公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)措施及質(zhì)量控制

楊 磊

(山西路橋第八工程有限公司，山西 運(yùn)城 044000)

0 前 言

預(yù)應(yīng)力橋梁技術(shù)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。兩者都具有高強(qiáng)度和低強(qiáng)度的組合特性，可以充分利用這兩種材料。在橋梁應(yīng)用中，能有效地防止橋梁間的裂縫，提高橋梁質(zhì)量，降低橋梁的重量，增加高速公路隧道的橋梁跨度。其次，其在公路建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，隨著我國(guó)公路結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用越來越重要。在大型公路結(jié)構(gòu)的施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 公路橋梁施工預(yù)應(yīng)力概述

1.1 預(yù)應(yīng)力的概念

預(yù)應(yīng)力預(yù)壓是指在一個(gè)結(jié)構(gòu)主體承受外或內(nèi)荷載之前,預(yù)先對(duì)其主體在外或內(nèi)荷載壓力作用下的受拉區(qū)主體施加一定壓力的應(yīng)力,以改善主體結(jié)構(gòu)通常使用的應(yīng)力性能的預(yù)壓結(jié)構(gòu)，按其形式又稱之為結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力預(yù)壓結(jié)構(gòu)。

一般看來，預(yù)應(yīng)力是對(duì)構(gòu)件施加初始力，以提高構(gòu)件的承載力。在高等級(jí)公路橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力是在橋梁投入使用前對(duì)橋下部分加壓，使橋上部分被拉緊，橋底被壓實(shí)，從而達(dá)到安全、穩(wěn)固的受力狀態(tài)。

1.2 預(yù)應(yīng)力的分類

預(yù)應(yīng)力有兩種分類,一種是先張法,另一種是后張法。其中后張法在施工中使用得較多。

1)先張法,就是在混凝土澆筑之前,給鋼筋施加一定的拉力,然后澆筑,待凝固到一定程度剪斷鋼筋。例如預(yù)制板。

2)后張法,就是在混凝土凝固之后,給鋼筋施加一定的拉力,然后兩端錨固,施工工藝是在鋼筋上穿上專用的管套,使混凝土和鋼筋不粘接,凝固后就可以拉鋼筋了。

1.3 我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的發(fā)展

我國(guó)首座跨度為12 m的預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋于1955年建成。1956年,新沂河大橋跨越28孔24 m。1959年，蘭州市建成了七里河黃河橋，是一座七孔跨徑37.5 m的懸臂梁橋。大量的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是在接近發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)水平的高速公路上建成的。

2 公路橋梁施工預(yù)應(yīng)力技術(shù)存在的問題

2.1 波紋管兼容性差

波紋鋼筋管的通暢程度直接影響著采用預(yù)應(yīng)力控制鋼筋的順暢通過與運(yùn)行長(zhǎng)度。預(yù)應(yīng)力保護(hù)鋼筋如果不能完全穿過,其內(nèi)部預(yù)應(yīng)力保護(hù)作用就可能失去,如果一個(gè)波紋型鋼管沒有變形或者是沒有鋼筋滲漏的地方,波紋管的連續(xù)使用時(shí)間就可能會(huì)不斷增長(zhǎng),拉直時(shí),失去其檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效性,或者連續(xù)抽拉鋼筋不動(dòng),無法順利完成鋼筋澆筑。

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉時(shí)間控制

其主要特點(diǎn)是：第一階后臺(tái)階的預(yù)應(yīng)力控制元件、混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及其使用壽命的質(zhì)量控制[4]。由于混凝土的膨脹強(qiáng)度是人為不能達(dá)到的，混凝土構(gòu)件曲折，公路橋面鋪裝不均勻，不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有普遍性。

