預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的常見問題及解決對策

張健

中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司 遼寧遼陽 111000

隨著這種轉(zhuǎn)變，對中國公路橋梁施工工藝提出了新要求，一方面，需要在研發(fā)設(shè)計(jì)方面優(yōu)化資源配置；另一方面，應(yīng)該以公路橋梁施工項(xiàng)目為準(zhǔn)，制訂與其施工工藝配套的標(biāo)準(zhǔn)化管理方案。以預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用為例，應(yīng)該按照具體的立項(xiàng)項(xiàng)目，遵循施工建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈條的基本流程，嚴(yán)格設(shè)計(jì)施工方案、合理選用施工工藝、細(xì)致篩選施工材料、科學(xué)推進(jìn)施工建設(shè)、配套實(shí)施施工質(zhì)量控制等。下面以此為出發(fā)點(diǎn)對主題展開探討。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)相關(guān)概述

什么是預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先對其在外荷載作用下的受拉區(qū)施加壓應(yīng)力，以改善結(jié)果使用的性能的結(jié)構(gòu)形式。通俗一點(diǎn)的說法就是建筑中增加少量鋼筋，大梁承載力翻倍，這就叫預(yù)應(yīng)力。比如橋梁中的梁，由于梁所受的自重和外荷載絕大部分方向向下，所以梁在投入工作時(shí)，必然會產(chǎn)生上部收縮和下部拉伸的變形，即梁的上部受壓下部受拉。預(yù)應(yīng)力就是在梁投入使用之前，人為地在梁下部施加壓力，使得梁下部受壓，上部受拉。這樣，梁在投入工作時(shí)，就能提高承載能力。從20世紀(jì)50年代開始，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中開始使用，到20世紀(jì)80年代，該技術(shù)在路橋施工中開始被推廣并得到廣泛的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅適用于新建道路橋梁施工，還可以適用于舊結(jié)構(gòu)的加固、山體邊坡等加強(qiáng)錨固、大型構(gòu)件提升和頂推施工等多方面施工。而且該技術(shù)能夠節(jié)省結(jié)構(gòu)物的施工材料，結(jié)構(gòu)物使用壽命長，抗?jié)B能力和抗裂水平較強(qiáng)，并且施工工藝便捷、結(jié)構(gòu)形式簡單、設(shè)計(jì)安全可靠等優(yōu)勢[1]。

2 預(yù)應(yīng)力施工的常見問題分析

第一，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件斷裂。斷裂的發(fā)生概率較高，此現(xiàn)象的出現(xiàn)與外力作用不合理有密切關(guān)聯(lián)。隨著外力的增加，當(dāng)其超過預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件的極限強(qiáng)度時(shí)，構(gòu)件將出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，對橋梁的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。第二，張拉力失控或預(yù)應(yīng)力損失過大。施工人員未按照規(guī)范將相關(guān)工作落實(shí)到位，例如張拉力偏離設(shè)計(jì)要求、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形成的穩(wěn)固效應(yīng)較差，加之外部因素的作用，極易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)崩塌等問題。例如，為加快工期，構(gòu)件混凝土采用早強(qiáng)劑或提高混凝土配置比強(qiáng)度，一般3-4d混凝土強(qiáng)度即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上，有的甚至達(dá)到95%以上，在梁體混凝土澆筑3-4d后開始張拉。在此齡期內(nèi)混凝土的收縮和徐變并未完成，隨著齡期的增加，引起的預(yù)應(yīng)力損失過大，且會導(dǎo)致張拉后梁體反拱度過大。第三，預(yù)應(yīng)力管道堵塞。施工中未嚴(yán)格依據(jù)規(guī)劃圖紙進(jìn)行鋼筋管道的裝置和定位，管道出現(xiàn)曲折、歪曲、松動(dòng)等現(xiàn)象；波紋管質(zhì)量問題或施工時(shí)波紋管接頭未密封等原因?qū)?dǎo)致橋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋管道經(jīng)常出現(xiàn)阻塞情況，使鋼絞線穿索時(shí)不能順利通過或勉強(qiáng)通過，嚴(yán)重影響鋼絞線的張拉效果，使預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)際張拉長度與理論計(jì)算長度出現(xiàn)很大差距，進(jìn)而影響工程質(zhì)量，此現(xiàn)象在后張法構(gòu)件中體現(xiàn)得更為明顯。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的要點(diǎn)分析

