高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土空心橋的施工探討

劉永勝 尹路寧 賈永發(fā)

(1.中交一公局二公司，北京 100000; 2.寧波市公路局路橋處，浙江 寧波 315000)

進(jìn)入新世紀(jì)尤其是“十一五”時(shí)期以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)駛?cè)肓烁咚侔l(fā)展的快車(chē)道，支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐因此也得到加快?！秶?guó)家中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》和《國(guó)家中長(zhǎng)期交通運(yùn)輸規(guī)劃》等一批涉及交通基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃預(yù)示著路橋建設(shè)必將迎來(lái)新一波躍進(jìn)浪潮，而且對(duì)路橋施工質(zhì)量也提出了更為嚴(yán)格的要求，因?yàn)榻鼛啄旮鞯仃懤m(xù)出現(xiàn)的橋梁垮塌或斷裂等事件給路橋施工質(zhì)量和施工安全問(wèn)題敲響了警鐘，這其中既有人為因素，但也有施工新技術(shù)應(yīng)用不到位的問(wèn)題。隨著橋梁工程技術(shù)的日益發(fā)展，我們必須調(diào)整思路，借助現(xiàn)代路橋施工技術(shù)來(lái)提高路橋施工的科學(xué)性和技術(shù)水平。當(dāng)前，困擾橋梁施工領(lǐng)域的突出性難題是怎樣加大路橋設(shè)計(jì)的承載力。這就要求我們充分利用現(xiàn)代路橋施工技術(shù)，從而提高路橋承載力及使用的壽命，確保橋梁不因技術(shù)問(wèn)題而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，以更好地支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速的向前邁進(jìn)。預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)頗多，具備較強(qiáng)的抗裂性、抗?jié)B性，除此之外，還具有高剛度、高強(qiáng)度的特性，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)解決橋梁施工中容易出現(xiàn)的承載力不足而致斷裂問(wèn)題具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

綏北高速公路A7和B5標(biāo)段全段設(shè)計(jì)大、中、小橋梁共計(jì)41座，是綏北線上最大的橋標(biāo)，因此橋梁施工成敗關(guān)系著整個(gè)工程的成敗。本文從介紹預(yù)應(yīng)力技術(shù)概念出發(fā)，結(jié)合綏北公路的施工環(huán)境，對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土孔橋施工設(shè)計(jì)中所起的作用進(jìn)行了分析，除此之外，還從施工的角度探討了預(yù)應(yīng)力混凝土施工管理對(duì)橋梁施工所起的借鑒意義。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的概念

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的工作原理應(yīng)用于路橋工程中，它在混凝土工程中也起到無(wú)可比擬的作用。構(gòu)建預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，然后利用混凝土構(gòu)件所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)來(lái)減小、抵消外荷載所引發(fā)的拉應(yīng)力。即借助混凝土非常高的抗壓強(qiáng)度來(lái)彌補(bǔ)抗拉強(qiáng)度所帶來(lái)的不足，從而達(dá)到延遲受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂的目的。路橋工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土在結(jié)構(gòu)上采用強(qiáng)度很高的鋼材及混凝土，這樣就可以使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有很強(qiáng)的抗裂性、抗?jié)B性、抗剪性和抗疲勞性的特點(diǎn)。除此之外，還能達(dá)到節(jié)約鋼材、混凝土，減小結(jié)構(gòu)截面尺寸，降低結(jié)構(gòu)自重，防止開(kāi)裂和減少撓度的有效目的。對(duì)橋梁工程來(lái)說(shuō)，預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)兼具了經(jīng)濟(jì)與美觀的特點(diǎn)，這在把橋梁作為城市景觀工程的城市規(guī)劃中有著絕佳的應(yīng)用前景。

