預應力技術在橋梁工程建設中的應用及質量控制

萬奔

（廣東省南粵交通河惠莞高速公路管理中心，廣東 廣州 510000）

1 預應力技術原理及作用

1.1 預應力技術原理

道路橋梁在使用時會受到各種應力的作用，這些應力作用將對道路橋梁產生不同程度的磨損，一方面降低道路橋梁的質量，另一方面縮短其使用年限。因此，在道路橋梁實際應用中，通常采用加載人為應力的方法，降低或消除應力作用的影響，從而確保道路橋梁工程受力達到平衡，并保持相對的穩(wěn)定。

預應力技術的主要應用原理：采用預應力混凝土構件，在構件受外部載荷加載前，首先人為施加預應力，使其在預應力的狀態(tài)下降低或消除外部載荷應力，當外部載荷增加時，混凝土才會受到拉應力的作用，達到降低道路橋梁的使用載荷壓力的目的，延遲混凝土出現(xiàn)裂縫的時間。

1.2 預應力技術主要作用

預應力技術在橋梁工程建設中具有以下作用：

（1）提高構件的抗裂性能?；炷翗嫾┘宇A應力后，當外部載荷加壓時，被加壓的混凝土先要和該預應力抵消，這時構件的拉應力就會隨之減小，構件的抗裂能力和持久性能提高。

（2）改善構件的受力性能。在預應力下，構件的裂縫展開程度和裂縫出現(xiàn)時間得到了延緩，構件的剛度顯著加強，所以受力構件承受載荷后彎曲程度隨之就會減弱。

（3）提高構件的抗剪切性能。豎向施加預應力時，鋼筋具有錨栓的作用，而且豎向的分力也能抵消一部分剪切力，有助于提高構件的抗剪切性能。

（4）提高構件受壓穩(wěn)定性能。構件的長短粗細不一，當受壓構件短小且細時，承受壓力過大就容易彎曲，其穩(wěn)定性會大大降低。因此，施加預應力能增加抗壓的能力，使構件的受壓穩(wěn)定性能提高。

（5）利用新型的高強度鋼材，減輕構件的自重，規(guī)避混凝土的缺點。

（6）預應力混凝土在一定的承受荷載范圍內，是處于一種彈性工作的階段，能夠維持穩(wěn)定的狀態(tài)。

簡而言之，預應力技術能使道路橋梁的結構穩(wěn)定性提高，減少應力破壞；能保障道路橋梁的施工質量。

2 預應力技術在公路橋梁建設中的應用優(yōu)勢

2.1 提高施工效率和節(jié)能環(huán)保

公路橋梁施工過程中將高強度材料作為主要施工用料，能夠有效降低整體工程荷載。同時，運用高強度材料還能降低材料用量，減少了資源的浪費，另外工程投入使用后在抗疲勞性和抗裂性方面效果也較為明顯，在一定程度上降低了維護成本。

2.2 提高道路橋梁工程安全性能

通常情況下，道路橋梁工程出現(xiàn)安全問題的概率高于其他工程。在安全施工方面，對施工技術的要求較高。預應力在保障道路橋梁安全性方面優(yōu)勢較為明顯，科學使用預應力技術能夠進一步提高道路橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

2.3 有效減輕工程的自重

道路橋梁工程施工過程中應用預應力技術，所需材料必須符合國家標準，一般材料很難滿足預應力要求?；炷翍_到預應力技術要求的黏度，而使用的鋼筋也應達到技術要求的強度。為了保證預應力技術充分發(fā)揮出優(yōu)勢，必須保證建筑材料符合技術要求。高標準的建筑材料是提高道路橋梁質量的保障，同時還能夠有效降低工程整體重量。就經濟性而言，可通過減少建筑材料用量來實現(xiàn)橋梁整體重量達到設計要求，某種程度上間接地降低了施工成本。

2.4 控制橋梁應力

如果公路橋梁工程承重能力無法達到設計要求，極有可能影響工程的使用壽命。橋梁施工中工程質量與混凝土應力極限有著直接關系，當超出應力極限后，將直接造成橋體出現(xiàn)裂縫甚至是坍塌，對橋梁構件使用產生較大的負面影響。因此，需要根據(jù)道路橋梁工程的情況對應力進行控制，及時排查安全隱患。

3 預應力技術在橋梁工程中的應用要點

3.1 錨固及錨具的處理

在公路橋梁工程施工過程中，通常選用預應力技術布置鋼絞線，一方面憑借橋墩頂部的導向槽、錨固端的橫梁和橫肋，另一方面借助張力和拉力表示負荷的大小。在布置錨墊板時，施工人員按照規(guī)劃圖紙的設計要求把錨固上的橫梁方向和位置進行調整。施工中，要保證彎曲位置的曲率半徑能準確無誤，橋墩頂部導向槽和橫肋維持在平滑的狀態(tài)。

