公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用分析

于馥麗

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ,山西太原 030031)

公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用分析

于馥麗

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ,山西太原 030031)

介紹預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁加固施工中的應(yīng)用及在鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁中的應(yīng)用,分析了預(yù)應(yīng)力張拉的時(shí)間問題和預(yù)應(yīng)力鋼筋管道堵塞問題,并提出了解決辦法。

公路橋梁;預(yù)應(yīng)力;施工技術(shù);應(yīng)用分析

0 引言

隨著我國(guó)公路橋梁工程行業(yè)的發(fā)展,大跨度混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁憑借其預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度高、跨越能力強(qiáng)、整體穩(wěn)定性強(qiáng)以及車輛行駛的視野寬度等優(yōu)勢(shì),目前在公路橋梁工程建設(shè)中得到了業(yè)內(nèi)工程界的廣泛認(rèn)可。然而,由于公路橋梁建設(shè)工程的修建是一項(xiàng)復(fù)雜的工程系統(tǒng),該過程受自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等多種因素影響。此外,公路橋梁結(jié)構(gòu)在其施工過程中通常會(huì)采用一種掛籃懸臂式施工工藝,并且其成型要?dú)v經(jīng)一個(gè)復(fù)雜流程。在不同施工階段,材料、溫度、濕度、工期以及其它施工條件因素,對(duì)已施工橋梁路段預(yù)應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生較大的影響［1］。鑒于上述公路橋梁工程施工的特征,作為施工作業(yè)人員必須對(duì)其安全問題多加關(guān)注,對(duì)施工過程中的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 公路橋梁施工中對(duì)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

在公路橋梁工程施工過程中,對(duì)預(yù)應(yīng)力的技術(shù)考量和全程監(jiān)控是一個(gè)重要的技術(shù)問題。為了應(yīng)對(duì)整個(gè)施工過程中各種情況的變化,必須進(jìn)行預(yù)應(yīng)力技術(shù)預(yù)警。在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展中,采用技術(shù)化的檢測(cè)方案和手段對(duì)具有可識(shí)別性的預(yù)應(yīng)力施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行追蹤,以此對(duì)工程項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)、力度的變化規(guī)律、預(yù)應(yīng)力可控性程度和風(fēng)險(xiǎn)消除的措施進(jìn)行詳實(shí)分析。公路橋梁工程項(xiàng)目施工過程中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)體系是工程結(jié)構(gòu)施工體系中的一個(gè)重要組成部分,具體包括三個(gè)層面:受彎構(gòu)件、加固施工和鋼筋混凝土。隨著當(dāng)前公路橋梁建筑工程建設(shè)的不斷發(fā)展,能夠被提取出來反映工程項(xiàng)目施工過程的預(yù)應(yīng)力信息逐漸增多。在受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力可以借助碳纖維的應(yīng)用來凸顯效用,碳纖維較好的強(qiáng)度可以完善其在受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用。此外,出于對(duì)公路橋梁施工過程中承載能力的安全性能考量,應(yīng)當(dāng)及時(shí)納入構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)或結(jié)構(gòu)性能改善方式,并制定新的預(yù)應(yīng)力評(píng)估方案,確保能夠?qū)Π踩赃M(jìn)行全面、客觀、系統(tǒng)的預(yù)判,排除不確定的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù),提高公路橋梁的實(shí)際使用壽命,滿足橋梁運(yùn)輸要求［2］。此外,預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用能夠更加系統(tǒng)和全面地處理好公路橋梁工程建設(shè)期的加固問題,這中間涉及對(duì)橋梁構(gòu)件的前期預(yù)應(yīng)力加載,以及橋梁中受拉區(qū)和受壓區(qū)的承載力保護(hù)。通過實(shí)踐總結(jié),預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在加固施工中的應(yīng)用

通過施工過程中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的加固作用,可提高公路橋梁的承載能力,延緩其疲勞損傷壽命,滿足現(xiàn)代運(yùn)輸條件要求。預(yù)應(yīng)力的加固方法是不能一概而論的,因此就需要根據(jù)各種實(shí)際情況來進(jìn)行有針對(duì)性的價(jià)值應(yīng)用。借助預(yù)應(yīng)力的加固方法以實(shí)現(xiàn)不同工程結(jié)構(gòu)特質(zhì)的公路橋梁承載力加強(qiáng),在公路橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)之中最普遍的就是:橋面補(bǔ)強(qiáng)加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼鋼板加固法［3］。對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力是減小施工時(shí)混凝土初始應(yīng)變的一種重要加固方式,該方法的核心就在于減緩了與構(gòu)件初彎矩作用相聯(lián)系的拉應(yīng)變和壓應(yīng)變,以此建立了構(gòu)件極限承載力時(shí)的應(yīng)變?cè)隽?便于進(jìn)行加固控制。這樣的預(yù)應(yīng)力技術(shù)的加固作用,有助于將發(fā)生在公路橋梁工程建設(shè)期的承載力風(fēng)險(xiǎn)降至較低水平。為了保證工程節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量,規(guī)范安全風(fēng)險(xiǎn)管理,必須對(duì)其預(yù)應(yīng)力的技術(shù)加固進(jìn)行合理應(yīng)用。

