市政路橋施工中預應力技術的應用探析

孔 濤

（中鐵二十二局集團第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著時代的快速發展，市政道路的交通運輸能力和路橋的質量有直接的關系，而預應力技術又是當代橋梁施工中最重要的組成部分。因此，在市政路橋的建設中，對預應力施工技術有了更高的要求，從而能夠建設出質量更好性價比更高的優質工程。預應力技術廣泛應用于市政路橋施工技術中，所以對預應力技術在實際應用中的研究及探析有很高的價值。

1 工程概況

該文以某城市坪山路節點改造新建匝道橋為例，論述預應力技術在預制空心板梁中的應用。擬建匝道橋跨徑布置為（3×23+（23+25+23））m 鋼箱梁+（3×20+2×20）m預制空心板+（20+22+24.5）m 鋼混組合梁+（12+16+10）m鋼混組合梁=344.5 m （總長）。其中（3×20+2×20）m 上部結構采用20m 預制預應力砼空心板梁，全橋邊板10 塊，中板26 塊[1]，總計36 塊，梁高為 95cm。

2 預應力施工工藝流程

該匝道橋工程的空心板梁預制的施工流程：測量放樣→修建臺座→綁扎鋼筋、安裝固定波紋管→安裝模板→澆筑底板混凝土→安裝內芯模板→澆筑梁身混凝土→取出模芯→養護→張拉→壓漿→存梁→出坑的流程進行制作。

3 預應力施工技術

3.1 波紋管施工技術

在安裝金屬波紋管道時，需要在安裝之前檢查定位鋼筋，在焊接方式方面采用“井”字型骨架的方式，使間距保持在0.5m 以內，進行坐標的設計放樣，其中需要保持其圓順的線條且無彎折現象，在進行設計位置檢查的過程中需要保證其結構鋼筋的焊接牢固，之后定位好預應力管道并固定，金屬波紋管內再穿內襯芯棒，波紋管不能有缺陷或孔洞，接頭必須牢固無漏漿[2]。對錨墊板的安裝，需要保持和管道處于垂直狀態下，針對螺栓鋼筋來說需要緊密貼合錨墊板，電焊作業需要在波紋管道預埋結束之前，避免出現波紋管的燙穿現象，導致波紋管堵管。應注意5點：①所有預應力管道的定位必須準確牢固，定位鋼筋的設置必須滿足規范要求；②在預應力管道穿鋼絞線前應將管道內沖洗干凈；③每批金屬波紋管道均應按規定抽樣檢查其咬口緊密性和管道密封性；④金屬波紋管在安裝前應整形并去掉毛刺；⑤如果波紋管外徑比錨墊板尾部的內徑小，偏差范圍在4mm 以上的狀態下，可以利用鍍鋅鐵皮喇叭管的方式來實現操作，且需要防止波紋管外徑和錨墊板兩者之間由于直徑變化而產生的張拉力變化。

3.2 混凝土施工

3.2.1 施工前準備

砼澆注前，要檢查模板安裝是否牢固?；炷恋陌韬驮诎韬驼具M行，水泥、粗細骨料、外加劑及拌和用水等的性能參數均應符合設計要求。砼拌和后用砼運輸車運輸，到達現場后使用汽車吊機起吊入模。

3.2.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑應連續，水平分層，斜向分段，從梁的一端對稱澆筑至另一端。澆筑應均勻連續[3]，不得集中一個點猛放料。

在對梁振搗時需要使用附著式高頻振搗器和插入式振搗棒來進行操作。其中附著式的振搗器需要采用錯開安裝的方式使振搗分布均勻，在其布置的期間保持1.5m 的間距。在每次的振搗時間內需要保證混凝土的上升和下降都處于穩定狀態，表面平坦泛漿。

對振搗施工來說，需要高度重視鋼筋密集處和錨墊板，每次的澆筑厚度需要保持在30cm 以下，將附著式高頻振搗器和插入式振搗棒進行有效結合實現分層澆筑，仔細振搗，確保此處混凝土密實無空洞。

