公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

王起龍

(中交一公局第三工程有限公司，北京 101102)

0 引 言

在公路橋梁結(jié)構(gòu)中進(jìn)行預(yù)應(yīng)力工程施工，主要是指在原有橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，改進(jìn)或完善橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能。在實(shí)際施工中，考慮到公路橋梁的承載性與負(fù)荷作用力完全取決于其結(jié)構(gòu)偏差承載的數(shù)量，而預(yù)應(yīng)力技術(shù)與此項(xiàng)工程的對(duì)接，可以通過(guò)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁建筑結(jié)構(gòu)承載力與質(zhì)量的提升[1]。為了提高橋梁結(jié)構(gòu)在竣工后的承載力，保證整體結(jié)構(gòu)在使用中的穩(wěn)定性，本文將結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)在其中的應(yīng)用，進(jìn)行公路橋梁施工的研究。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是我國(guó)公路橋梁工程施工中的常用技術(shù)，通常被應(yīng)用在橋梁彎曲構(gòu)件施工中、橋梁加固設(shè)計(jì)施工中、多跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中、結(jié)構(gòu)裂縫施工中。下文將根據(jù)技術(shù)在對(duì)應(yīng)方面中的應(yīng)用，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工特點(diǎn)的分析。

當(dāng)此項(xiàng)技術(shù)在橋梁彎曲構(gòu)件施工中應(yīng)用時(shí)，技術(shù)的首要優(yōu)勢(shì)為提高橋梁結(jié)構(gòu)承載力，防止結(jié)構(gòu)由于混凝土壓力過(guò)高出現(xiàn)極限應(yīng)變的問(wèn)題，進(jìn)一步提升彎曲構(gòu)件的極限承載能力與極限拉應(yīng)力。

當(dāng)此項(xiàng)技術(shù)在橋梁加固設(shè)計(jì)施工中應(yīng)用時(shí)，技術(shù)的首要優(yōu)勢(shì)為提高公路橋梁結(jié)構(gòu)的使用年限[2]。通常情況下，施工方會(huì)通過(guò)對(duì)應(yīng)變?cè)隽康恼{(diào)控，進(jìn)行鋼筋強(qiáng)度的提升，確保結(jié)構(gòu)中構(gòu)件達(dá)到極限承載力時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力的分散，避免結(jié)構(gòu)坍塌。

當(dāng)此項(xiàng)技術(shù)在多跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用時(shí)，產(chǎn)生的作用力可以分為正彎受力與負(fù)彎矩受力，此時(shí)將預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為支撐，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程中薄弱區(qū)域的穩(wěn)定處理[3]。

當(dāng)此項(xiàng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)裂縫施工中應(yīng)用時(shí)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土可塑性的提升，也可以避免結(jié)構(gòu)受到環(huán)境影響再次出現(xiàn)裂縫。

通過(guò)上述分析可知，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程施工中應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。

2 公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 張拉施工

在確定應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)后公路橋梁的施工特點(diǎn)基礎(chǔ)上，首先針對(duì)其張拉施工進(jìn)行設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)張拉施工相比，在引入預(yù)應(yīng)力技術(shù)后，通過(guò)其各參數(shù)的變化可以更加準(zhǔn)確地反映張拉力的伸長(zhǎng)量，根據(jù)張拉力具體數(shù)值及時(shí)對(duì)誤差進(jìn)行校核，從而實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)張。為提高工程施工質(zhì)量，本文引入現(xiàn)代化技術(shù)完成張拉施工，圖1為張拉施工工作狀態(tài)示意圖。

