預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究

熊鵬　肖妍

摘 要 近年來，我國的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到了迅速發(fā)展，橋梁工程在四通八達(dá)的道路建設(shè)中發(fā)揮了重要的助力作用，具有極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，項(xiàng)目實(shí)施過程中預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁施工過程中是極其關(guān)鍵的部分，通過應(yīng)用合理的預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)能夠保障橋梁工程質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性，延長橋梁結(jié)構(gòu)物的使用年限，同時(shí)對保障道路交通運(yùn)行過程中的整體安全質(zhì)量有著重要的意義。本文結(jié)合在現(xiàn)場施工過程中的實(shí)際問題，對預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁施工過程中的應(yīng)用進(jìn)行研究，旨在提升施工技術(shù)人員對橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的認(rèn)知，推動嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化施工的落地，促使橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)得到切實(shí)性推廣，積極發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)有的價(jià)值，更好地開展工程項(xiàng)目建設(shè)。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù) 橋梁工程 混凝土結(jié)構(gòu)物

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0049-03

1 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)簡述

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在當(dāng)今橋梁建造實(shí)施中已得到大范圍推行和使用，在結(jié)構(gòu)物制作過程中，為抵消在使用過程中與外界產(chǎn)生的應(yīng)力，采用了預(yù)先施加作用力的技術(shù)，由此保證結(jié)構(gòu)物的受力平衡，進(jìn)而促使其的承載能力得以提升。預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是給予結(jié)構(gòu)物對于外部荷載破壞的抗性，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)先的保護(hù)。預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)可以有效提升結(jié)構(gòu)物的力學(xué)特性，減少結(jié)構(gòu)物裂縫、形變等問題產(chǎn)生。同時(shí)橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要適用于受彎構(gòu)件和多跨連續(xù)梁，這樣就能有效節(jié)約工程建造材料，實(shí)現(xiàn)成本管控，優(yōu)化控制橋梁總體的建設(shè)支出。

2 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的分類

對于預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)來說，主要有兩種分類方式：

一是根據(jù)預(yù)應(yīng)力的施加順序進(jìn)行分類，有先張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)和后張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)之分。這里講的先后是針對于混凝土的澆筑時(shí)間來區(qū)分的，采用先張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的需在混凝土澆筑之前就對鋼筋施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，如在臺座上施工的預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板就是采用先張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù);后張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)是在混凝土澆筑之后，達(dá)到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度才對鋼筋施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，目前后張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用場景更多。后張預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的主要特點(diǎn)是可以避免混凝土在預(yù)應(yīng)力筋張拉之前對其產(chǎn)生握裹力，常規(guī)的方式為在混凝土澆筑前鋪設(shè)波紋管，在混凝土構(gòu)件中預(yù)留孔道，或者直接將潤滑脂滿涂于預(yù)應(yīng)力筋的表面，然后用非膠凝材料（如塑料布等）包裹的辦法。

二是根據(jù)施工過程中是否留設(shè)孔道和灌漿進(jìn)行分類，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)之分。針對混凝土構(gòu)件來講，預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉及錨具錨固后，混凝土構(gòu)件受到預(yù)應(yīng)力筋回縮產(chǎn)生的彈性力主要有兩種情況：第一種是預(yù)應(yīng)力筋直接受到混凝土構(gòu)件的握裹，混凝土構(gòu)件承受的回縮產(chǎn)生的彈性力沿預(yù)應(yīng)力筋的長度均勻地分布，通過這種施工技術(shù)形成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。第二種是混凝土構(gòu)件與預(yù)應(yīng)力筋之間除存在部分較小的摩擦力外沒有較大的握裹力，混凝土構(gòu)件受到的預(yù)應(yīng)力筋回縮產(chǎn)生的彈性力主要由預(yù)應(yīng)力筋兩端的錨固端傳遞，通過這種施工技術(shù)就形成了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。同時(shí)，在實(shí)際施工中，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的混凝土構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力筋張拉后都要進(jìn)行灌漿，使預(yù)應(yīng)力筋和混凝土構(gòu)件之間產(chǎn)生牢固的粘結(jié)力。由此可見，兩種施工技術(shù)區(qū)分的“粘結(jié)”指的是混凝土構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力筋之間的粘結(jié)。在工程實(shí)際應(yīng)用中，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)構(gòu)件時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋是和混凝土構(gòu)件彼此結(jié)合共同承載的，受力性能比采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)混凝土構(gòu)件要好，因此在大跨度梁等重要結(jié)構(gòu)物中一般采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，在結(jié)構(gòu)板等次要構(gòu)件一般采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。

