預應力相關技術在水工建筑物中的應用及發展前景

房 欣

（重慶交通大學河海學院，重慶 400074）

近年來，隨著我國經濟和技術水平的不斷提高，我國水工建筑物的建設規模也不斷變大，在進行水工建筑物施工中，高強預應力混凝土應用變得越來越普遍。此技術能很大程度地改善水工建筑物結構受力狀態，提高水工建筑物的剛度、整體性、抗滑穩定性及使用耐久性。預應力錨固技術就是利用鋼筋的回彈壓力，使其作用到不穩定的巖土體或支擋結構，增大滑動面的抗剪能力，進而提高整個水工建筑物的基巖體或支擋、保護結構的穩定性。

1 應力相關技術概念

1.1 高強預應力混凝土

高強預應力混凝土的作用機理就是在混凝土或者構件的部分或全部受拉區張拉鋼筋，然后利用張拉鋼筋的彈性回縮力，使得混凝土會產生一定預壓應力，進而產生一定程度的受壓變形，當受拉區在外荷載的作用下將要發生變形時，由于預應力的存在會將外荷載產生的部分或者全部拉應力抵消，使得整個混凝土結構只有在外界高強度的作用力下，才會出現拉伸現象，這樣就能較好地延緩甚至阻止混凝土裂縫的產生。高強預應力混凝土施工技術能有效地提高鋼筋混凝土的使用壽命、抗裂性和強度。因此，在水工建筑物中具有廣泛的應用。

1.2 預應力錨固技術

預應力錨固技術指的就是使用錨固方法來改善支撐、保護結構或基巖土體穩定性的一種施工方式。通過在已經發生或者可能發生滑動的結構內部制造人工孔道，使用機器設備將鋼筋的一端插入孔洞并將其固定在穩定的巖石土體之中，之后再對鋼筋進行張拉，讓鋼筋的回彈力直接作用在支撐、保護結構或基巖土體之上，從而起到增強滑動面抗剪強度，提升支撐、保護結構或基巖土體整體穩定性的作用。此外，錨固技術中的錨索構造可以采用現代新技術，施工工序也可以簡化，也可以降低造價并縮短工期，具有良好的應用發展前景和重要的研究價值。

2 預應力相關技術在水工建筑物中的應用

2.1 高強度預應力混凝土在水工建筑物中的應用

水工建筑物在實際施工中，根據張拉預應力筋與混凝土澆筑的先后關系，可將建立預應力的方法分為先張法和后張法兩大類。（1） 先張法主要指的是在混凝土澆筑前，先對預應力筋張拉，之后再將張拉好的預應力筋固定并在上面進行混凝土的澆筑，當混凝土的強度達到設計強度的75%后（即混凝土和預應力筋的黏結力滿足要求） 將預應力筋端剪斷，這樣就能對混凝土整體產生一個預壓應力，形成整體性良好的預應力混凝土構件。（2） 后張法施工技術是先澆筑好混凝土并在預應力筋位置預留出張法預應力筋穿入的孔道，混凝土達到設計強度的75%后，一邊張拉預應力筋，一邊壓縮構件，最后用錨具錨固在構件兩端并在孔道內灌漿。后張法實際施工性很高，不需要特制的臺座，可以進行現場施工制作，施工靈活性較好。

高強度預應力混凝土具體應用于：①灌區跨溝渠渠道、防洪溝等結構的預制梯形渡槽、U 型渡槽、排架；②灌區、穿路涵的漸變段預制扭面；③引排水穿路、穿堤的預制涵管、涵洞；④河道綜合治理、小流域清潔方面的下河踏步、生態護坡、壓頂護腳、空箱式擋土墻等水工建筑物方面的施工。

2.2 預應力錨固技術水工建筑物中的應用

預應力錨固技術的應用可以分為在施工期間和使用期間的應用。

（1） 施工期間：主要用于體積較大的混凝土貫通裂縫的處理以及具有不穩定性能基巖的相應處理。由于混凝土和基巖抗拉伸性很差，在體積較大的混凝土實際施工過程中裂縫是時常出現的，產生的原因包括：溫差的不斷變化、基礎各部分的不均勻性沉降,混凝土部分結構的坍塌下落等。倘若是讓裂縫自由發展，不對其延伸、擴展加以約束，將導致整體結構的失穩和破壞。因此，在已經出現或可能出現裂縫的區域采用預應力錨固技術對混凝土施加預壓力,這樣就從一定程度上抑制裂縫的發展,減小裂縫寬度。此外，在實際施工過程中預應力錨固技術中的錨索對于提高錨固于巖基之上壩體的抗滑穩定性具有良好的效果。

（2） 使用期間：主要用于水工建筑物的補強，由于水工建筑物一般建在多種多樣的地基條件的基礎上，并長期存在于潮濕、復雜的水體環境之中。因此，建筑物結構本身的材料性質、形狀、尺寸等方面極易出現一些變化，需要施工方及時加以處理。在這一方面，應用預應力錨固技術就顯得尤為重要了。預應力錨固技術在建筑物使用期間主要用于抑制水工建筑物的裂縫發展，加筑并穩固水下的工程等方面。預應力錨固技術對于提高水工建筑物的抗滲性以及大壩基礎的整體穩定性有著不可忽視的作用。

3 預應力相關技術在水工建筑物應用方面的發展前景

隨著水利工程建設的規模越來越大，預應力相關技術的理論基礎及一些核心技術的掌握已進入良好的發展階段，整個預應力相關技術的研究必將不斷深入；隨著實際設計、施工經驗的不斷積累，預應力相關的施工技術、張拉設備、數據控制手段等方面也一定會有不斷的提高和突破。預應力相關技術的應用對于改善水工建筑物的施工方式，提高水工建筑物的施工質量具有極其重要的意義，在水工建筑物方面的應用必將具有廣闊的發展前景。