圖1 張拉施工工作狀態(tài)示意圖

按照?qǐng)D1所示的內(nèi)容，將兩個(gè)預(yù)應(yīng)力張拉儀連接在梁體的兩端，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于傳統(tǒng)張拉施工當(dāng)中的千斤頂油泵。該裝置的安裝能夠?yàn)榍Ы镯斕峁└涌煽壳曳€(wěn)定的動(dòng)力，同時(shí)根據(jù)計(jì)算機(jī)傳輸?shù)闹噶钅軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)作指令的實(shí)時(shí)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)張拉施工的精準(zhǔn)控制。在具體施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采用施加張拉應(yīng)力的方式完成張拉施工[4]。這種施工方式能夠?qū)崿F(xiàn)鋼絞線的對(duì)稱施工，并確保兩個(gè)頂端的黏結(jié)長(zhǎng)度相同。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)千斤頂?shù)耐綇埨?，在上述設(shè)置的2個(gè)預(yù)應(yīng)力張拉儀裝置上安裝功率相同的油泵裝置。在張拉的過(guò)程中，利用上位機(jī)發(fā)出張拉指令，并由預(yù)應(yīng)力張拉儀接收后，控制2臺(tái)張拉儀設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)，并進(jìn)入到相同的工作狀態(tài)當(dāng)中。除此之外，在整個(gè)施工過(guò)程中，都需要利用計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)傳感器裝置反饋的信息進(jìn)行獲取并識(shí)別，確保其信息參數(shù)變化始終同步，以此達(dá)到保證2臺(tái)張拉儀能夠始終保持相同運(yùn)行頻率的目的[5]。在實(shí)際開展張拉施工之前，還需要對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)的規(guī)格、形狀等進(jìn)行檢查，確保預(yù)應(yīng)力筋孔道當(dāng)中沒(méi)有堵塞，保證孔道位置的合理性，以此進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。

2.2 封錨施工

在完成張拉施工后，還需要對(duì)公路橋梁的梁體進(jìn)行封錨處理，完成澆筑施工過(guò)程。在這一過(guò)程中，需要對(duì)承壓板表面以及錨環(huán)內(nèi)部雜物進(jìn)行清理，確保其表面的潔凈。在各個(gè)結(jié)構(gòu)的交縫、墊板位置上需要涂抹適量防水材料，以此保證各個(gè)結(jié)構(gòu)都能夠具備良好的防水性，避免在后續(xù)公路橋梁投入使用過(guò)程中受到雨水或河水的侵蝕。在完成上述所有檢查，并確保各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求的基礎(chǔ)上，開展封錨施工工作。為了提高混凝土結(jié)構(gòu)接縫質(zhì)量，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑿毛處理，并根據(jù)公路橋梁施工需要完成對(duì)鋼筋網(wǎng)片的焊接處理[6]。根據(jù)一般公路橋梁施工情況，在封錨的過(guò)程中，采用強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土材料。在完成上述施工操作后，還需要對(duì)這一部分使用的混凝土材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，將聚氨酯材料涂抹在各個(gè)結(jié)構(gòu)的連接縫上，以此達(dá)到防水的目的，進(jìn)一步提高公路橋梁整體的防水性。

2.3 穿索與壓漿施工

由于不同公路橋梁的施工要求以及施工環(huán)境不同，在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況，從公路橋梁跨中轉(zhuǎn)向位置、墩頂導(dǎo)向槽等結(jié)構(gòu)上完成穿索施工。在完成穿索施工后，開展對(duì)公路橋梁的壓漿施工，壓漿前需要按照工程實(shí)際需要，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行選擇，并完成對(duì)壓漿方式和孔道結(jié)構(gòu)的選擇，確定水泥漿的配合比[7]。根據(jù)公路橋梁施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，壓漿漿液應(yīng)當(dāng)滿足以下幾方面條件：第一，漿液在初始狀態(tài)下的流動(dòng)度應(yīng)當(dāng)控制在12～15 s；第二，水膠比應(yīng)當(dāng)控制在0.25～0.29；第三，泌水率應(yīng)為0。同時(shí)，水的用量精度應(yīng)當(dāng)控制在±1.0%范圍以內(nèi)。在制備壓漿材料的過(guò)程中，壓漿料攪拌機(jī)械的最小轉(zhuǎn)速需要超過(guò)1 000 r/min。圖2為公路橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工流程示意圖。

