)拱度，確保工作臺(tái)能夠在保障預(yù)應(yīng)力公路橋梁工程施工工作順利開展中發(fā)揮出重要作用。

3.3 鋼筋安裝

為充分發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力技術(shù)在提高公路橋梁工程整體建設(shè)水平中的重要作用，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合預(yù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，明確預(yù)應(yīng)力施工要點(diǎn)，優(yōu)化現(xiàn)有施工方案，選擇適宜的鋼筋安裝技術(shù)手段。

首先，重點(diǎn)關(guān)注道路橋梁施工期間的鋼筋安裝過程。預(yù)應(yīng)力技術(shù)可切實(shí)保障工程實(shí)際建設(shè)質(zhì)量，促進(jìn)工程有序開展。在工程施工中需要依照更為嚴(yán)格的要求安裝鋼筋，避免預(yù)應(yīng)力筋在安裝期間出現(xiàn)破損等問題，增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)性能。在預(yù)應(yīng)力筋安裝期間，還需要注重控制鋼束的伸長(zhǎng)值，要求相關(guān)工作人員對(duì)此數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，選擇適宜的鋼筋材料。

其次，安裝公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，需嚴(yán)格檢查橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)波紋管，出現(xiàn)質(zhì)量問題及損壞的波紋管需要直接棄用，避免其對(duì)工程后期整體建設(shè)質(zhì)量造成不利影響。

3.4 張拉

在張拉環(huán)節(jié)，夾片與錨板錐口不可附著泥漿或其他雜物，也不得出現(xiàn)銹蝕情況。錨具安裝后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行及時(shí)張拉，避免銹蝕作用出現(xiàn)滑絲或緞絲的問題。在選擇限位板過程中，需要結(jié)合鋼絞線實(shí)際外徑情況選擇。注重對(duì)繳納系統(tǒng)使用前進(jìn)行標(biāo)定。

張拉錨固后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行壓漿處理，壓漿需要控制在48小時(shí)之內(nèi)完成。如因特殊條件導(dǎo)致壓漿時(shí)間延長(zhǎng)，則需要采用保護(hù)措施避免錨固裝置及鋼絞線出現(xiàn)銹蝕情況。

在距離錨具75mm以外使用切割機(jī)以及相關(guān)保護(hù)對(duì)策，錨具附近的溫度應(yīng)控制在150℃以下，避免夾片受熱退火出現(xiàn)滑絲問題。

張拉工作開展前還需要對(duì)張拉系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，張拉期間千斤頂后方需禁止站人。檢查靜載錨固與低負(fù)荷性能試驗(yàn)，確保側(cè)錨板、連接器體內(nèi)錐孔、夾片等外表面清潔[7]。用汽油或煤油清洗錨板油污、接設(shè)備內(nèi)錐孔與夾具的內(nèi)外表面。注重分析張拉環(huán)節(jié)滑絲問題發(fā)生原因，結(jié)合此些原因制定專項(xiàng)可行解決對(duì)策。

3.5 混凝土澆筑

在公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工時(shí)，還需要做好混凝土澆筑工作，控制粘結(jié)段長(zhǎng)度，注重考慮到鋼絞線穿束其間的張拉伸長(zhǎng)值，使橋梁預(yù)應(yīng)力筋兩端的粘結(jié)段數(shù)值能夠基本保持一致。在橋梁孔道灌漿施工期間，需要確保預(yù)應(yīng)力筋施工質(zhì)量檢驗(yàn)合格，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行按數(shù)計(jì)算與實(shí)時(shí)分析，使最后計(jì)算出的應(yīng)力指標(biāo)能夠在混凝土受力性能設(shè)計(jì)期間發(fā)揮出重要參考作用。

配合使用真空輔助壓漿技術(shù)手段，在壓漿前需要按照設(shè)計(jì)要求合理設(shè)置漿液配比值，加入適合的外加劑。對(duì)抽真空設(shè)備及壓漿機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，在壓漿管道兩端安裝短管接頭，梁體一端接口上安裝壓漿管及壓漿機(jī)，另一端預(yù)留接口上安裝抽真空機(jī)。嚴(yán)格遵照從下至上的壓漿順序，確保壓入的水泥漿液始終飽滿密實(shí)。

