預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用探究

董國林

(山東格瑞特公路工程限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

大量工程實(shí)例表明，將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁施工中，具有節(jié)約材料、提升道路橋梁性能優(yōu)越性、降低結(jié)構(gòu)撓度、控制裂縫、提升道路橋梁使用壽命等優(yōu)點(diǎn)?；诖耍疚慕Y(jié)合工程實(shí)例，從預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置、預(yù)應(yīng)力鋼絞線和錨具選擇、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、孔道壓漿施工四個(gè)方面分析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中的具體應(yīng)用。

1 工程概述

某道路橋梁工程總里程為415m，設(shè)計(jì)橋面寬度為14.5m，抗震設(shè)防烈度為8°，是該道路工程的主要組成部分，也是施工的重難點(diǎn)，為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，最高行車速度為80km/h。為有效提升整體質(zhì)量水平，在施工中選擇了預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束為鋼絞線和錨具，鋼絞線強(qiáng)度為1860MPa，錨具為YM15-7/YM15-8，穿孔鋼筋為70mm和80mm的波紋管，選擇雙向成孔施工方法進(jìn)行施工。

2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的作用及應(yīng)用途徑

2.1提升橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

為有效提升橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力，提升使用年限，必須著重加固橋梁基礎(chǔ)構(gòu)件的穩(wěn)定性，并積極采用全新的技術(shù)和先進(jìn)的科學(xué)手段，如采用加固法、粘貼鋼板加固法等方法進(jìn)行加固處理。

2.2提升橋梁穩(wěn)固性

在道路橋梁施工建設(shè)中，需要科學(xué)合理地應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，并采用高性能鋼絞線來全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼絲。此外，各項(xiàng)新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，也為澆梁端濕接縫技術(shù)的優(yōu)化改進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。比如：在連接橋面施工中，可把扁錨預(yù)應(yīng)力鋼絞線放在支負(fù)彎矩的位置，從而最大限度提升橋梁的穩(wěn)固性。

2.3加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性

在該橋梁工程施工建設(shè)中，必須注重鋼筋混凝土等基礎(chǔ)架構(gòu)施工質(zhì)量，并在施工中進(jìn)行全面監(jiān)督控制，并在施工中，應(yīng)當(dāng)高效合理應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，當(dāng)混凝土澆筑完成后，盡量第一時(shí)間對受拉區(qū)域中的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加壓處理，以提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓能力，避免因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨l(fā)生結(jié)構(gòu)開裂，以確保整個(gè)工程的安全性和穩(wěn)定性。

2.4進(jìn)一步強(qiáng)化箱梁施工質(zhì)量

在道路橋梁工程施工建筑中，將預(yù)應(yīng)力技術(shù)合理地應(yīng)用在混凝土箱梁施工中，可有效提升施工質(zhì)量，現(xiàn)場施工人員要控制混凝土配置比例，在確保施工工序符合要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，完善各項(xiàng)工藝和技術(shù)。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中的具體應(yīng)用

3.1合理設(shè)置預(yù)應(yīng)力管道

3.1.1波紋管選擇

在根據(jù)該工程實(shí)際需求，在波紋管選擇時(shí)根據(jù)現(xiàn)狀的不同，大體上可以分為兩大類，其一是圓形波紋管，代號(hào)為Y，其二扁形波紋管，代號(hào)是B，常用的預(yù)應(yīng)力波紋管及其參考指標(biāo)如表1所示：

表1 預(yù)應(yīng)力波紋管及其參考指標(biāo)表

為充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和作用，在施工中所選擇的塑料波紋管規(guī)格、型號(hào)、尺寸等參數(shù)都必須盡量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。比如：內(nèi)截面的面積必須超過預(yù)應(yīng)力凈截面積2倍以上。在進(jìn)場前，需要對波紋管的外觀、環(huán)剛度、橫縱向荷載、強(qiáng)度、抗沖擊性等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，確保波紋管表體沒有隔體破裂、氣泡、硬塊等質(zhì)量缺陷。除此之外，還要確保波紋管內(nèi)徑、壁厚等相關(guān)尺寸也要符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。比如：波紋管的環(huán)剛度必須控制在6KN/以上，當(dāng)荷載持續(xù)超過5min時(shí)，波紋管的變形量要小于管材總變形量的10%，預(yù)應(yīng)力波紋管變形度計(jì)算公式為[1]：