3 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

3.1 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用較為常見。眾所周知，在橋梁施工中，混凝土施工不僅是最為基礎(chǔ)性的環(huán)節(jié)，也是最為重要的環(huán)節(jié)，混凝土結(jié)構(gòu)物本身的重量與截面的大小能夠直接影響它的基本性能。通過預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，給混凝土結(jié)構(gòu)物施加一個(gè)初始的壓力，將其保存在結(jié)構(gòu)物之中，使得外加的預(yù)應(yīng)力能夠?qū)ζ渌课怀霈F(xiàn)的應(yīng)力進(jìn)行抵消，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫異常發(fā)生的概率，限制裂縫的展開，提高結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。同時(shí)，合理運(yùn)用預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)可以使得整體建造中混凝土結(jié)構(gòu)物性能加強(qiáng)，彈性和強(qiáng)度都大幅提升，并且不易縮變。在此過程中，通過預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用有效性，可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的荷載能力和質(zhì)量，保障橋梁的使用年限[1]。

3.2 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁加固過程中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁加固施工的應(yīng)用相對復(fù)雜，通常是利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)改變橋梁本身的結(jié)構(gòu)性能，或者采用強(qiáng)化構(gòu)件加大橋梁構(gòu)件的強(qiáng)度。預(yù)先對構(gòu)件施加應(yīng)力，在其內(nèi)部承受壓力的部分形成拉應(yīng)力，使其內(nèi)部承受拉力的部分形成壓應(yīng)力，以便在構(gòu)件受到外力沖擊時(shí)具備良好的抵抗能力，提高梁體承受荷載的能力，實(shí)現(xiàn)橋梁加固的效果。橋梁加固常用的兩種加固的方法為改變構(gòu)件預(yù)應(yīng)力或施加體外預(yù)應(yīng)力。改變構(gòu)件預(yù)應(yīng)力加固的方法是通過強(qiáng)化混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力來提高混凝土構(gòu)件的承載能力;而施加體外預(yù)應(yīng)力加固法則屬于前述的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)范疇，一般采用張拉加固構(gòu)件截面外的預(yù)應(yīng)力筋，通過體外筋

前段及轉(zhuǎn)向促使預(yù)應(yīng)力傳遞給加固構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)橋梁的加固[2]。

3.3 碳纖維在受彎構(gòu)件中的應(yīng)用

橋梁工程跨度通常較大，為滿足跨度需求，受彎構(gòu)件有著重要地位，同時(shí)此種建造模式下對于結(jié)構(gòu)的抗彎強(qiáng)度要求極為嚴(yán)苛。為滿足抗彎強(qiáng)度的需要，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，大型鋼筋混凝土箱梁、T梁、工形梁等得到了廣泛的應(yīng)用。但是這些特殊化構(gòu)件內(nèi)會出現(xiàn)應(yīng)力集中化的區(qū)域，在這此種情形下，混凝土構(gòu)件受到的應(yīng)力較大，為了提升加固構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，以及提升構(gòu)件的韌度和穩(wěn)定性，在綜合考慮成本方面的支出后，通過采用在構(gòu)件應(yīng)力集中處粘接碳纖維片或構(gòu)件采用碳纖維混凝土等方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，這種碳纖維材料的強(qiáng)度較高，而且施工便利，可以有效提升構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，使得構(gòu)件在力學(xué)性能上的載荷能力優(yōu)勢明顯，同時(shí)達(dá)到節(jié)約成本的目的。目前采用在粘接碳纖維片的工藝較為簡單，在實(shí)際施工場景中應(yīng)用較廣。在受彎構(gòu)件中將預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)與碳纖維材料技術(shù)相匹配，通過兩者優(yōu)勢的結(jié)合及所發(fā)揮的效力作用，促使兩者優(yōu)勢予以聚集，將其應(yīng)用價(jià)值發(fā)揮到極致，提升了橋梁工程項(xiàng)目質(zhì)量的可靠性[3]。