圖2 公路橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工流程示意圖

在進(jìn)行壓漿施工的過(guò)程中，按照?qǐng)D2所示流程完成操作，能夠讓全部漿液在由預(yù)應(yīng)力管道、連接管道以及壓漿儀等結(jié)構(gòu)構(gòu)成的回路中實(shí)現(xiàn)持續(xù)循環(huán)，以此達(dá)到排除管道內(nèi)部空氣、水分和雜質(zhì)的目的[8]。與以往施工不同，按照本文上述內(nèi)容進(jìn)行壓漿施工，在管道的進(jìn)口處和出口處設(shè)置高精度的傳感器裝置，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)漿口和出漿口漿液流量、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，圖3為壓漿參數(shù)信息反饋示意圖。

圖3 壓漿參數(shù)信息反饋示意圖

根據(jù)圖3所示內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓漿參數(shù)信息的實(shí)時(shí)反饋，從而根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓漿壓力和流量的調(diào)控，保證漿液質(zhì)量、壓漿壓力。

2.4 鋼絞線施工

在預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中，鋼絞線施工是其重要的施工環(huán)節(jié)，在具體實(shí)施時(shí)需要結(jié)合上述各個(gè)施工環(huán)節(jié)以及相關(guān)因素，在鋼絞線選型時(shí)確定其最大荷載量。在具體施工過(guò)程中根據(jù)導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)、橫梁結(jié)構(gòu)等，確定鋼絞線的安裝位置。若上述結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖紙要求之間出現(xiàn)偏差，則會(huì)直接影響到鋼絞線的施工質(zhì)量，更會(huì)間接影響到公路橋梁整體施工的質(zhì)量，進(jìn)而使得其受到的擠壓強(qiáng)度增加，影響施工安全性。針對(duì)上述問(wèn)題，在實(shí)際施工中，需要明確鋼絞線的具體預(yù)埋深度，并保證在橫肋結(jié)構(gòu)平整的條件下，對(duì)鋼絞線進(jìn)行安裝。在進(jìn)行上述張拉施工的過(guò)程中，為了防止其表面的油脂以及其他雜物對(duì)施工效果造成影響，還需要對(duì)鋼絞線表面進(jìn)行定期清理，以此提高鋼絞線安裝的穩(wěn)定性。在對(duì)鋼絞線的黏結(jié)帶進(jìn)行處理時(shí)，需要按照穿束施工的具體情況，對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行選擇，避免由于受力影響而造成鋼絞線安裝垂度出現(xiàn)問(wèn)題，以保證橋梁兩端黏結(jié)帶的黏握力能夠始終保持平衡狀態(tài)。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工效果

為了證明上文設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用方案在具體工程項(xiàng)目中的可行性，應(yīng)在完成應(yīng)用方案的具體設(shè)計(jì)后，參照提出的施工方法，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工效果的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的最好辦法為將提出方法與某真實(shí)的工程項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行對(duì)接，本文選擇的公路橋梁施工項(xiàng)目為該地區(qū)政府支持的項(xiàng)目。該工程項(xiàng)目在市政工程項(xiàng)目中屬于跨年類項(xiàng)目，公路橋梁的跨度為(80.0+80.0+48.0)m，此類結(jié)構(gòu)屬于單相似類結(jié)構(gòu)，橋梁主體結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式為變截面形式。在本次研究的施工項(xiàng)目中，橋梁箱頂部的寬度約為12.0 m，底部的寬度約為7.0 m，橋梁底板的厚度在35.0～95.0 cm。在對(duì)此工程項(xiàng)目的價(jià)值進(jìn)行綜合評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)目在該地區(qū)屬于重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，地方政府對(duì)此項(xiàng)目的關(guān)注度極高，因此要求工程在建設(shè)完成后需要達(dá)到較高的竣工水準(zhǔn)。多個(gè)參與單位針對(duì)此工程項(xiàng)目的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與施工需求進(jìn)行集中商議，最終一致選擇將預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為此項(xiàng)目的主要施工技術(shù)。