2 綏北高速公路橋梁施工環(huán)境介紹

從施工環(huán)境來(lái)看，項(xiàng)目地區(qū)自然區(qū)劃為西部溫和半濕潤(rùn)地區(qū)，冰凍指數(shù)2 400～2 800之間，為重冰凍地區(qū)，最大凍深2.2 m。氣候受地形影響較小，受內(nèi)陸及海洋高低氣壓和季風(fēng)的交替影響較大，在極地大陸氣團(tuán)控制下，冬季漫長(zhǎng)，氣候嚴(yán)寒、干燥，有效施工期短;夏季受副熱帶海洋氣團(tuán)影響，降雨集中，氣候溫?zé)?、濕?rùn);秋冬兩季是冬夏季風(fēng)交替時(shí)期，氣候多變。春季多大風(fēng)，降雨少，易發(fā)生干旱;秋季降溫急劇，常有霜凍發(fā)生。區(qū)域內(nèi)年平均氣溫在1.3℃～4.0℃之間，由北向南逐漸升高，年平均降水量是483 mm，多集中于夏季6月～8月。冬季多西北風(fēng)和偏北風(fēng)，夏季多偏東風(fēng)和偏南風(fēng)，風(fēng)速較小，年平均風(fēng)速3.3 m/s～3.6 m/s。結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)環(huán)境，可以發(fā)現(xiàn)，在綏北高速公路段進(jìn)行預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土施工具備絕佳的可行性。

3 在混凝土空心橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 在受彎構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到受彎構(gòu)件中，主要基于混凝土加固的目的?？紤]到碳纖維有著極高的強(qiáng)度且施工操作起來(lái)簡(jiǎn)單易行，所以采用粘貼碳纖維片材來(lái)加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的方法得到了大力推廣及廣泛的應(yīng)用。但是由于加固前的結(jié)構(gòu)就已經(jīng)出現(xiàn)了初始內(nèi)力，并且混凝土已經(jīng)出現(xiàn)初始?jí)簯?yīng)變和拉應(yīng)變，而當(dāng)壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限壓應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的承載力也到了極限，因此，倘若初始應(yīng)變較大，而構(gòu)件又遭到破壞時(shí)，碳纖維片材強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)便得不到發(fā)揮，對(duì)此我們提出了應(yīng)變措施。綏北段冬季環(huán)境惡劣，冰凍指數(shù)極高，屬重冰凍地區(qū)。如此高的冰凍深度極易對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件造成沖擊，使其變得脆弱易折和彎曲。而采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)利用混凝土本身具備的壓應(yīng)變和拉應(yīng)變力，來(lái)抵消外部負(fù)荷的沖擊，以便提高橋梁的承受能力。

3.2 在加固施工中，對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

在橋梁加固工程中，普遍是通過(guò)增強(qiáng)構(gòu)件及改善結(jié)構(gòu)性能來(lái)恢復(fù)、提高橋梁的承載能力，由此來(lái)延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，從而達(dá)到高強(qiáng)度的橋面作用力的要求。而加強(qiáng)薄弱構(gòu)件，增加輔助構(gòu)件，改變結(jié)構(gòu)體系，減輕恒載成為改造的主要技術(shù)途徑。加固橋面主要有以下幾種方法:加固橋面補(bǔ)強(qiáng)層、增大截面與配筋加固、加固體外預(yù)應(yīng)力、粘貼鋼板、改變結(jié)構(gòu)受力體系、增加橫向聯(lián)系、粘貼碳纖維布等。實(shí)際上，減小加固施工時(shí)混凝土的初始應(yīng)變，才是混凝土卸載的目的所在。而所走的路徑是可預(yù)先對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，使受壓區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力，同時(shí)受拉區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力影響，減小構(gòu)件在初彎矩作用下的拉應(yīng)變及壓應(yīng)變，以便提高構(gòu)件的應(yīng)變?cè)隽?，從而加固鋼筋的?yīng)力，使加固鋼筋的效果得到最大可能性的發(fā)揮。綏北段冬季環(huán)境惡劣，屬重冰凍地區(qū);夏季降雨集中，氣候濕潤(rùn);而春季干燥秋季多霜凍，這種惡劣的環(huán)境容易對(duì)橋面的加固造成干擾，這種沖擊對(duì)空心橋影響較為明顯，采取預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工可以解決以上問(wèn)題。

