論道路與橋梁施工中預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用及存在的問(wèn)題

陳元城

廣州市第一市政工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

道路和橋梁作為基礎(chǔ)交通設(shè)施的重要組成部分，對(duì)于城市的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的繁榮起著至關(guān)重要的作用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為一種先進(jìn)的施工技術(shù)，在道路和橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)通過(guò)在混凝土構(gòu)件中施加預(yù)先設(shè)計(jì)的壓應(yīng)力，可以有效地提高結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性，同時(shí)減小變形和裂縫的產(chǎn)生，提高工程的安全性和可靠性。隨著城市交通的發(fā)展和對(duì)交通設(shè)施要求的不斷提高，越來(lái)越多的道路和橋梁工程采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行施工。然而，在實(shí)際的施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)也面臨著一些存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。因此，對(duì)于預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路和橋梁施工中的應(yīng)用及其存在的問(wèn)題進(jìn)行深入研究和探討，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)概述

1.1 預(yù)應(yīng)力概念與發(fā)展歷程

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一種通過(guò)在混凝土結(jié)構(gòu)中施加預(yù)先確定的軸向拉力，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性的方法。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。在預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，隨著對(duì)材料和結(jié)構(gòu)性能的深入研究，不斷提出了新的理論和方法。預(yù)應(yīng)力技術(shù)從最初簡(jiǎn)單的應(yīng)力傳遞到混凝土中，逐漸發(fā)展為在結(jié)構(gòu)中施加不同方向和大小的預(yù)應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)更好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)效果。

1.2 預(yù)應(yīng)力基本原理

預(yù)應(yīng)力是通過(guò)在混凝土結(jié)構(gòu)中施加預(yù)先應(yīng)力，以抵消荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，并增加結(jié)構(gòu)的承載能力和變形能力。預(yù)應(yīng)力的基本原理是利用預(yù)應(yīng)力鋼束或鋼筋施加拉力，通過(guò)鋼與混凝土的黏結(jié)力來(lái)傳遞預(yù)應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下能夠承受拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力的拉應(yīng)力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到兩方面的作用：一方面，通過(guò)預(yù)先施加的拉應(yīng)力，混凝土在荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力得到抵消，從而減小了混凝土中的裂縫和變形；另一方面，由于預(yù)應(yīng)力的引入，混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力得到提高，使得結(jié)構(gòu)能夠更有效地抵抗荷載，并延長(zhǎng)使用壽命。

1.3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)分類(lèi)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以根據(jù)施工過(guò)程中施加預(yù)應(yīng)力的方式和方法進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)施加預(yù)應(yīng)力的方式，預(yù)應(yīng)力技術(shù)可分為預(yù)張預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力張拉兩種類(lèi)型。預(yù)張預(yù)應(yīng)力是在構(gòu)件澆筑前通過(guò)預(yù)張?jiān)O(shè)備施加預(yù)應(yīng)力，以抵消混凝土收縮和溫度變形產(chǎn)生的內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力張拉是在混凝土構(gòu)件澆筑后，通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，使混凝土構(gòu)件受到壓應(yīng)力的作用。根據(jù)預(yù)應(yīng)力施加的方法，預(yù)應(yīng)力技術(shù)可分為直接預(yù)應(yīng)力和間接預(yù)應(yīng)力兩種類(lèi)型。直接預(yù)應(yīng)力是通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼束直接與混凝土構(gòu)件連接，將預(yù)應(yīng)力直接傳遞給混凝土。間接預(yù)應(yīng)力是通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼束與混凝土構(gòu)件之間的預(yù)應(yīng)力傳遞裝置（如壓板、錨具等）傳遞預(yù)應(yīng)力[1]。

2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路與橋梁施工中的應(yīng)用

2.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

2.1.1 道路預(yù)應(yīng)力技術(shù)需求與優(yōu)勢(shì)。道路預(yù)應(yīng)力技術(shù)的需求主要源于以下幾個(gè)方面：首先，預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以有效地增加道路的承載能力，提高道路的耐久性和安全性。其次，預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以減少道路的變形和沉降，降低維護(hù)和修復(fù)成本。此外，道路預(yù)應(yīng)力技術(shù)還能夠提高道路的抗震性能，增加道路的抗震穩(wěn)定性，保障交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。道路預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以充分利用材料的高強(qiáng)度和高剛度，提高道路的結(jié)構(gòu)性能；預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以使道路構(gòu)件之間產(chǎn)生壓應(yīng)力，增強(qiáng)連接性能，減小開(kāi)裂和位移，提高道路的整體性能；此外，預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可以延長(zhǎng)道路的使用壽命，提高投資回報(bào)率。因此，道路預(yù)應(yīng)力技術(shù)的需求和優(yōu)勢(shì)使其成為現(xiàn)代道路工程中不可或缺的重要技術(shù)手段。