公式(1)

在公式(1)中，Δd表示波紋管的實(shí)際變形度；dmax表示波紋管截面積的最大外徑(mm)；dmin表示波紋管截面積的最小外徑(mm)。

3.1.2波紋管安裝

波紋管安裝是預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中應(yīng)用的關(guān)鍵，其安裝質(zhì)量直接決定了預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用效果，因此，在具體安裝中，可采用定位鋼筋將其固定在模板設(shè)計(jì)的位置，確保在混凝土澆筑時(shí)不會(huì)發(fā)生變形和位移。如果發(fā)現(xiàn)鋼束孔道和鋼筋位置不一致，則要先嘗試調(diào)整鋼筋位置，嚴(yán)禁隨意更改波紋管的坐標(biāo)設(shè)計(jì)，同時(shí)還要嚴(yán)格控制鋼筋間距，鋼筋間距盡量控制在0.8m以下，而針對曲線管道或者扁平管道上的鋼筋則要進(jìn)行科學(xué)合理的加密處理，以確保波紋管安裝的平順性和穩(wěn)固性。

3.2鋼絞線和錨具施工

鋼絞線是預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的主要材料之一，和其他材料相比，鋼絞線具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、實(shí)用性。而且質(zhì)量和相關(guān)參數(shù)也更加優(yōu)越。當(dāng)預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置好以后，就可以進(jìn)行混凝土澆筑，先把錨具埋設(shè)到波紋管端頭，通過千斤頂進(jìn)行張拉，以穩(wěn)固波紋管斷面。在本工程預(yù)應(yīng)力施工中，應(yīng)用了兩種錨具，一種是上拉端錨具，另一種是固定錨具，其中預(yù)應(yīng)力錨具主要應(yīng)用在預(yù)應(yīng)力端面，通過提升拉力的方法，就可以達(dá)到提升橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。因此，鋼絞線和錨具性能和質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，直接決定了預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，在選擇鋼絞線和錨具時(shí)要重點(diǎn)考慮摩擦阻錨固和機(jī)械錨固的性能，從而最大限度上提升預(yù)應(yīng)力橋梁的施工質(zhì)量。

3.3預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析

3.3.1計(jì)算預(yù)應(yīng)力張拉伸長量

預(yù)應(yīng)力道路橋梁施工建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長量的計(jì)算公式為：

公式(2)

從公式(2)中：ΔL表示預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長量(mm)；Pp表示施工中預(yù)應(yīng)力筋張拉的平均值(N)；L表示在預(yù)應(yīng)力筋的總拉升長度(mm)；Ap表示預(yù)應(yīng)力筋的截面積(mm2)；Ep表示預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量(N/mm2)。其中Pp的計(jì)算公式為：

(公式)(3)

公式(3)中，Pp表示施工中預(yù)應(yīng)力筋張拉的平均值(N)；p表示張拉力(N)；x表示張拉端孔道長度(m)；θ表示張拉端到截面曲線孔道切線的夾角；k表示孔道單位偏差對照對張拉摩擦的影響程度；μ表示預(yù)應(yīng)力筋和張拉孔道內(nèi)部的摩擦系數(shù)。在具體張拉過程中，要根據(jù)先對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理選擇，計(jì)算出張拉力，才能有效提升預(yù)應(yīng)力張拉施工的總體質(zhì)量。

3.3.2合理確定參數(shù)