3.2 混凝土空心板中的應用

公路橋梁工程施工中，最常用的建筑材料就是混凝土空心板?；炷量招陌宓奶攸c是有多道圓孔的形狀，這種構造大大降低了其自重，更加有利于安裝拆卸和交通運輸，而且在小跨徑的公路橋梁工程建設中應用較為廣泛，效果更佳。若公路橋梁的跨徑小于規(guī)定的尺寸，采用先張法對松弛度較低的鋼絞線進行單根張拉，或者采用后張法，這兩種方法都能降低壓力。

3.3 混凝土T形梁中的應用

混凝土T形梁是指在公路橋梁工程中的一種截面是T 形的梁結構。通過應用預應力技術不僅可以對這種梁結構提供相對應的反方向拉力，同時平衡混凝土T形梁間的內力作用。若橋梁間的跨度比較大時，一般選用先張法，先張拉強度較高的，然后放低松弛鋼絞線，或者選用后張法，該法一般用于群錨中。

3.4 路橋受彎結構的加固應用

在橋梁道路施工中，施工人員需要對橋梁結構進行定期檢查維護和加固改造，以提高公路橋梁的承載能力和使用性能，延長道路橋梁的使用年限，從而保障人們的生命安全。為了延長公路橋梁的使用年限，重點需加固公路橋梁的主要結構或加強公路橋梁承重部分。因此，利用預應力技術能提高橋梁構件的承載能力，增加公路橋梁整體結構的牢固性和穩(wěn)定性，使得公路橋梁的承載能力和使用年限保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

預應力技術不僅操作簡便，而且還能提高碳纖維材料應力，所以通常應用在公路橋梁受彎曲結構中。如果橋梁工程中受彎曲結構出現(xiàn)應力過大的現(xiàn)象，可能是由于碳纖維預應力構件問題導致彎曲結構損壞嚴重。所以，在道路橋梁施工過程中，對碳纖維材料加以適當?shù)念A應力，使受彎曲結構的碳纖維應力得到加固和穩(wěn)定，確保公路橋梁受彎曲結構強度能發(fā)揮其最大效能，延長橋梁的使用年限。

3.5 混凝土箱梁中的應用

混凝土箱梁在公路橋梁混凝土工程中應用比較廣泛，是一種重要的橋梁結構材料，一般混凝土箱梁里面是空心形狀，箱梁上面有翼緣。箱梁制造主要分為兩種類型，一種是單箱梁和多箱梁，另一種是混凝土箱梁和鋼板箱梁。由于混凝土箱梁在不同結構中應用效果和作用不盡相同，其又分為預制箱梁和現(xiàn)澆箱梁兩類。如果混凝土箱梁間跨徑范圍為40～60m，在配制鋼絞絲時從橫向和縱向兩方面入手；如果混凝土箱梁間跨徑數(shù)值大于60m，則要用到變截面箱梁，變截面箱梁的作用是使混凝土箱梁強度發(fā)揮最大的效果。

4 預應力技術在橋梁工程應用中存在的問題

4.1 預應力技術在孔道壓漿時的質量問題

在孔道壓漿中應用預應力技術時，容易出現(xiàn)以下質量問題：①由于壓漿時漿體的配制和預留孔質量不合格等造成漏罐或不結實；②配制漿體的水灰比大于規(guī)定的數(shù)值，導致孔道無法達到飽和或內部漿體之間有較大的空隙；③施工人員在孔道壓漿時對施工工藝重視度不夠，質量不達標。因此，預應力在孔道壓漿施工過程中有兩個主要的特點，一是能有效防止預應力鋼筋生銹，二是能使其各部位構件協(xié)調工作。

4.2 波紋管孔道漏漿

在后張法中，由于波紋管制作流程簡單，安裝方便，因此預應力鋼筋孔道通常采用波紋管，但是目前波紋管的質量無法達到相關標準。在安裝波紋管時，經常出現(xiàn)管軸線偏移或彎折，產生這種現(xiàn)象的原因有預應力鋼筋布置點準確度不夠、剛度不符合標準、錨墊板上鋪設的軸線與波紋管不一致，導致波紋管管道彎折的地方密封性較差，出現(xiàn)滲漏漿液的現(xiàn)象。

4.3 構件張力和拉力失控

由于施工人員在構件張拉時控制不當或施工時操作不規(guī)范，使得預應力構件出現(xiàn)張力和拉力失控。所以，在道路橋梁施工建設時，施工人員應嚴格控制張力和拉力。

