高速公路橋梁施工中預應力施工技術應用研究

劉榮欣

摘要 高速公路建設中，預應力技術具有抗裂性好、剛度大、節(jié)省材料、提高受壓力件穩(wěn)定性等優(yōu)點，在橋梁工程中得到廣泛應用。施工期間，對結構預先施加壓應力可抵消荷載導致的拉應力，避免結構發(fā)生破壞，提高結構的安全性和穩(wěn)定性。文章對高速公路橋梁施工中預應力施工技術應用進行研究。結合實例項目從預應力施工技術的優(yōu)缺點、箱梁結構預應力施工方法等方面進行分析。最后針對預應力施工常見問題提出解決對策。

關鍵詞 高速公路;橋梁施工;預應力技術;解決對策

中圖分類號 U415.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0148-03

0 引言

橋梁是高速公路工程的常見組成部分，預應力技術在施工中應用廣泛。在施工期間，對結構預先施加壓應力，服役期間此壓應力可抵消荷載導致的拉應力，避免結構發(fā)生破壞，提高結構的安全性和穩(wěn)定性[1]。因受到現場環(huán)境條件影響，再加上預應力施工工序復雜，對于技術參數的要求嚴格，只有加強施工管理和工藝控制，才能滿足質量、進度、安全要求。

1 工程概況

某高速公路工程，路線全長120 km。其中，擴容項目T2合同段的起訖樁號為YK47+400～YK56+640，標段長度為9.24 km，該標段橋梁共10座，其中現澆箱梁橋4座，分別是互通式立體叉A匝道橋、互通式立體叉L線橋、互通連接線變更設計L1分離式橋、互通K2+924.136車行天橋。以互通式立體叉A匝道橋為例，橋長108 m，采用（28+45+28）m預應力混凝土現澆箱梁。設計荷載等級為公路-I級，橋面凈寬1×15.5 m;上部結構采用預應力混凝土（后張）連續(xù)箱梁，下部結構橋臺采用肋板式橋臺，橋墩采用柱式墩，墩臺采用樁基礎。橋平面位于R=310 m的右偏圓曲線上，橋面橫坡為單向3%，縱斷面縱坡?4%。場區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫為14.7 ℃，多年平均降水量為1 037.3 mm。

2 預應力施工技術的優(yōu)缺點

2.1 優(yōu)點

預應力施工技術雖然出現時間晚，但發(fā)展速度快，表現出諸多優(yōu)點：

（1）應用范圍廣。大到橋梁工程，小到邊坡錨固，均可以采用預應力技術。對結構施加預應力，運營過程中受到荷載作用，構件不會出現裂縫，或裂縫出現時間推遲，提高結構的耐久性。

（2）施工成本低。為了滿足預應力施工要求，必須采用高強度材料，一方面可減少鋼筋用量，減小結構的截面尺寸;另一方面可減少混凝土用量，降低結構自重，尤其適用于重荷載、大跨度結構中，有助于降低施工成本[2]。

（3）質量有保證。預應力結構可減小構件的豎向剪力和主拉應力，不僅耐疲勞性能好，而且能提高受壓構件的穩(wěn)定性，從而保證工程質量。

2.2 缺點

預應力施工技術也存在一些缺點：

（1）工藝較為復雜，對質量提出高要求，必須配備專業(yè)人員隊伍和專門設備，例如張拉機具、灌漿設備、錨具等。

（2）預應力反拱度不易控制，而且會隨著混凝土徐變，反拱度不斷增大，導致橋面平順度指標變差，影響行車舒適性。

（3）預應力張拉環(huán)節(jié)，需要嚴格控制的技術參數多，例如張拉時間、張力大小等，控制不當容易出現問題，造成管道堵塞、波紋管損壞、鋼筋滑絲斷絲等。

3 箱梁結構預應力施工方法

該項目中，現澆箱梁采用滿堂支架施工方案，預應力施工階段的工藝流程是：前期準備→安裝預應力管道→鋼絞線下料→穿束→張拉→壓漿封錨，施工技術要點介紹如下：

3.1 前期準備

施工準備主要包括滿堂支架工程、鋼筋工程、混凝土工程，為預應力施工打好基礎。

3.1.1 滿堂支架施工

滿堂支架施工，按照制作支架→基礎處理→搭設支架→安裝底座→安裝底模→預壓的流程施工作業(yè)。其中，預壓是為了檢查支架是否安全，消除地基和支架非彈性變形帶來的影響，方便控制橋面線形，技術要點包括：