1.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁的應(yīng)用

多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)在支座處產(chǎn)生負(fù)彎矩,在跨中處產(chǎn)生正彎矩。施工建設(shè)過程中,由于各路段混凝土相應(yīng)的施工負(fù)載、混凝土使用的年齡時(shí)期、結(jié)構(gòu)的幾何特性以及相應(yīng)的物理臨界值等都會(huì)隨著建設(shè)過程的改變而出現(xiàn)各種狀況的變動(dòng)。處于這樣一個(gè)綜合性的聯(lián)動(dòng)影響系統(tǒng)中,必然會(huì)出現(xiàn)各段位橋梁的內(nèi)力和位移因施工工程系統(tǒng)的變化而出現(xiàn)偏離相應(yīng)的確定設(shè)計(jì)值。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁的應(yīng)用是指采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)在連續(xù)梁的正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)進(jìn)行加固處理。該加固處理技術(shù)應(yīng)用是在公路橋梁工程施工建設(shè)條件可行性范圍內(nèi),在效益與費(fèi)用比在可接受的前提條件下,采用借助預(yù)應(yīng)力改變風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生載體,或者將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的因素消除,保護(hù)公路橋梁工程免受施工風(fēng)險(xiǎn)的侵害。在公路橋梁所存在的正負(fù)彎矩區(qū)、抗彎和抗剪承載力疲軟區(qū)域,特別是其中的工程主體結(jié)構(gòu)的抗壓物理性能,必須借助預(yù)應(yīng)力技術(shù)的高強(qiáng)度碳纖維對(duì)其進(jìn)行加固處理,以此提高工程結(jié)構(gòu)的承載力。

2 公路橋梁中預(yù)應(yīng)力所存在的問題

2.1 預(yù)應(yīng)力張拉的時(shí)間問題

在施工過程中,為應(yīng)對(duì)承載力支撐不夠所導(dǎo)致的坍塌風(fēng)險(xiǎn),必須對(duì)混凝土預(yù)應(yīng)力的早期強(qiáng)度提升進(jìn)行技術(shù)處理［4］。具體措施就在于通過在公路橋梁工程施工過程的混凝土介質(zhì)中添加早強(qiáng)劑,當(dāng)混凝土澆筑達(dá)到3 d的基礎(chǔ)之后,借助該結(jié)果進(jìn)行力度張拉。施工過程中的預(yù)應(yīng)力張拉提升是安全完善的一個(gè)重要部分。在進(jìn)行相關(guān)張拉處理時(shí),需要有一個(gè)等待的時(shí)間過程,目的在于通過張拉處理后等待混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定級(jí)別。預(yù)應(yīng)力張拉的時(shí)間掌控是進(jìn)行施工質(zhì)量保障管理的一個(gè)重要組成內(nèi)容。該施工階段在時(shí)間技術(shù)上的管理所針對(duì)的主體,通常是混凝土強(qiáng)度級(jí)別成型的過程。如若前期由于混凝土強(qiáng)度增加過快,相應(yīng)的彈性模量增加過于緩慢,風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)由此產(chǎn)生,主要在于預(yù)應(yīng)力的損失有所增加,公路橋梁應(yīng)對(duì)承載物的支撐力度就會(huì)不夠,結(jié)構(gòu)上會(huì)形成相應(yīng)的裂縫,后期的跟進(jìn)施工進(jìn)程就無法制定與實(shí)施。相反,如果任由混凝土強(qiáng)度過快增加,那就會(huì)導(dǎo)致彈性模量增加的過程異常緩慢。具體預(yù)應(yīng)力的張拉值計(jì)算公式如下:

式中:Pp為預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力;P為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力;k為孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù);x為預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生距離;μ為預(yù)應(yīng)力筋和孔道壁的摩擦系數(shù);θ為張拉端面到截面曲線部分切線的夾角之和。