3.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線

根據(jù)施工現(xiàn)場需求，選用科學(xué)、合理的鋼絞線類型，對鋼絞線的位置、布局等進(jìn)行合理地布置，以提高工程的施工質(zhì)量。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對鋼絞線的銹蝕問題進(jìn)行綜合分析，制定防銹措施。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程施工狀況對鋼絞線下料長度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，對鋼絞線進(jìn)行切割的過程中，必須合理選擇砂輪切割機(jī)型號。完成切割工作后，技術(shù)人員還要嚴(yán)格檢查切割結(jié)果，判定其是否滿足要求。預(yù)應(yīng)力鋼筋的施工過程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行施工，同時(shí)要重視鋼筋安裝工序，首先對鋼筋進(jìn)行焊接處理，然后在此基礎(chǔ)之上搭接預(yù)應(yīng)力鋼筋，從而保證鋼筋的整體強(qiáng)度[2]。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨具

預(yù)應(yīng)力錨具適用于工程建設(shè)過程中，混凝土預(yù)應(yīng)力張拉用的錨具。一般在橋梁施工中經(jīng)常用到，預(yù)先安裝好定位，然后澆筑混凝土，埋在混凝土的兩端，也就是波紋管的兩個(gè)端頭，是為了張拉時(shí)千斤頂?shù)姆€(wěn)定作用而設(shè)置的端面。錨具可以分類賬拉端錨具和固定高端錨具兩類，需要針對現(xiàn)場施工的實(shí)際情況來選擇適宜的錨具，保證施工進(jìn)展有效進(jìn)行。以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，由專員完成預(yù)應(yīng)力鋼筋管道的安裝作業(yè)，保證位置的準(zhǔn)確性和管道的通暢性，避免管道偏位或堵塞現(xiàn)象。因?yàn)殄^具、管道均是公路橋梁中較為重要的裝置，且各自的性能將對橋梁質(zhì)量造成明顯的影響。對此，需提前組織設(shè)計(jì)工作，保證所用錨具和管道均具有可行性。一是充分關(guān)注錨固連接問題，以實(shí)際建設(shè)條件和工程質(zhì)量要求為準(zhǔn)，從技術(shù)可行性、施工安全性、便捷性等角度展開對比分析，選擇合適的平錨；二是加強(qiáng)對錨點(diǎn)的測量，掌握其位置和標(biāo)高，若不滿足要求則及時(shí)調(diào)整。

3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉

從當(dāng)前大數(shù)據(jù)分析結(jié)果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，公路橋梁施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，存在結(jié)構(gòu)張拉不易控制的問題。導(dǎo)致該問題發(fā)生的原因，主要集中于預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉技術(shù)施工應(yīng)用方面。因此，作為關(guān)鍵施工部分，需要對預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)加強(qiáng)分析。具體而言，該技術(shù)應(yīng)用中需要做好方法區(qū)分，按照施工要求選擇先張拉法或后張拉法；再根據(jù)施工工藝要求選用匹配的工具。以后張拉法為例，其中對錨具的選擇，如機(jī)械錨固類錨具的選擇就十分關(guān)鍵（或者選用摩阻錨固類錨具）。通常選擇工具時(shí)應(yīng)該遵循綜合評估，如單根或多根鋼絞線應(yīng)用方面，宜以機(jī)械錨固類錨具為準(zhǔn)。對于相對復(fù)雜的公路橋梁施工部分，根據(jù)實(shí)際需求。則宜選擇施工操作難度相對較大的摩阻類錨具。由于當(dāng)前公路橋梁施工中應(yīng)用了“產(chǎn)業(yè)鏈思維”，在實(shí)際應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉技術(shù)時(shí)，應(yīng)該將張拉施工準(zhǔn)備工作、施工安裝工作、施工質(zhì)量檢測工作統(tǒng)一起來，實(shí)施系統(tǒng)性管理，化解應(yīng)用難題[3]。