在壓漿機(jī)啟動(dòng)前，還需要將壓漿管中的水徹底排除，將孔道內(nèi)抽真空度維持在-0.06MPa-0.10MPa。初始注漿速度需要控制在較慢狀態(tài)，在壓力無異常時(shí)可更換快速擋壓漿。在水泥從抽真空端透明真空管流出時(shí)需要關(guān)閉真空機(jī)閥門以及真空機(jī)，打開排廢管道閥門，使水泥將從管道內(nèi)流出。

混凝土澆筑完畢后還應(yīng)當(dāng)依照安裝順序拆卸真空泵，并將真空泵中的攪拌機(jī)、橡膠管以及閥門都清洗干凈。在初凝完成后拆下兩端短管接頭，除去承壓板表面雜物。

3.6 漿體質(zhì)量管控

公路橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工環(huán)節(jié)，也需要重點(diǎn)管控注漿漿體的含水量。對(duì)施工期間沒有及時(shí)使用，流動(dòng)性下降的水泥漿液，應(yīng)禁止向內(nèi)再添加額外水，要求漿液攪拌過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)水泥、外加劑的含量進(jìn)行嚴(yán)格管控。攪拌設(shè)備中的漿體需要每次使用時(shí)全部卸除干凈，不得使用一邊出料一邊進(jìn)料的方式。如果在壓漿過程中發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)殘有雜物或臟水，應(yīng)當(dāng)立即使用空壓機(jī)等方式將管道內(nèi)的雜物與水清除干凈，避免此些雜物進(jìn)入到漿液中，對(duì)整體預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的承載效果造成不利影響。

4 公路橋梁工程常見預(yù)應(yīng)力施工問題及解決措施

4.1 預(yù)應(yīng)力筋管道堵塞

在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)過程中，由于一部分施工人員操作不當(dāng)，在澆筑完成后沒有及時(shí)清理機(jī)械設(shè)備，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋管道出現(xiàn)堵塞問題，使預(yù)應(yīng)力張拉工作難以正常開展。

為降低管道堵塞問題發(fā)生概率，需嚴(yán)格遵照管道施工規(guī)范開展施工作業(yè)。做好管道內(nèi)定位工作，避免管道出現(xiàn)彎折或扭曲。要求施工人員需嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定開展抽芯。

4.2 鋼筋張拉度不足

預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉不足原因主要為預(yù)留管道不順直，鋼筋平均張拉應(yīng)力以及摩擦應(yīng)力會(huì)受影響而降低。在彈性模量計(jì)算期間的模量數(shù)據(jù)存在誤差，導(dǎo)致計(jì)算伸長(zhǎng)值與實(shí)際伸長(zhǎng)值不同。

在預(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼筋管道過程中，需要對(duì)管道內(nèi)每一處坐標(biāo)要進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，使管道線性平滑順直，防止因施工導(dǎo)致管道局部彎曲問題出現(xiàn)。在混凝土施工前還需要對(duì)鋼筋質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，檢查通過后才可開展后續(xù)預(yù)應(yīng)力施工作業(yè)。

4.3 預(yù)應(yīng)力設(shè)置不合理

在實(shí)際施工過程中，如材料與設(shè)備均準(zhǔn)備完畢，需開展預(yù)應(yīng)力筋的下料操作。施工人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)規(guī)范要求控制預(yù)應(yīng)力切割長(zhǎng)度。在具體切割過程中，還需要控制切割誤差，防止對(duì)預(yù)應(yīng)力筋造成二次磨損。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的實(shí)施需要著重從材料的基本性能與施工技術(shù)角度出發(fā)。預(yù)應(yīng)力計(jì)算工作開展期間需要注重控制混凝土受彎構(gòu)件的張拉控制應(yīng)力，結(jié)合建筑工程具體施工要求以及工程結(jié)構(gòu)受外部荷載力作用影響的具體情況，估算預(yù)應(yīng)力損失值。

為避免在預(yù)應(yīng)力施工過程中存在張拉齡期過早情況，還需細(xì)致分析能夠影響預(yù)應(yīng)力量損失的各類原因，并在預(yù)應(yīng)力施工問題解決后才可進(jìn)行曲線放線定位。

5 結(jié)語

總而言之，預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)保障公路橋梁工程建設(shè)質(zhì)量與效率、延長(zhǎng)公路橋梁工程全壽命周期意義重大、為從根本上提升預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)施工水平，相關(guān)工作人員還需結(jié)合工程組的現(xiàn)場(chǎng)具體條件選擇適宜的施工方式，制定出專項(xiàng)可行的施工技術(shù)管控方案，確保預(yù)應(yīng)力橋梁能夠始終與高質(zhì)高效開展階段。