3.4 多跨連續(xù)梁中的應(yīng)用

在橋梁梁體施工中采用混凝土多跨連續(xù)梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式較為普遍，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，梁體同時(shí)存在正彎矩和負(fù)彎矩。以筆者單位實(shí)施的采用分節(jié)懸臂法進(jìn)行對稱式施工的長河壩大橋?yàn)槔趹冶蹖ΨQ施工、中跨合攏、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)整聯(lián)等階段，會涉及預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)還要考慮分節(jié)懸臂施工。預(yù)應(yīng)力張拉采用分段進(jìn)行，各分節(jié)懸臂段的長度按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行劃分，在各分節(jié)懸臂段不同位置設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的鋼束數(shù)量不同，在部分中間節(jié)段塊也需及時(shí)張拉設(shè)置錨固端，待混凝土澆筑到該節(jié)段塊時(shí)，此處有錨固端鋼絞線的時(shí)候就要張拉此部分的鋼絞線。因體系轉(zhuǎn)換，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的布置需結(jié)合受力特點(diǎn)，在0#塊附件考慮負(fù)彎矩荷載，在跨中塊段考慮正彎矩荷載，因此采用此類施工方法對梁體的抗剪和抗彎承載能力要求很高。同時(shí)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在多跨連續(xù)梁施工中，要提升梁體的穩(wěn)定性和安全性，并在施工前做好細(xì)化性、完善性的預(yù)案，合理統(tǒng)籌規(guī)劃技術(shù)和資源，面對突發(fā)情況時(shí)，才能夠以不變應(yīng)萬變，進(jìn)而達(dá)到夯實(shí)梁體施工質(zhì)量的目的。

4 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)質(zhì)量管控要點(diǎn)

4.1 穿束工藝管控要點(diǎn)

在采用預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線長度往往較長，橋梁施加預(yù)應(yīng)力的穿束施工環(huán)節(jié)中，對于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的要求較為嚴(yán)苛，在預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束前，合理計(jì)算規(guī)劃預(yù)應(yīng)力鋼絞線的下料長度，嚴(yán)格地按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化要求去作業(yè)。同時(shí)因預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量過多，連續(xù)梁體穿束的施工難度必將處于加重的情形，因此應(yīng)采用每根鋼絞線逐根穿入的方式進(jìn)行，減少鋼絞線交纏異常發(fā)生概率，盡可能地保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束的施工質(zhì)量，同時(shí)在穿束施工前，對錨孔和預(yù)應(yīng)力鋼絞線逐一進(jìn)行檢查編號，然后依次將鋼絞線穿過梁體。在鋼絞線穿束過程中，根據(jù)其穿束位置的不同采用不同的限制性措施避免鋼絞線出現(xiàn)纏繞[4]。

4.2 鋼絞線張拉管控要點(diǎn)

在橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉是整個(gè)施工技術(shù)中最重要的一環(huán)。在預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉過程中，需重點(diǎn)關(guān)注避免預(yù)應(yīng)力鋼絞線在張拉過程中纏繞的問題。同時(shí)，應(yīng)控制預(yù)應(yīng)力的張拉范圍，針對預(yù)應(yīng)力鋼絞線的形變收縮等環(huán)節(jié)采取有效的管控舉措，采用合格的張拉設(shè)備，準(zhǔn)確地把握外部張拉力度，滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)要求，使得預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉長度不超出合理的設(shè)計(jì)范圍。在預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，檢查鋼絞線的質(zhì)量，在確保沒有斷點(diǎn)與內(nèi)傷且預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)完整后，才可進(jìn)行后續(xù)的施工。在預(yù)應(yīng)力張拉施加前，需在梁體施加預(yù)應(yīng)力處預(yù)先布置加強(qiáng)筋預(yù)埋，防止因預(yù)應(yīng)力施加對梁體產(chǎn)生的破壞。

4.3 錨具及其錨固管控要點(diǎn)

在橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用中，錨具及其錨固對預(yù)應(yīng)力是否成功施加于結(jié)構(gòu)體內(nèi)起著關(guān)鍵性作用。錨具及其錨固的施工技術(shù)水平是影響橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全的關(guān)鍵之點(diǎn)。在實(shí)際現(xiàn)場實(shí)施中應(yīng)確保錨具質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，對錨具進(jìn)行錨固的施工過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督管理。由于先張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)和后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的區(qū)別，在實(shí)際施工過程中，應(yīng)選取相適的錨具后，預(yù)應(yīng)力錨固的作用才能夠切實(shí)性地發(fā)揮出來。尤其是后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，對于錨具要求十分嚴(yán)苛，較多采用摩阻錨固、機(jī)械錨固兩類錨具。同時(shí)還需準(zhǔn)確地對錨墊位置和方向進(jìn)行計(jì)算，使其能夠與設(shè)計(jì)圖紙相匹配，滿足施工設(shè)計(jì)規(guī)范要求。同時(shí)為保證錨具曲面的精度和平滑度，在張拉過程中不能壓到鋼絞線，要提前對錨具進(jìn)行一定打磨加工處理。

4.4 孔道壓漿管控要點(diǎn)

在預(yù)應(yīng)力鋼絞線完成穿束后，需采用局部粘結(jié)的方法固定體外錨索，避免鋼絞線出現(xiàn)移動。在孔道壓漿前，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，壓漿施工通常需要在預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后的24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)孔道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和壓漿設(shè)備等來確定砂漿的配合比，避免在壓漿施工的過程中額外加水的情形出現(xiàn)。在施工過程中應(yīng)注意避免壓漿孔道出現(xiàn)油污，孔道內(nèi)不能有積水。同時(shí)在孔道壓漿的過程中，一定要保證壓漿設(shè)備的連續(xù)工作，當(dāng)排漿管處于關(guān)閉時(shí)，壓漿泵也必須保持持續(xù)工作的狀態(tài)。在排漿管關(guān)閉的狀態(tài)下，如果漿體壓力沒有出現(xiàn)明顯下降的趨勢，就可以將壓漿管關(guān)閉[5]。壓漿后要按照氣溫情況，在漿體凝固前對管道進(jìn)行清潔和沖洗。在施工過程中，應(yīng)規(guī)范壓漿施工操作流程、加強(qiáng)現(xiàn)場管理，以期取得最佳的施工效果。

5 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用需注意的問題

應(yīng)用預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)于橋梁工程施工中，需注重預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)的問題，要對這些問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出解決方案，以此確保預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在橋梁建造工程中充分發(fā)揮作用。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工情況，主要存在的問題原因和解決方案如下：

一是波紋管容易阻塞，出現(xiàn)這一問題主要是因?yàn)橛糜谥圃觳y管的鋼材質(zhì)量剛度與強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，且管壁厚薄不均，在施工中極容易被損壞，鋼絞線因澆筑混凝土進(jìn)入堵塞波紋管后穿過較為困難。解決方案為采用高標(biāo)準(zhǔn)鋼材制作的波紋管，從到場成品中抽查材料和質(zhì)量，確保波紋管強(qiáng)度與剛度的達(dá)標(biāo)，符合相應(yīng)要求。已經(jīng)發(fā)生阻塞的，可根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋曲線坐標(biāo)，準(zhǔn)確找出波紋管孔道堵塞的位置，直接用沖擊鉆鉆開孔并將阻塞物清理干凈[6]。

二是預(yù)應(yīng)力筋斷絲問題，出現(xiàn)這一問題首先是因?yàn)閺埨^度而造成的，解決方案為及時(shí)對預(yù)應(yīng)力筋斷絲是否超出允許范圍進(jìn)行評判，在允許范圍內(nèi)則繼續(xù)進(jìn)行張拉，如果超出允許范圍，則需要馬上換掉鋼絞線后再進(jìn)行張拉;其次是鋼絞線存在銹蝕而引發(fā)的，解決方案為針對預(yù)應(yīng)力筋銹蝕問題，積極落實(shí)防腐蝕工作，避免材料儲存過程中的損失。

6 結(jié)語

在當(dāng)今橋梁工程項(xiàng)目迅猛發(fā)展的趨勢下，預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)得到了更加成熟的發(fā)展及提升。同時(shí)，在該技術(shù)應(yīng)用過程中還有著較多的問題，需要深入地進(jìn)行重點(diǎn)研究，依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，發(fā)揮各項(xiàng)新技術(shù)的優(yōu)勢，使得預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)得到進(jìn)一步的完善，助力于道路橋梁的建設(shè)，為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮出重要的作用。

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