3.2.3 模板拆除及混凝土養護

在對混凝土的實際澆筑過程中，需要進行試件的制作，利用4 組隨梁體利用相同的條件進行養護操作，確保其張拉強度。在對混凝土強度試驗的過程中，需要借助于現場的試件強度來進行分析，保證其混凝土的不黏模，不掉角且內實外美，光潔一致的狀態。在對砼施工后，需要拆除芯模，在澆筑完畢之后的12 h 內進行拆除，之后就可以拆除側模。在對梁體砼養護時,需要由專人進行養護，采用灌水養護的方式對腹板的內部進行養護，其外側和頂板地面需要采用水管噴水的方式養護。在對混凝土養護的過程中需要保持至少7 天的養護周期，且保持充分濕潤的混凝土進行養護。

4 預應力張拉施工

4.1 張拉準備

在預應力筋張拉之前，需要將千斤頂和油泵進行配套標定。如果配套了多組的張拉設備，需要分別進行編號，避免出現設備混用的現象。在梁體混凝土強度達到設計標準時方可進行張拉施工作業。在預應力鋼筋張拉的理論伸長值的計算過程中，可以利用可行性的試驗來獲取到按彈性模量的參數值。如果兩端同時進行張拉施工，則要使兩端的千斤頂降壓和畫線以及測量的長度都保持一致，如圖1 所示。

圖1 預應力張拉示意圖

4.2 張拉技術標準及相關參數

在該工程的預應力張拉中，張拉采用混凝土齡期、彈性模量、強度三項控制。每梁段澆注完成后，當混凝土齡期達7 天且強度、彈性模量大于或等于90%的設計強度時，方可張拉縱向預應力鋼束，并且要求采用張拉力和延伸量雙控的措施[4]。張拉應力主要是油壓表來控制的，其張拉的過程中需要先對使用的千斤頂進行標定，獲取到標定報告之后，可以采用回歸分析的方法來實現對“張拉力—油表讀數”的直線方程的求解，根據其方程來對各個控制點張拉力的油表讀數進行計算分析，最終實現張拉力的控制。在預應力的伸長量值計算過程中需要根據其設計的規定公式來進行計算。張拉的過程需要根據其設計分級進行，根據其每級別的荷載鋼絞線伸長量來對實際的伸長量計算：

由0 張拉至10%σk時，記錄伸長量L1；

繼續張拉至20%σk時，記錄伸長量L2；

最后張拉至100%σk時，記錄伸長量L3；

其實際伸長量為ΔL=（L3-L1）+（L2-L1）。

對計算得出的伸長量和理論得出的計算數值差距需要保持在6%左右，如果超出其范圍值，需要停止張拉測試，進行糾正之后才可繼續進行張拉。

張拉施工時采用4 臺穿心式設備，應兩端分級且同步對稱施加預應力，并應按照以下操作流程進行工作：①每束鋼絞線應與配套的錨具相對應，分別夾好夾片，將鋼絞線從千斤頂中心穿過，采用引束器通過管道、卷楊機牽引、人工配合的穿束工藝。對油缸里加油，同時還需要結束其鋼絞線的張拉測試。對張拉數值的大小需要對油壓表所顯示的數值進行讀取，以預應力鋼絞線的伸長量來作為最終的校驗核準，其最終的實際數值和理論的伸長量數值誤差偏差范圍需要控制在6%左右，且兩端的錨具回縮量需要保持在6 mm 以內。②對油缸里加油，同時還需要結束其鋼絞線的張拉測試。張拉數值的大小需要根據油壓表所顯示的數值進行讀取，以預應力鋼絞線的伸長量來作為最終的校驗核準，其最終的實際數值和理論的伸長量數值誤差偏差范圍需要控制在6%左右，且兩端的錨具回縮量需要保持在6 mm 以內。③如果張拉的油壓處于張拉的t 位的狀態下對油缸的油路進行關閉，則需要保持5 min 的荷載量，在此種狀態下測量其鋼絞線的伸長量，如果這個過程中其油壓出現了下降的現象，則需要將其油壓數值補充至設計的t 位置處的數值，進行千斤頂回油操作之后其夾片可以自動鎖定。其中的全梁滑絲、斷絲在鋼絲總數的占比需要保持在在0.5%以下，同一束鋼絞線內的斷絲需要在一絲以內且不可在同一側。

