高速公路預應力混凝土空心橋的施工探討

劉永勝 尹路寧 賈永發

(1.中交一公局二公司，北京 100000; 2.寧波市公路局路橋處，浙江 寧波 315000)

進入新世紀尤其是“十一五”時期以來，我國國民經濟駛入了高速發展的快車道，支撐國民經濟快速發展的基礎設施建設步伐因此也得到加快。《國家中長期鐵路網規劃》和《國家中長期交通運輸規劃》等一批涉及交通基礎設施的規劃預示著路橋建設必將迎來新一波躍進浪潮，而且對路橋施工質量也提出了更為嚴格的要求，因為近幾年各地陸續出現的橋梁垮塌或斷裂等事件給路橋施工質量和施工安全問題敲響了警鐘，這其中既有人為因素，但也有施工新技術應用不到位的問題。隨著橋梁工程技術的日益發展，我們必須調整思路，借助現代路橋施工技術來提高路橋施工的科學性和技術水平。當前，困擾橋梁施工領域的突出性難題是怎樣加大路橋設計的承載力。這就要求我們充分利用現代路橋施工技術，從而提高路橋承載力及使用的壽命，確保橋梁不因技術問題而出現質量問題，以更好地支撐國民經濟快速的向前邁進。預應力混凝土技術的優點頗多，具備較強的抗裂性、抗滲性，除此之外，還具有高剛度、高強度的特性，這些優點對解決橋梁施工中容易出現的承載力不足而致斷裂問題具有顯著的應用優勢。

綏北高速公路A7和B5標段全段設計大、中、小橋梁共計41座，是綏北線上最大的橋標，因此橋梁施工成敗關系著整個工程的成敗。本文從介紹預應力技術概念出發，結合綏北公路的施工環境，對預應力技術在混凝土孔橋施工設計中所起的作用進行了分析，除此之外，還從施工的角度探討了預應力混凝土施工管理對橋梁施工所起的借鑒意義。

1 預應力技術的概念

預應力技術的工作原理應用于路橋工程中，它在混凝土工程中也起到無可比擬的作用。構建預應力混凝土構件，然后利用混凝土構件所產生的預應力狀態來減小、抵消外荷載所引發的拉應力。即借助混凝土非常高的抗壓強度來彌補抗拉強度所帶來的不足，從而達到延遲受拉區混凝土開裂的目的。路橋工程中，預應力混凝土在結構上采用強度很高的鋼材及混凝土，這樣就可以使預應力混凝土構件具有很強的抗裂性、抗滲性、抗剪性和抗疲勞性的特點。除此之外，還能達到節約鋼材、混凝土，減小結構截面尺寸，降低結構自重，防止開裂和減少撓度的有效目的。對橋梁工程來說，預應力混凝土施工技術兼具了經濟與美觀的特點，這在把橋梁作為城市景觀工程的城市規劃中有著絕佳的應用前景。

2 綏北高速公路橋梁施工環境介紹

從施工環境來看，項目地區自然區劃為西部溫和半濕潤地區，冰凍指數2 400～2 800之間，為重冰凍地區，最大凍深2.2 m。氣候受地形影響較小，受內陸及海洋高低氣壓和季風的交替影響較大，在極地大陸氣團控制下，冬季漫長，氣候嚴寒、干燥，有效施工期短;夏季受副熱帶海洋氣團影響，降雨集中，氣候溫熱、濕潤;秋冬兩季是冬夏季風交替時期，氣候多變。春季多大風，降雨少，易發生干旱;秋季降溫急劇，常有霜凍發生。區域內年平均氣溫在1.3℃～4.0℃之間，由北向南逐漸升高，年平均降水量是483 mm，多集中于夏季6月～8月。冬季多西北風和偏北風，夏季多偏東風和偏南風，風速較小，年平均風速3.3 m/s～3.6 m/s。結合預應力技術的優勢和適應環境，可以發現，在綏北高速公路段進行預應力橋梁混凝土施工具備絕佳的可行性。

3 在混凝土空心橋梁施工中，預應力技術的具體應用

3.1 在受彎構件中，預應力技術的應用

將預應力技術應用到受彎構件中，主要基于混凝土加固的目的。考慮到碳纖維有著極高的強度且施工操作起來簡單易行，所以采用粘貼碳纖維片材來加固鋼筋混凝土受彎構件的方法得到了大力推廣及廣泛的應用。但是由于加固前的結構就已經出現了初始內力，并且混凝土已經出現初始壓應變和拉應變，而當壓區混凝土壓應變達到混凝土的極限壓應變時，構件的承載力也到了極限，因此，倘若初始應變較大，而構件又遭到破壞時，碳纖維片材強度高的優勢便得不到發揮，對此我們提出了應變措施。綏北段冬季環境惡劣，冰凍指數極高，屬重冰凍地區。如此高的冰凍深度極易對鋼筋混凝土構件造成沖擊，使其變得脆弱易折和彎曲。而采用預應力技術利用混凝土本身具備的壓應變和拉應變力，來抵消外部負荷的沖擊，以便提高橋梁的承受能力。