5 預應力施工質量控制

5.1 管道注漿

（1）壓力表使用前需要進行校準。在灌漿過程中，需要定期對所有設備進行清洗，當施工結束后同樣進行清洗。

（2）在壓漿階段，需要工作人員對錨具周邊的孔洞和鋼絞線間隙采取密封處理，同時還要將有害材料徹底清理至孔道外。

（3）壓漿過程中其水泥漿強度要大于30MPa，水灰比要控制在0.4～0.45，當加入減水劑時，要對水灰比進行調整，一般不超過0.35。攪拌過程中泌水率的控制也尤為重要，一般控制在2%左右，1d 后需要保證初漿全部吸回。在調漿過程中，時間要控制在20s 左右。為保證水泥漿符合施工要求，需要加入適量膨脹劑，使水泥漿的膨脹率大于15%，拌和時間在5min，方可獲得黏稠度均勻的水泥漿。水泥漿拌和至壓漿的時間間隔由環(huán)境溫度所決定，通常情況下在45～60min，同時在此期間要不停地攪拌，增加其流動性[1]。

（4）活塞式壓漿泵是壓漿的主要設備，壓力值在0.5～0.7MPa，壓漿的過程要緩慢連續(xù)進行，同時要將排氣孔不斷進行關閉和開放，使孔道內的空氣保持暢通。在孔道集中的區(qū)域必須保證壓漿連續(xù)進行[2]。當壓漿結束后，為保證管道充滿灰漿還要經過穩(wěn)壓期，穩(wěn)壓期時間要保持在5min左右。

5.2 預應力筋張拉

（1）張拉順序：預應力筋的張拉嚴格按照圖紙設計要求左右對稱，分級張拉，均勻進行。為防止在張拉時T 梁產生側向翹曲，30mT 梁采用N1→N2→N3 左（50%） →N3 右（100%） →N3 左（100%） 的張拉順序：40m T 梁采用N1→N2→N3→N4→N5 左（50%）→N5 右（100%）→N5 左（100%）的張拉順序。單束預應力鋼絞線的張拉順序為0→初應力10%σcon→20%σcon→100%σcon（持荷2min后錨固）。

（2）張拉過程中主要以雙控方式為主，以伸長值作為校核標準，張力為主要控制指標。伸長量的誤差一般要求在5%以內，通常情況下滑絲或者鋼絞線斷絲數(shù)量不超過一根。如果伸長值達不到設計值，需要灌入適量肥皂水減少摩擦力。張拉過程中要根據(jù)鋼絞線實際情況調整千斤頂限位板的尺寸，防止工作人員被鋼絞線刮傷。張拉過程中需要通過油泵來維穩(wěn)，同時控制好張拉速度和油壓值。

（3）張拉作業(yè)后8h，需要使用角磨機將多余的鋼絞線全部割除，并將錨具周圍的鋼絞線間隙和孔洞全部進行密封處理，不得使用電氣切割設備處理鋼絞線。

5.3 鋼絞線和錨具的質量控制

進入施工現(xiàn)場的錨具和鋼絞線必須具有相關質量合格證明，同時還需要質量驗收人員對其進行性能試驗，不同規(guī)格型號的鋼絞線和錨具應分類存放并進行標記[3]。在施工過程中，還需要對其型號、規(guī)格進行仔細核對，實現(xiàn)責任到人。

5.4 預應力設備的質量管控

根據(jù)相關要求，預應力張拉前，應選擇好張拉機具、檢查千斤頂與壓力表配套情況，同時還要繪制千斤頂與壓力表的關系圖，在使用過程中嚴禁更換壓力表或者千斤頂，并且壓力表刻度應高于15級。

5.5 預應力張拉的質量控制

檢驗混凝土構件尺寸和外觀是否符合要求、強度是否達到設計強度，檢查夾片和錨孔是否存在雜物。通常情況下，必須保證預應力鋼絲各張拉點能夠自由移動，確保鋼絞線松緊程度一致，根據(jù)要求初始應力應低于總應力的5%。如果張拉力接近設計值，立即旋緊主拉桿螺母。在保證錨具和鋼絞線束不受振動的前提下方可拆除千斤頂。

6 結語

綜上所述，預應力技術在公路橋梁工程建設中應用廣泛，普遍應用于混凝土空心板、混凝土T形梁、受彎結構的加固、混凝土箱梁等部分。預應力技術能提高混凝土結構的抗裂性能、防滲性能和抗剪切力性能，從而提高公路橋梁結構的整體承載能力和抗震能力，同時降低公路橋梁的自重，減少企業(yè)成本的投入，增加其經濟效益。