鋼絞線伸長量ΔL=2（ΔL1+ΔL2+ΔL3）

式中：ΔL1—梁體直線段孔道一半長度的鋼絞線伸長量；ΔL2—梁體曲線孔道一半長度的鋼絞線伸長量；ΔL3—孔道出口至張拉頂末端；ΔK—錨下設計張拉應力；Eg—鋼絞線彈性模量；L1—鋼絞線在預應力管道內直線段一半的長度；L2—鋼絞線在預應力管道內曲線段的長度；L3—鋼絞線在預應力管道出口至張拉頂末端的長度。e—自然對數底，取2.71828；θ—張拉端鋼絞線彎起角之和（弧度）；μ—鋼絞線與預應力管道壁的摩阻系數；x—張拉端至計算截面的預應力管的道長度；k—預應力管道對其設計位置的偏差系數。

張拉時取ΔK時的鋼絞線實際伸長減去0.15ΔK時的實際伸長，再加上從0～0.15ΔK的理論伸長值，最終與鋼絞線理論總伸長值比較，誤差允許范圍在6%以內為合格。

4.3 張拉程序及實施

4.3.1 安裝檢查設備

先安裝好限位板，然后起吊千斤頂[5]。進行工具錨、夾片的安裝。對工具夾片，如果未起到作用就會導致最終的延長量也產生較大的誤差。在千斤頂與張拉儀的數據線進行鏈接操作，借助于梳編穿束工藝來保持鋼絞線的受力處于均勻的范圍內，最后需要對儀器天線進行安裝。

在設備電源接通后進行調試操作，其中的位移線和壓力線需要保持水平順直的狀態移動，如果出現了偏差，則需要對數據連接線進行檢查，查明其中原因。對各個儀器的位移伸縮桿進行拉動，如果其位移的數值產生了變化，則連線屬于正常范圍，可以開始進行張拉。在對1 號機、2 號機進行進、退油手動控制時，需要對相對應的紅、綠燈的亮起狀態進行查看，其中紅燈對應進油，綠燈對應回油，保證其操作無誤之后結束調試。

4.3.2 檢查預熱設備

再次檢查以確定一端的千斤頂安裝是正確的，然后啟動該端的設備，注意電機的運轉是否正常。儀器應預熱5 min，如溫度低于10 ℃時，進行15 min～30 min 預熱。

4.3.3 張拉注意事項

開始張拉時注意觀察電腦上壓力值和位移值是否正常，如有異常應立即停止張拉并檢查異常原因。操作人員應專心觀察各項數值，不得離開控制臺或做其他工作。

4.3.4 張拉操作

相關人員在整個張拉的過程中應該注意張拉設備及千斤頂的工作情況，如果出現了異常狀態則需要停止張拉作業，排除異常情況之后才可繼續張拉操作。每束張拉完成后，張拉設備退頂并保存原始數據，準備進行下一步張拉作業。在下一步張拉作業開始之前，操作人員應重新檢查千斤頂、工作錨具及限位板等是否正確嵌套及工作，數據連接線是否松動，千斤頂是否位置正常等。

重復以上工作至全部孔數張拉工作完成。最后關閉程序、電機，切斷電源，拆卸千斤頂、油管等各種工具。

4.3.5 張拉作業結束

結束每束張拉之后，需要退出設備保存數據，進行下一步張拉作業，在下一步作業開始之前需要確保其千斤頂、工作錨具及限位板等都處于正確嵌套及工作狀態內，數據連接線屬于正常連接的范圍內，千斤頂等設備的位置都處于正常位置內。