3.2 在加固施工中，對預應力技術的應用

在橋梁加固工程中，普遍是通過增強構件及改善結構性能來恢復、提高橋梁的承載能力，由此來延長橋梁的使用壽命，從而達到高強度的橋面作用力的要求。而加強薄弱構件，增加輔助構件，改變結構體系，減輕恒載成為改造的主要技術途徑。加固橋面主要有以下幾種方法:加固橋面補強層、增大截面與配筋加固、加固體外預應力、粘貼鋼板、改變結構受力體系、增加橫向聯系、粘貼碳纖維布等。實際上，減小加固施工時混凝土的初始應變，才是混凝土卸載的目的所在。而所走的路徑是可預先對構件施加預應力，使受壓區產生拉應力，同時受拉區產生壓應力影響，減小構件在初彎矩作用下的拉應變及壓應變，以便提高構件的應變增量，從而加固鋼筋的應力，使加固鋼筋的效果得到最大可能性的發揮。綏北段冬季環境惡劣，屬重冰凍地區;夏季降雨集中，氣候濕潤;而春季干燥秋季多霜凍，這種惡劣的環境容易對橋面的加固造成干擾，這種沖擊對空心橋影響較為明顯，采取預應力技術施工可以解決以上問題。

3.3 在鋼筋混凝土多跨連續梁中預應力技術的應用

多跨連續梁分為正彎矩區和負彎矩區，一般負彎矩在支座處，正彎矩在跨中處。當梁的抗彎承載力及抗剪承載力不符合要求時，就需要進行加固處理。而當跨中正彎矩區抗彎承載力不符合要求時，可采用粘貼碳纖維的方法對其進行加固處理。

4 預應力混凝土的施工過程管理重點

首先，預應力混凝土結構的施工過程管理要以材料的管理為基礎，根據工程設計要求來對進場材料進行有針對性的驗收檢驗，從而保證進場材料質量符合設計的要求。另外，由于預應力混凝土結構對所采用的預應力筋的要求極高，因此必須對其進行嚴格合理的存放管理，從而保證預應力筋的質量。此外，對施工過程中預應力筋的切割也要嚴格按照規范進行操作。切割的一般辦法是通過砂輪鋸或切斷機進行截斷，這樣就會避免電弧切割等方式對預應力筋造成損傷。除此之外，路橋施工企業還要重視對預應力混凝土施工技術的管理。要仔細對設計圖紙及施工方案進行分析比對，并掌握工程施工過程中的各項控制重點，從而更好地為控制路橋工程預應力混凝土結構的施工力度及方向打下堅實的基礎。需要注意的是，必須熟悉預應力混凝土構件制作的技術要點。在實際施工過程中，施工企業還必須根據工程的實際情況及設計方案、施工方案，并按照技術要求和技術要點進行科學的管理，以此保證施工質量達到設計的要求，防止出現偏差。最后，路橋施工企業還應重視對預應力混凝土施工技術的管理，保證路橋工程預應力混凝土結構的質量，為后續的施工打下堅實的基礎。

5 結語

本文從介紹預應力技術的概念入手，以綏北高速公路空心橋施工為例，重點探討了在橋梁工程施工中對預應力技術的應用，并探究出預應力技術的主要應用方向及途徑，即主要應用在橋梁受彎構件加固、混凝土加固和鋼筋混凝土多跨連續梁加固中。接著又從施工階段著眼，綜述了對預應力混凝土施工過程的管理。從預應力混凝土結構設計、預應力的材料管理以及最后的技術管理等方面分析了預應力施工時需要注意的要點。當然，預應力施工并非一氣呵成，也存在著許多缺陷或障礙。預應力施工存在的主要問題:

1)波紋管堵塞，多是由施工單位未能按照施工規范操作或波紋管自身質量問題所致。

2)后張預應力結構張拉力控制問題，張拉力失控出現長度誤差。

3)預應力結構張拉前出現裂隙問題，多是由干縮反復和溫差驟變造成的。

4)預應力鋼筋孔道堵塞問題，多發生在后張法構件中，主要是由于抽芯過早而水泥混凝土未凝固所致。目前綏北施工隊成立了項目工程辦公室并加強了組織領導，目的是對每道工序、每個技術要點都確保做到嚴格執行落實，保證技術運用在合理的位置上，發揮其真正的效果。

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