2.1.2 道路預(yù)應(yīng)力施工關(guān)鍵技術(shù)。在道路預(yù)應(yīng)力施工中，預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工是主要技術(shù)內(nèi)容，涉及選擇適當(dāng)?shù)腻^具類(lèi)型和位置，確保錨固點(diǎn)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。其次是預(yù)應(yīng)力損失與延長(zhǎng)的控制，由于材料的彈性變形和外界因素的影響，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件可能會(huì)發(fā)生一定程度的損失。因此，需要采取措施來(lái)控制損失并延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力的有效使用期限。此外，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)和維護(hù)也是關(guān)鍵技術(shù)之一，通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的狀態(tài)和性能，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，確保其正常運(yùn)行和使用壽命。這些關(guān)鍵技術(shù)的合理應(yīng)用和改進(jìn)將對(duì)道路預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量和安全起到重要的作用。

2.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

2.2.1 橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)需求與優(yōu)勢(shì)。橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，需要具備較大的承載能力和穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力技術(shù)通過(guò)在構(gòu)件內(nèi)施加預(yù)先的軸向拉力，能夠有效地抵抗橋梁在使用過(guò)程中的荷載變形，提高其抗彎能力和承載能力，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力，可以改善橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度和變形性能，減少裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高橋梁的耐久性和使用壽命。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可以減小橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，提高橋梁的舒適性和安全性。此外，橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)還能夠優(yōu)化橋梁的結(jié)構(gòu)形式和材料利用率，預(yù)應(yīng)力可以減小橋梁結(jié)構(gòu)的截面尺寸，降低自重和荷載引起的應(yīng)力，從而減輕了橋梁的材料消耗和施工難度。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)跨度較大的橋梁結(jié)構(gòu)，減少了橋墩和橋臺(tái)的數(shù)量，提高了道路通行的流暢性和安全性。

2.2.2 橋梁預(yù)應(yīng)力施工關(guān)鍵技術(shù)。橋梁預(yù)應(yīng)力施工的關(guān)鍵技術(shù)包括張拉預(yù)應(yīng)力筋、錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件制造和安裝等方面。在橋梁預(yù)應(yīng)力施工中，正確的預(yù)應(yīng)力筋張拉過(guò)程至關(guān)重要，該過(guò)程要求嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力筋的張拉力和應(yīng)變，以確保預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，錨固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是橋梁預(yù)應(yīng)力施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著預(yù)應(yīng)力力的傳遞和錨固的可靠性。因此，合理設(shè)計(jì)錨固系統(tǒng)，選擇適當(dāng)?shù)腻^具和錨固點(diǎn)位置至關(guān)重要。此外，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的制造和安裝質(zhì)量也是影響橋梁預(yù)應(yīng)力施工的關(guān)鍵因素，包括預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)埋質(zhì)量、混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)工藝等。這些關(guān)鍵技術(shù)的合理應(yīng)用和控制，能夠有效提高橋梁預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量和安全性[2]。

3 預(yù)應(yīng)力施工中的問(wèn)題分析

3.1 預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題

設(shè)計(jì)階段存在的問(wèn)題包括預(yù)應(yīng)力錨固點(diǎn)的選擇和布置不合理，錨具類(lèi)型與預(yù)應(yīng)力鋼束不匹配，以及錨固長(zhǎng)度計(jì)算不準(zhǔn)確等，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性受到影響。在施工階段，存在著預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)安裝不規(guī)范、工藝操作不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。例如，錨具的固定力不均勻、預(yù)應(yīng)力鋼束錨固位置的偏移、預(yù)應(yīng)力鋼束損傷等，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致錨固點(diǎn)強(qiáng)度不足、預(yù)應(yīng)力錨固失效或預(yù)應(yīng)力損失增加。此外，施工過(guò)程中可能存在的材料質(zhì)量問(wèn)題，如預(yù)應(yīng)力鋼束的腐蝕、脆化或疲勞等，也會(huì)對(duì)錨固系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.2 預(yù)應(yīng)力損失與延長(zhǎng)問(wèn)題

預(yù)應(yīng)力損失是指在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件施工和使用過(guò)程中，由于材料的彈性變形、材料的流變性以及外部荷載的作用等因素，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力力值減小的現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力的損失會(huì)影響構(gòu)件的承載能力和使用壽命，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或性能不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。另一方面，預(yù)應(yīng)力延長(zhǎng)是指預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在使用過(guò)程中由于腐蝕、材料老化等因素引起的長(zhǎng)度增加現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的形變與位移增大，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和幾何形狀產(chǎn)生不良影響。因此，預(yù)應(yīng)力損失與延長(zhǎng)問(wèn)題需要引起充分的關(guān)注和研究，以確保道路和橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