3.3 在鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

多跨連續(xù)梁分為正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)，一般負(fù)彎矩在支座處，正彎矩在跨中處。當(dāng)梁的抗彎承載力及抗剪承載力不符合要求時(shí)，就需要進(jìn)行加固處理。而當(dāng)跨中正彎矩區(qū)抗彎承載力不符合要求時(shí)，可采用粘貼碳纖維的方法對(duì)其進(jìn)行加固處理。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土的施工過(guò)程管理重點(diǎn)

首先，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程管理要以材料的管理為基礎(chǔ)，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求來(lái)對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行有針對(duì)性的驗(yàn)收檢驗(yàn)，從而保證進(jìn)場(chǎng)材料質(zhì)量符合設(shè)計(jì)的要求。另外，由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)所采用的預(yù)應(yīng)力筋的要求極高，因此必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格合理的存放管理，從而保證預(yù)應(yīng)力筋的質(zhì)量。此外，對(duì)施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力筋的切割也要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作。切割的一般辦法是通過(guò)砂輪鋸或切斷機(jī)進(jìn)行截?cái)?，這樣就會(huì)避免電弧切割等方式對(duì)預(yù)應(yīng)力筋造成損傷。除此之外，路橋施工企業(yè)還要重視對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)的管理。要仔細(xì)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙及施工方案進(jìn)行分析比對(duì)，并掌握工程施工過(guò)程中的各項(xiàng)控制重點(diǎn)，從而更好地為控制路橋工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工力度及方向打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。需要注意的是，必須熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件制作的技術(shù)要點(diǎn)。在實(shí)際施工過(guò)程中，施工企業(yè)還必須根據(jù)工程的實(shí)際情況及設(shè)計(jì)方案、施工方案，并按照技術(shù)要求和技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的管理，以此保證施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，防止出現(xiàn)偏差。最后，路橋施工企業(yè)還應(yīng)重視對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)的管理，保證路橋工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，為后續(xù)的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從介紹預(yù)應(yīng)力技術(shù)的概念入手，以綏北高速公路空心橋施工為例，重點(diǎn)探討了在橋梁工程施工中對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，并探究出預(yù)應(yīng)力技術(shù)的主要應(yīng)用方向及途徑，即主要應(yīng)用在橋梁受彎構(gòu)件加固、混凝土加固和鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁加固中。接著又從施工階段著眼，綜述了對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土施工過(guò)程的管理。從預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力的材料管理以及最后的技術(shù)管理等方面分析了預(yù)應(yīng)力施工時(shí)需要注意的要點(diǎn)。當(dāng)然，預(yù)應(yīng)力施工并非一氣呵成，也存在著許多缺陷或障礙。預(yù)應(yīng)力施工存在的主要問(wèn)題:

1)波紋管堵塞，多是由施工單位未能按照施工規(guī)范操作或波紋管自身質(zhì)量問(wèn)題所致。

2)后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉力控制問(wèn)題，張拉力失控出現(xiàn)長(zhǎng)度誤差。

3)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉前出現(xiàn)裂隙問(wèn)題，多是由干縮反復(fù)和溫差驟變?cè)斐傻摹?/p>

4)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道堵塞問(wèn)題，多發(fā)生在后張法構(gòu)件中，主要是由于抽芯過(guò)早而水泥混凝土未凝固所致。目前綏北施工隊(duì)成立了項(xiàng)目工程辦公室并加強(qiáng)了組織領(lǐng)導(dǎo)，目的是對(duì)每道工序、每個(gè)技術(shù)要點(diǎn)都確保做到嚴(yán)格執(zhí)行落實(shí)，保證技術(shù)運(yùn)用在合理的位置上，發(fā)揮其真正的效果。

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