3.4 灌注漿液

將制備好的漿料倒入儲漿罐并引至灌漿泵中，先從泵口打出小部分漿料，當(dāng)濃度與泵內(nèi)的濃度完全一致時(shí)，便可將泵關(guān)閉，然后將泵的高壓橡膠管一端接至孔道灌漿管上，綁扎牢靠。開啟灌漿閥門，啟動(dòng)灌漿泵向孔道進(jìn)行灌漿，該過程若是無特殊原因，則應(yīng)保持連續(xù)灌注且不得中斷。在灌漿壓力達(dá)到0.8MPa時(shí)，可持續(xù)2-3min，當(dāng)水汽全部排出、漿液飽滿密實(shí)后，便可停止灌注。拆除掉外接的管路，對灌漿泵、攪拌機(jī)等設(shè)備進(jìn)行清洗。孔道壓漿過程中，需注意以下事項(xiàng)：為確保灌漿施工有序進(jìn)行，應(yīng)對灌漿管進(jìn)行優(yōu)選，以高強(qiáng)度橡膠管為首選，抗壓能力應(yīng)在1.0MPa以上，確保在壓力灌漿時(shí)，不會出現(xiàn)破裂的情況；管口綁扎應(yīng)牢靠，以免灌漿時(shí)脫管；嚴(yán)格按照配合比對漿料進(jìn)行制備，在引入灌漿泵前，對漿料進(jìn)行過篩處理；從漿液制備好到灌注完畢的整個(gè)過程應(yīng)控制在45min內(nèi)完成；當(dāng)灌注施工中途需要換管道時(shí)，應(yīng)使灌漿泵保持運(yùn)行狀態(tài)，從而確保其中的漿料能夠循環(huán)流動(dòng)，避免凝固。當(dāng)孔道灌漿結(jié)束后，應(yīng)對錨具進(jìn)行清理，并對其外圍的混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，隨后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，對外透露的錨頭進(jìn)行封錨處理。在澆筑封錨混凝土?xí)r，應(yīng)選擇與箱梁標(biāo)號相同的混凝土，嚴(yán)格按照施工規(guī)范的要求進(jìn)行操作，保證封錨質(zhì)量。

3.5 應(yīng)力控制

公路橋梁工程應(yīng)力控制主要包括應(yīng)力監(jiān)測和應(yīng)力監(jiān)測布置兩大方面內(nèi)容。在應(yīng)力監(jiān)控監(jiān)測過程中，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對預(yù)應(yīng)力公路橋梁工程箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，密切關(guān)注截面正應(yīng)力值大小在公路橋梁工程施工工序完成后的變化情況，確保預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋梁結(jié)構(gòu)箱梁截面正應(yīng)力變化值符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，由于鋼筋混凝土材料具備非均勻性和復(fù)雜性，且容易受到混凝土結(jié)構(gòu)模型材料選取、施工工序調(diào)換甚至外界環(huán)境條件影響，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)分析中箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力值與設(shè)計(jì)應(yīng)力值很難吻合，因此，應(yīng)借助精確度較高的傳感元件，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測、誤差分析和誤差處理等手段，使預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋梁結(jié)構(gòu)測試應(yīng)力值盡可能接近結(jié)構(gòu)應(yīng)力值真實(shí)狀態(tài)，準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化過程，以保證各施工階段橋梁梁體應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全[4]。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工質(zhì)量控制措施

4.1 材料、設(shè)計(jì)管理

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用與公路工程中材料的質(zhì)量狀況是否良好密切相關(guān)，而預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用又與結(jié)構(gòu)的可靠性密切相關(guān)。所以要實(shí)現(xiàn)公路橋梁建設(shè)目標(biāo)，提高預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工質(zhì)量水平，必須對材料進(jìn)行質(zhì)量管理。如采取下列措施：建立切實(shí)可行的材料質(zhì)量管理機(jī)制并落實(shí)到位，選用性能可靠的鋼絞絲，以提高預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工應(yīng)用的質(zhì)量，為預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工應(yīng)用提供專業(yè)支持，充分發(fā)揮其在公路橋梁施工中的實(shí)際作用，保證其結(jié)構(gòu)應(yīng)用狀況良好，更好地體現(xiàn)其使用價(jià)值。全面檢查有關(guān)材料，以提供專業(yè)保證，提高預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工的質(zhì)量并發(fā)揮加固作用，使公路橋梁結(jié)構(gòu)施工保持在較高水平。梁端布筋設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮張拉過程中產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中，增加橫向分布的鋼筋數(shù)或螺紋筋，適當(dāng)增加封錨端混凝土和梁端混凝土的幾何尺寸，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，從而為公路橋梁按期施工，提高其使用質(zhì)量等提供依據(jù)。