5 孔道壓漿施工

5.1 設備及材料選擇

預應力管道采用智能循環壓漿的方式，來進行循環操作，采用專用壓漿料進行壓漿操作，其中的水泥漿需要按照40mm×40mm×160cm 的立方體試件來進行設計，且在28 天的養護期限范圍內，抗壓強度需要保持在50 MPa 以上，且其中的抗折強度需要在無摻加氯鹽、鋁粉的狀態下保持10MPa 以上。

5.2 孔道壓漿工藝

孔道壓漿可以采用真空的灌漿工藝來進行：①對球閥、排氣閥等各部件進行連接。②在抽真空的過程中，需要關閉排氣閥和灌漿閥，打開抽真空閥。之后借助于真空泵來抽真空，其中需要對真空的壓力表數值進行讀取，這個過程中需要保持1 min 的停泵時間，在停泵期間如果壓力保持不變則充分證明其孔道可以維持真空狀態。③在攪拌機當中加入計量好的水泥、水和膨脹水泥維持2 min 的攪拌時間，加入減水劑之后需要維持3 min 的攪拌時間。④灌漿。在灌漿泵中加入水泥漿液，漿液在灌漿泵的出口打出，其濃度和泵中的濃度保持一致的狀態下時就需要關閉灌漿泵，還需要橡膠管和灌漿管連接并且固定。灌漿泵關掉之后需要啟動真空泵，如果真空度處于-0.06MPa～-0.09MPa 的狀態下時，需要啟動灌漿泵對其進行灌漿操作。如果漿液流經空氣濾清器時，需要關閉真空泵及抽氣閥的同時打開排氣閥，在這個過程中需要注意排氣管中的出漿情況，在漿液的稠度和灌入前稠度一致的狀態下需要關閉排氣閥且保持2 min 的灌注時間，對孔道內來說可以形成一定的壓力。⑤清洗。拆下各種接頭和管道，清洗灌漿泵、攪拌機、閥門、空氣濾清器及其他工具。

6 封錨施工

在壓漿之后進行梁端封端砼的操作，在澆筑封端混凝土的過程中需要注意梁間縫隙尺寸、伸縮預埋件。對錨頭位置處存在的縱向鋼筋需要保持伸出狀態且和封錨鋼筋連接。對于端部鋼筋的施工來說，由于其密集，因此需要采取適當的措施，增強其端部的密實程度。

在封錨混凝土施工前，要先將錨槽處梁端壓漿時壓出的水泥漿和雜物清除，并將梁端砼鑿毛，同時清除錨固工具及混凝土的表面污垢，再進行澆筑封錨混凝土，并做好養護。封錨材料必須將錨固工具、外露鋼絞線全部封錨堵密實，不得留有空隙，不得外露封錨應采用與梁體同強度等級的混凝土。封錨混凝土養護結束后，采用專用防水涂料對封錨交接處進行防水處理。錨固端須注意波紋管封頭，防止澆筑混凝土時混凝土進入波紋管，導致預應力損失。

7 質量控制要點

質量控制要點有3 個：1）材料的選購必須符合設計要求，應經嚴格檢測合格后方可進場，預應力鋼絞線張拉、錨固、灌漿等相關機具使用前必須進行標定和檢測。2）澆筑空心板混凝土前應嚴格檢查，保證預應力管道及鋼筋位置準確，當兩者有沖突時考慮少許移動鋼筋的位置，應保證預應力管道的位置不變。3）對控制應力的實施方面，需要保持鋼絞線兩端的實際張拉伸長值之和和其理論的伸長值的偏差在6%以內。

8 結語

該項目已順利通過驗收，新建匝道橋目前正常使用。綜上所述，在市政路橋工程建設中，預應力技術的應用對提高工程質量起到了重要的作用，有很高的探析和應用價值。在實際應用中，則要根據實際情況來制定出相應的預應力施工技術方案，根據預應力施工中的影響因素，來采取有效的防范和控制措施，從而提高市政路橋的總體施工質量。