按照本文設(shè)計(jì)的施工作業(yè)流程，在施工前，先進(jìn)行鋼絞線空間的預(yù)設(shè)，并按照下料、穿束、張拉、封錨、穿索、壓漿等步驟進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工。完成施工后，將檢驗(yàn)工程項(xiàng)目質(zhì)量的指標(biāo)設(shè)定為預(yù)應(yīng)力管道壓漿的密實(shí)度，明確壓漿密實(shí)度達(dá)標(biāo)是保證公路橋梁工程質(zhì)量的核心措施。

對(duì)密實(shí)度指標(biāo)的描述為：通過(guò)觀察公路橋梁工程在施工中預(yù)應(yīng)力管道壓漿斷面存在孔洞或空缺的情況，分析并綜合評(píng)定壓漿成果的密實(shí)情況。觀察的內(nèi)容包括：透氣孔比例、孔洞面積(空洞面積)占?jí)簼{面積的比例、施工中真實(shí)灌漿材料體積與理論灌漿材料的比值等。

施工中，按照正文中提出的施工流程，分別進(jìn)行3次彎曲矩管的預(yù)應(yīng)力壓漿模擬測(cè)試與3次豎向管道壓漿測(cè)試。完成壓漿處理后對(duì)成果進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，此次養(yǎng)護(hù)的時(shí)長(zhǎng)為7個(gè)工作日。完成上述工作后，在豎向壓漿施工管道構(gòu)件上隨機(jī)位置選擇6個(gè)斷面，在彎曲矩管壓漿施工構(gòu)件上隨機(jī)位置選擇8個(gè)斷面，按照上述內(nèi)容，對(duì)每個(gè)斷面的壓實(shí)度進(jìn)行人工觀測(cè)。將觀測(cè)的結(jié)果作為預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中密實(shí)度指標(biāo)與質(zhì)量達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 公路橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工密實(shí)度質(zhì)量達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

完成對(duì)指標(biāo)的描述后，進(jìn)行2個(gè)管道構(gòu)件截面的壓漿密實(shí)度結(jié)果的分析，見表2。

表2 壓漿施工管道構(gòu)件壓漿密實(shí)度結(jié)果

上述表格中所有輸出的數(shù)據(jù)，即所有斷面密實(shí)度檢測(cè)結(jié)果，均為人工觀測(cè)后得出結(jié)果的均值。

對(duì)上述表2中的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，所有斷面在進(jìn)行壓漿密實(shí)度測(cè)試時(shí)，測(cè)試指標(biāo)均達(dá)到了質(zhì)量達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉f(shuō)明本文此次研究設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用方案，可以起到提高壓漿施工管道構(gòu)件壓漿密實(shí)度的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)早期道路橋梁施工方案與施工技術(shù)中存在的缺陷，本文提出了將預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為施工中的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)行原有施工方案的優(yōu)化與改進(jìn)。為了證明設(shè)計(jì)的施工方案在具體工程項(xiàng)目中的可行性，將設(shè)計(jì)的方案應(yīng)用到某個(gè)具體的公路橋梁工程項(xiàng)目中，并設(shè)定壓漿密實(shí)度指標(biāo)作為測(cè)試指標(biāo)，證明了上文研究的技術(shù)應(yīng)用方法，可以提高壓漿施工管道構(gòu)件壓漿密實(shí)度，即提升公路橋梁工程的施工質(zhì)量，提高整體橋梁的穩(wěn)定性與使用安全性。當(dāng)然，還需要在后期針對(duì)此方面的具體設(shè)計(jì)中，選擇多個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)作為驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工中應(yīng)用的測(cè)試指標(biāo)，對(duì)施工成果進(jìn)行不同方面的質(zhì)量檢驗(yàn)。