此外,通過其他應(yīng)對(duì)策略,例如:采用早期強(qiáng)度的混凝土做檢測(cè)試塊來代替實(shí)際強(qiáng)度,也會(huì)帶去相應(yīng)的承載力問題。通過現(xiàn)有的實(shí)踐資料表明,早期使用早強(qiáng)劑的混凝土都不能達(dá)到實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。公路橋梁混凝土中早強(qiáng)劑的使用應(yīng)對(duì)措施,會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)施效果產(chǎn)生重要影響。另外,強(qiáng)調(diào)每一處理階段早強(qiáng)劑的混合比例和時(shí)間等待過程均需要進(jìn)行監(jiān)控勘察,以實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的動(dòng)態(tài)管控。該階段的監(jiān)控管理在處理公路橋梁工程的承載力方面起著決定性作用。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋管道堵塞問題

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力承載支撐的技術(shù)應(yīng)用過程中,方案中均為先確定好施工流程和規(guī)范細(xì)則?？紤]到公路橋梁所在區(qū)域地形地質(zhì)復(fù)雜多變,在進(jìn)行技術(shù)操作時(shí)需要進(jìn)行嚴(yán)格方案設(shè)計(jì)和實(shí)地檢測(cè),這是確保預(yù)應(yīng)力承載支撐設(shè)計(jì)有效的關(guān)鍵。但是,由于公路橋梁所在施工區(qū)域缺乏優(yōu)良性,同時(shí)不可避免地存在施工人員技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足和保護(hù)措施不夠等問題,導(dǎo)致在施工時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的管道出現(xiàn)堵塞,后果往往是張拉預(yù)應(yīng)力的鋼筋不能夠順利通過,從而影響張拉的實(shí)際效果。出現(xiàn)這樣的問題就會(huì)造成工程造價(jià)成本提升,并且安全性也較低,因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論值之間有著較大偏差。預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值△Lcp的計(jì)算公式如下:式中:0.9為系數(shù)(由10%～100%的伸長(zhǎng)值折減系數(shù));Fpm為預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力N;Lp為預(yù)應(yīng)力筋的計(jì)算長(zhǎng)度,mm;Ap為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積, mm2;Ep為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量。

所以為了避免出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋管道堵塞問題,就應(yīng)當(dāng)將過程中的可能障礙優(yōu)先考慮在內(nèi),預(yù)先做好管道內(nèi)部的精確定位。由于對(duì)于抽芯時(shí)間的控制性把握有利于孔道的施工,所以在工程方案設(shè)計(jì)的前期就應(yīng)當(dāng)對(duì)其對(duì)應(yīng)路段的孔道帶的地質(zhì)水文情況進(jìn)行地質(zhì)檢測(cè),以此作為抽芯時(shí)間確定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如果遇到處理難度大的不良施工路段,盡可能選擇繞道,減少穿越范圍,防止管道出現(xiàn)彎折、扭曲等現(xiàn)象。在施工過程中應(yīng)盡可能地制定詳實(shí)的施工技術(shù)方案,采取必要的安全施工措施,盡量避免非專業(yè)化操作,安排工程技術(shù)人員全程跟進(jìn)施工過程。

3 結(jié)語

從當(dāng)前公路橋梁工程建設(shè)的整體施工水平來看,我國(guó)在工程建設(shè)領(lǐng)域的預(yù)應(yīng)力安全技術(shù)應(yīng)用的敏感性還有待進(jìn)一步強(qiáng)化,同時(shí)在預(yù)應(yīng)力的技術(shù)應(yīng)用水平和區(qū)域范圍上也需要進(jìn)一步提升。雖然目前出現(xiàn)了許多采用預(yù)應(yīng)力施工完成的大批公路橋梁成功案例,但在更多的使用和延伸過程中還需要進(jìn)行更多的深入探討和嘗試。因此,公路橋梁工程建設(shè)從業(yè)者必須就公路橋梁工程施工預(yù)應(yīng)力控制技術(shù)管理程序建構(gòu)其相應(yīng)的體系,為公路橋梁工程尤其是大跨復(fù)雜橋梁施工技術(shù)管理及安全控制提供相應(yīng)的解決思路和可行性控制方案。

［1］ 俞建輝,王建國(guó). 淺談公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用及存在的問題［J］. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2011(13): 145-147.

［2］馬劍飛.大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究［D］. 武漢:武漢理工大學(xué),2012.

［3］楊曉翔.公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用［J］. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2014(7): 166-167.

［4］ 董建. 橋梁施工系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力總體研究 ［J］.土木工程學(xué)報(bào),2012 (5): 34-40.

U445

B

1009-7716(2015)03-0123-02

2014-11-29

于馥麗(1985-),女,山西運(yùn)城人,助教,從事道路、橋梁工程教學(xué)工作。