3.3 預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)與維護(hù)問(wèn)題

在施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件可能會(huì)受到各種外力和環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致構(gòu)件的性能發(fā)生變化或出現(xiàn)損傷。首先，監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的狀態(tài)和變形是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。然而，目前存在著監(jiān)測(cè)手段不完善、監(jiān)測(cè)精度有限的問(wèn)題。當(dāng)前的監(jiān)測(cè)技術(shù)難以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲得預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的變形和應(yīng)力信息。其次，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕、疲勞和裂縫等問(wèn)題。這些問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的承載能力下降，甚至引發(fā)構(gòu)件的失效。然而，目前對(duì)于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的維護(hù)措施相對(duì)較少，缺乏有效的方法來(lái)延長(zhǎng)構(gòu)件的使用壽命。因此，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)與維護(hù)問(wèn)題需要引起重視，以確保預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的安全性和可靠性[3]。

4 解決預(yù)應(yīng)力施工中存在問(wèn)題的途徑

4.1 預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工改進(jìn)措施

首先，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)材料的選擇和研發(fā)，合理選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的錨固材料，例如優(yōu)質(zhì)的預(yù)應(yīng)力鋼束和高性能的錨固膠粘劑，以提高錨固系統(tǒng)的承載能力和耐久性。其次，改進(jìn)錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際工程需求和受力特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)錨固系統(tǒng)的構(gòu)造，包括錨固裝置的幾何形狀、大小和布置方式。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高錨固系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，減少錨固力的變化，從而提高系統(tǒng)的整體性能。再次，在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行操作，確保錨固設(shè)備的正確安裝和調(diào)整。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)施工工藝和操作規(guī)程的培訓(xùn)，提高施工人員的技術(shù)水平和質(zhì)量意識(shí)。此外，建立完善的質(zhì)量監(jiān)控體系，定期檢查和測(cè)試錨固系統(tǒng)的性能和可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。最后，開(kāi)展深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究，探索新型錨固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和施工技術(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，積極引入先進(jìn)的技術(shù)手段，如計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)字化監(jiān)測(cè)，以提高錨固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工效率。

4.2 預(yù)應(yīng)力損失與延長(zhǎng)的控制方法

在道路和橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力損失直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。為了有效控制預(yù)應(yīng)力損失并延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的使用壽命，選擇合適的預(yù)應(yīng)力材料是關(guān)鍵，預(yù)應(yīng)力材料的選擇應(yīng)考慮其力學(xué)性能、耐久性能以及與混凝土的相互作用。常用的預(yù)應(yīng)力材料包括鋼束、鋼絲和碳纖維等，通過(guò)合理選擇預(yù)應(yīng)力材料，可以降低預(yù)應(yīng)力損失率，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意減小預(yù)應(yīng)力損失的因素，如減小錨固長(zhǎng)度、降低張拉損失等。在施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制張拉力和錨固長(zhǎng)度，并確保預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的受力均勻和穩(wěn)定。合理的設(shè)計(jì)和施工能夠最大限度地減小預(yù)應(yīng)力損失，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。此外，定期進(jìn)行預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的檢查，包括檢測(cè)預(yù)應(yīng)力力值、應(yīng)力均勻性以及錨固系統(tǒng)的狀態(tài)等。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行維修和加固，以防止進(jìn)一步的預(yù)應(yīng)力損失。

4.3 預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)與維護(hù)技術(shù)的發(fā)展

隨著道路與橋梁工程中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)與維護(hù)需求日益增加，近年來(lái)，針對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)與維護(hù)，出現(xiàn)了一些新的技術(shù)和方法。首先，利用超聲波、雷達(dá)、紅外熱成像等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的應(yīng)力、變形和裂縫等情況，從而判斷其結(jié)構(gòu)安全性和健康狀況。這些無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有高效、非破壞性和全面性的特點(diǎn)，能夠提供準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，幫助及早發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并采取相應(yīng)的維護(hù)措施。其次，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的狀態(tài)并傳輸數(shù)據(jù)至中心控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的長(zhǎng)期、連續(xù)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測(cè)，提供及時(shí)的結(jié)構(gòu)健康評(píng)估和預(yù)警。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展不僅提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化的管理，為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的維護(hù)提供了更多便利。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的基本原理和常用方法進(jìn)行介紹，分析了預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中的問(wèn)題，包括預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工、預(yù)應(yīng)力損失與延長(zhǎng)、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)和維護(hù)等方面。針對(duì)這些問(wèn)題，提出了解決途徑，包括改進(jìn)預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工、控制預(yù)應(yīng)力損失與延長(zhǎng)、發(fā)展預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的監(jiān)測(cè)和維護(hù)技術(shù)等。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路和橋梁施工中仍有廣闊的發(fā)展前景，需要進(jìn)一步研究和應(yīng)用，以提高工程的質(zhì)量和安全性。