4.2 做好監(jiān)督質(zhì)檢工作

首先，為保證公路橋梁施工質(zhì)量，必須配有專業(yè)的監(jiān)理隊(duì)伍，對施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。在橋面施工前，技術(shù)人員應(yīng)仔細(xì)察看設(shè)計(jì)圖紙，掌握有關(guān)資料，反復(fù)檢查施工材料，仔細(xì)檢查施工設(shè)備是否存在異常，規(guī)范施工程序，嚴(yán)格把關(guān)。其次，每一步施工結(jié)束后，都要進(jìn)行嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即采取措施進(jìn)行處理。每道工序的連接過程必須及時(shí)進(jìn)行科學(xué)的質(zhì)量評定，并根據(jù)客觀數(shù)據(jù)判斷預(yù)應(yīng)力過程的處理效果，后續(xù)工序的處理必須在預(yù)應(yīng)力達(dá)到工藝要求后再進(jìn)行。另外，監(jiān)理組應(yīng)及時(shí)與施工單位溝通，全面掌握現(xiàn)場情況。不定期抽查施工過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，對不符合要求的及時(shí)提出并解決問題，為公路橋梁的整體質(zhì)量打下基礎(chǔ)。項(xiàng)目竣工驗(yàn)收時(shí)，必須嚴(yán)格按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和程序進(jìn)行驗(yàn)收。

4.3 注意施工安全

預(yù)應(yīng)力施工要按照質(zhì)量管理與控制的相關(guān)要求，避免無關(guān)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場，施工前要對張拉設(shè)備進(jìn)行檢查與分析，施工人員按要求佩戴施工護(hù)具，按要求進(jìn)行張拉，同時(shí)做好高空作業(yè)安全管理工作，在施工過程中如果出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止施工。預(yù)應(yīng)力張拉前，要按施工規(guī)范要求對臺座、橫梁等關(guān)鍵部位的承受力進(jìn)行檢測分析，確保符合張拉要求，壓漿時(shí)，按要求對孔道進(jìn)行抗壓檢測，在施加壓力前，調(diào)整安全閥；施工人員要按照相關(guān)規(guī)范要求操作。張拉工作完成后，做好張拉后的安全防護(hù)，保證施工的張拉力合理，同時(shí)，按要求設(shè)置圍護(hù)和擋板，避免出現(xiàn)意外事故。

4.4 多跨連續(xù)梁應(yīng)用

連續(xù)梁屬于多余約束結(jié)構(gòu)，某工程中有2座中橋，根據(jù)實(shí)際施工需要配套設(shè)計(jì)了多跨連續(xù)梁方案，具體施工中關(guān)聯(lián)到“抗彎承載力”和“抗剪承載力”問題，由于施工中存在承載力方面的不達(dá)標(biāo)問題，配套應(yīng)用了加固處理方案，具體如下。首先，在受彎構(gòu)件應(yīng)用部位，使用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，加強(qiáng)了受彎構(gòu)件的承載力。其次，通過預(yù)應(yīng)用力混凝土澆筑施工，確保了結(jié)構(gòu)方面的抗剪承載力；為了化解施工承載力偏差問題，同時(shí)采用碳纖維材料進(jìn)行了粘貼加固，從而保障了正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)的承載力。另外，由于多跨連續(xù)梁方面的預(yù)應(yīng)力應(yīng)用相對復(fù)雜，因此，應(yīng)該做好技術(shù)配套應(yīng)用。比如，對于混凝土連續(xù)梁施工關(guān)鍵技術(shù)的指標(biāo)化管理，以及在總結(jié)構(gòu)上安裝鋼束時(shí)的張拉次序等。以某施工為例，其中就嚴(yán)格按照工藝要求采用了如下張拉次序，分別通過“第一批鋼束—縱梁鋼束—橫梁剩余鋼束”完成了安裝施工。再如，施工掛籃的選型、應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上所述，高速公路作為交通運(yùn)輸業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到人們的生產(chǎn)生活，因此，應(yīng)研究更先進(jìn)、更科學(xué)的施工技術(shù)。在高速公路橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力施工是一項(xiàng)較先進(jìn)的技術(shù)，不僅能提高橋梁施工效率，而且能提高橋梁工程后期使用的安全性。在路橋工程建設(shè)中，還需要關(guān)注不同環(huán)節(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，保證公路橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全，以提高公路橋梁整體水平。