在預(yù)應(yīng)力張拉前，需要進(jìn)行全面的孔道摩擦阻試驗(yàn)，以確定k值和μ值，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理調(diào)整。在張拉力計(jì)算時(shí)，必須確保各項(xiàng)參數(shù)的統(tǒng)一性，比如：孔道和和預(yù)應(yīng)力筋長度二者并無直接的連續(xù)，需要根據(jù)公式1°=π/180進(jìn)行角度和弧度計(jì)算轉(zhuǎn)換[2]。同時(shí)，兩段同時(shí)張拉和單端張拉伸長量的計(jì)算方法和公式也各不相同，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋兩段張拉時(shí)要以橋梁跨中為分界線，并充分分析雙倍預(yù)應(yīng)力筋伸長量的值。但在進(jìn)行單端張拉時(shí)，則要采用分段計(jì)算求和的方法。

3.3.3預(yù)應(yīng)力筋張拉施工

當(dāng)橋梁縱向頂板、底板、腹板等部位混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度8～10天后，才能進(jìn)行張拉施工。具體張拉順序?yàn)椋喊凑辗峙?、分階段進(jìn)行逐次分析。具體張拉時(shí)要嚴(yán)格控制應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，在鋼絞線校核時(shí)，其張拉伸長量要控制作在理論伸長量±6%之內(nèi)。

3.4孔道壓漿施工

當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋張拉錨結(jié)束48h以后才能進(jìn)行孔道壓漿施工，選擇C40以上的混凝土進(jìn)行注漿，確?？椎乐谢炷翝仓拿軐?shí)性，避免孔道中預(yù)應(yīng)力筋法發(fā)生銹蝕而影響橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用年限[3]。在具體壓漿時(shí)，所添加的外加劑和減水劑率需要控制在20%以上，具體而言可以使用復(fù)合型鈣礬石作為混凝土膨脹劑。壓漿施工必須從最低點(diǎn)開始，并確保壓漿的連續(xù)性和勻速性，并打開排氣控制，確?？椎乐械目諝饽茼樌懦?。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

4.1避免管道發(fā)生堵塞

在混凝土澆筑時(shí)，為避免發(fā)生管道堵塞問題，在澆筑時(shí)要盡量避開梁體主筋位置，并用沖擊鉆做開孔處理，并及時(shí)清理波紋管中的水泥漿塊，確保鋼絞線可以順利穿過波紋管。當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，要使用高一等級(jí)的混凝土對孔洞進(jìn)行封堵，常用措施有以下幾種：

第一種，在下料前要全方位細(xì)致檢查，如果發(fā)現(xiàn)波紋管被破壞或者存在缺陷要及時(shí)更換。

第二種，在混凝土澆筑前，全面檢查安裝位置，確保其滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

第三種，在混凝土澆筑前，對波紋管進(jìn)行防護(hù)處理，避免破壞波紋管結(jié)構(gòu)。

4.2合理控制裂縫

在任何涉及到混凝土的工程，都需要對裂縫進(jìn)行全面防治和處理，就本工程而言，在施工晝夜溫差比較大，需要對構(gòu)件內(nèi)外溫度進(jìn)行全面控制，如果溫度過高，則需要應(yīng)用地水化熱的水泥材料，并布置相應(yīng)的冷卻管[4]。而如果溫度過低，則要對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行保溫處理，并嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，待混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，才能拆除模板。并進(jìn)行全面養(yǎng)護(hù)，才能有效避免溫度裂縫對橋梁工程的影響。

4.3按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行張拉

在預(yù)應(yīng)力筋張拉前，要進(jìn)行模塊試驗(yàn)，并根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，確保各項(xiàng)施工都能達(dá)到施工工藝規(guī)范的要求后，才能進(jìn)行張拉操作。如果有一個(gè)條件不滿足，則不能進(jìn)行張拉操作，在張拉前還要對張拉設(shè)備進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，同時(shí)現(xiàn)場施工人員要做好技術(shù)和安全交底工作，避免發(fā)生不規(guī)范情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁施工中的具體應(yīng)用。結(jié)果表明，把預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁施工中，可大幅度提升橋梁工程的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。但在具體施工建設(shè)中，容易發(fā)生混凝土變形開裂、板面和孔道軸線角度不合理、波紋管堵塞、張拉不合理等問題。需要進(jìn)行全面計(jì)算和驗(yàn)算，并選擇正確的施工工藝和材料，才能發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)有的作用和價(jià)值。