（1）根據梁體自重分布曲線圖變化，確定堆載鋼筋的數量，促使預壓荷載、梁體荷載的分布是吻合的。

（2）三級加載，加載荷載分別是60%、80%、100%，當支架頂部監(jiān)測點12 h沉降量均值<2 mm，進入下一級加載[3]。

（3）監(jiān)測點的布置，分別是跨中、1/4處、1/8處、每跨兩端，每個斷面的底板邊線、底板中線，以及對應地基基礎上。

（4）預壓荷載施加完畢后，間隔24 h監(jiān)測一次，記錄各監(jiān)測點的標高并計算沉降量。

（5）卸載6 h后，復測各監(jiān)測點的標高并計算彈性變形量。

3.1.2 鋼筋工程施工

鋼筋工程施工順序：進場檢驗→核對種類、型號、數量→提供質量保證書或檢驗合格證→抽樣開展試驗分析。鋼筋加工時，按設計圖紙控制加工形狀、尺寸，標準彎鉤要滿足規(guī)范要求。鋼筋安裝時，按照主筋→箍筋→架立筋的順序進行，根據圖紙位置、保護層厚度完成安裝。質量標準見表1。

3.1.3 混凝土工程施工

混凝土工程主要分為拌和、運輸、澆筑、養(yǎng)生四個環(huán)節(jié)，其中澆筑是重中之重。以腹板混凝土為例，技術要點包括：

（1）兩側腹板對稱均勻澆筑，分層厚度30～40 cm，過厚會導致箱內側面氣孔多、內模偏移、形成色差或冷縫等。

（2）嚴格控制灌注厚度，提高灌注速度，高溫季節(jié)施工時應提高混凝土的坍落度至上限。

（3）腹板外側混凝土的振搗，遵循密插、短振、勤振的原則;內側振搗應適當延長振搗時間。

3.2 安裝預應力管道

預應力管道使用塑料波紋管，技術要點包括：

（1）安裝前，對波紋管進行灌水試驗，確保沒有滲漏才能使用。

（2）安裝時，按照設計曲線布設，間隔50～100 cm架立定位筋，用于固定波紋管。

（3）鋼絞線的坐標偏差≤5 mm;在波紋管周圍，不能進行電焊作業(yè);空隙較大使用海綿泡沫填塞。

（4）使用定位鋼筋固定鋼束管道，定位鋼筋和鋼筋骨架焊接在一起，定位鋼筋的間距≤0.6 m，鋼束曲線段加密到0.3 m[4]。

（5）排氣孔位于波紋管的最高點，和波紋管的連接處使用膠帶密封處理，注意保護成品。

3.3 鋼絞線下料

鋼絞線下料時，嚴格按照設計圖紙計算下料長度，并且預留工作長度，且實際下料長度要超過設計長度20 cm以內。下料長度（L）的計算方法是：

3.4 穿束

該項目的預應力筋，選擇直徑為15.2 mm、截面為140 mm2的低松弛鋼絞線，其彈性模量為1.95×10 MPa，標準強度值為1 860 MPa。穿束技術要點包括：

（1）先檢查錨墊板和孔道，要求錨墊板位置符合設計要求，孔道內干凈通暢。

（2）接口處容易松散，穿束時應多加注意，要求前端扎緊、裹上膠布，方便順利通過孔道，安裝后進行檢查，看有無損壞管道。

（3）澆筑混凝土時，安排專人在兩端拉動鋼束，防止漏漿堵塞孔道。

（4）鋼絞線安裝后，對波紋管兩端進行封堵，包裹外露的鋼絞線，避免生銹。

3.5 張拉

項目中，張拉設備選擇500 t和20 t的穿心式千斤頂，進場前配套校驗，安排專人使用保管。其中，引伸量、張拉油表讀數是兩個關鍵參數，需要仔細計算得到。

3.5.1 引伸量計算

3.5.2 張拉油表讀數計算

張拉技術要點包括：

（1）張拉前，檢測錨口摩阻、管道摩阻、鋼絞線回縮量;張拉時以應力控制為主，以校核伸長量為輔。

（2）實際伸長量和計算值，兩者誤差應在±6%以內，誤差過大要查明原因并處理。

（3）每一聯(lián)進行張拉時，遵循“三同心、兩同步”的原則，防止構件發(fā)生變形扭曲。

（4）張拉順序：腹板索→底板索→頂板索，同類型鋼束先張拉邊腹板、后張拉中腹板。

（5）張拉條件：混凝土強度達到設計強度90%，齡期≥7天[5]。

（6）發(fā)現錨環(huán)有裂紋，切割鋼絞線，或壓漿時發(fā)生滑絲，應更換鋼絞線重新張拉。

（7）張拉機具安排專人保管，張拉時千斤頂后方不能站人;發(fā)現設備運轉異常，及時停機檢修;張拉全部完成后，按照設計要求作防銹處理。

3.6 壓漿封錨

壓漿工序的技術要點有：

（1）時間選擇在張拉完成后24 h，先清理管道內的雜質和積水，一次壓漿作業(yè)完成。在漿體材料中，加入適量阻銹劑、減水劑，根據試驗結果確定添加量。

（2）對漿液的要求：水泥抗壓強度≥C50，具有良好流動性;漿體溫度控制在30 ℃以內;初凝時間>5 h，終凝時間<24 h等。

（3）根據現場施工需求制備水泥漿，拌制到入孔時間控制在40 min以內，按照從下到上的順序壓漿，一個孔道要一次壓漿完成。

（4）壓漿時，從一端灌入，觀察出漿情況，如果出漿流暢穩(wěn)定，且稠度與盛漿筒漿體一致，此時可關閉閥門和壓漿泵。再次啟動后，灌漿壓力達到0.5～0.7 MPa，持續(xù)2 min后關閉。

封錨工序的技術要點有：

（1）作業(yè)前，對錨具、預應力筋等進行防銹處理。

（2）對混凝土表面鑿毛處理，并用高壓水沖洗干凈后晾干。

（3）在錨穴內，按照設計要求布置鋼筋網，并且復核無誤。

（4）檢查封錨使用的混凝土類型、強度、保護層厚度，確保滿足設計要求。

（5）封錨后對混凝土養(yǎng)護，保持一定溫度和濕度，并對表面作防水處理;留下試件進行試驗，保存數據在竣工驗收時使用。

4 預應力施工常見問題和解決對策

4.1 常見問題

第一，張拉時間和張力問題。為滿足預應力張拉要求，會在混凝土中使用早強劑。而現場施工中，混凝土強度提升過快，和彈性模量的提升速度不一致，會影響施工質量，導致箱梁結構的承載力不滿足設計要求，增加裂縫發(fā)生風險。

第二，管道阻塞問題。預應力施工雖然工序明確，但實際操作起來存在一定難度，任何一個環(huán)節(jié)均可能出現問題。例如：預應力筋通過管道時，可能引起阻塞問題，造成張力限制，伸長量實際值和理論值之間偏差過大，繼而影響工期、成本、質量等。

第三，滑絲斷絲問題。張拉過程中，鋼束滑絲斷絲問題的發(fā)生概率較高，主要原因是鋼束受力不均勻。在這種受力特點下，無法提供足夠的預應力，無法發(fā)揮出抗?jié)B、抗裂等功能，影響結構的整體性能。

4.2 解決對策

第一，完善質量保證措施。1）在項目經理和項目書記的領導下，建立完善的質量保證體系，明確各層級的職責，做好現場管理工作。2）落實技術交底制度、工藝試驗制度、工藝過程三檢制度。3）制定質量指標具體控制措施。4）針對模板偏位和漏漿、混凝土表面露筋等質量通病，采取針對性的防治措施。例如：合理選擇鋼絞線，下料和穿束嚴格按照規(guī)范作業(yè);針對滑絲斷絲問題，一束出現少量滑絲時，可用單根張拉油頂進行補拉;一束出現多根鋼絞線滑絲時，須放松鋼絞線束，重新裝夾片整束補拉。5）結合施工環(huán)境、工程結構特點、氣候環(huán)境及施工方案，制定事故應急措施，防止安全質量問題發(fā)生，降低問題帶來的損失和影響。

第二，推行智能張拉技術。隨著信息技術發(fā)展，智能張拉技術在預應力施工中的應用更加廣泛。使用網絡、計算機、智能控制等技術，對鋼絞線自動張拉;實時采集張拉力、伸長量等數據，調整油泵實現精確控制。

5 結語

綜上所述，高速公路橋梁施工中，預應力施工技術得到廣泛應用，具有施工成本低、質量有保證等優(yōu)點。文章結合工程案例，從前期準備、安裝預應力管道、鋼絞線下料、穿束、張拉、壓漿封錨等方面介紹了施工技術要點。針對施工中存在的問題，完善質量保證措施，加強現場施工管理;推行智能張拉技術，實現施工技術的創(chuàng)新，獲得更高的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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