2.3 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)破裂

不同的新型橋梁預(yù)應(yīng)力裂縫連接施工構(gòu)件也應(yīng)該具有不同的新型橋梁連接裂縫之間的連接施工要求,因此,在大型城市公路高速隧道新型橋梁裂縫連接構(gòu)件施工中,要特別注意正確選擇高質(zhì)量技術(shù)和低質(zhì)量的新型橋梁預(yù)應(yīng)力裂縫連接施工構(gòu)件,預(yù)防在橋梁連接施工前后大型公路隧道橋梁之間連接出現(xiàn)裂縫連接難和裂縫大的安全問題。公路高速隧道使用橋梁結(jié)構(gòu)中易出現(xiàn)的抗高溫耐熱裂縫主要表現(xiàn)在隧道橋梁結(jié)構(gòu)受力和同時(shí)使用鋼筋混凝土支撐橋梁結(jié)構(gòu)過程中的橋梁溫度兩個(gè)方面。公路橋梁隧道中的橋梁內(nèi)部突然出現(xiàn)巨大的裂縫無疑是導(dǎo)致公路隧道橋梁技術(shù)沒有使用價(jià)值的一個(gè)重大技術(shù)敗筆。因此,要根據(jù)不同的橋梁施工技術(shù)原因和所可能形成的結(jié)構(gòu)以及橋梁整體裂縫的長(zhǎng)期發(fā)展變化規(guī)律,查找可能形成橋梁裂縫的基本原因根源,從各個(gè)源頭研究解決橋梁裂縫施工問題,才能有效率地保證目前我國(guó)大型公路工程結(jié)構(gòu)橋梁在整體設(shè)計(jì)施工中的工程質(zhì)量,保證我國(guó)公路工程橋梁的連續(xù)使用壽命。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋和損失管的選擇錯(cuò)誤

在預(yù)制板中,頂應(yīng)力鋼筋已經(jīng)起到了主導(dǎo)地位。但由于企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理措施做得不到位和盲目地追求盈利,使得頂應(yīng)力鋼筋和預(yù)制板失效管的選型與設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)了很大的區(qū)別,預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度與其設(shè)計(jì)需求差之千里,失效管采用劣質(zhì)的PVC管，致使預(yù)應(yīng)力鋼筋不能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)起到其他方面的作用，從而嚴(yán)重降低了高速公路橋梁工程施工質(zhì)量。

3 公路橋梁施工預(yù)應(yīng)力技術(shù)的改進(jìn)措施

3.1 改進(jìn)管道故障的措施

所有專業(yè)管材的生產(chǎn)和使用品種和質(zhì)量都必須嚴(yán)格保證符合標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，斷掉的專用管不能再利用。如果在鋼梁施工過程中不能及時(shí)更換新型的開梁鋼管，或者發(fā)現(xiàn)存在井漏、井封堵塞等質(zhì)量問題時(shí)，必須進(jìn)行謹(jǐn)慎、及時(shí)的處理。

3.2 拉緊時(shí)間控制的改進(jìn)措施

通過現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況繪制混凝土強(qiáng)度、齡期和溫度關(guān)系圖，指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的拉伸時(shí)間，用回彈構(gòu)件確定強(qiáng)度。后張法：控制張拉預(yù)應(yīng)力筋不能超過控制力的+3%，供現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行技術(shù)說明。

3.3 公路橋梁預(yù)應(yīng)力裂縫的改善措施

高速橋梁頂張應(yīng)力干涉結(jié)構(gòu)中應(yīng)力可能發(fā)生的斷裂主要由張拉接頭質(zhì)量與應(yīng)力溫差的關(guān)系決定。所以必須從這個(gè)來源使用人力來控制，模板的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在溫度上可能有很大的差異。在高溫下，可以考慮使用一些低水熱塑性塑料或水泥。預(yù)鑄鑄鋼構(gòu)件與基?；g的接頭處應(yīng)及時(shí)用有效的固體隔離劑進(jìn)行摩擦，有效防止其壓縮和粘接焊縫，使預(yù)制件鋼構(gòu)件對(duì)鑄鋼件底模不會(huì)承受較大的熱脹力和冷縮。在預(yù)應(yīng)力混凝土主體澆筑前的施工準(zhǔn)備工作中，應(yīng)特別注意放松和安裝保護(hù)應(yīng)力隔離保護(hù)裝置，對(duì)采用長(zhǎng)線焊接的高級(jí)張拉鋼梁構(gòu)件應(yīng)及時(shí)松綁、安裝應(yīng)力保護(hù)鋼筋，以有效地減小其應(yīng)力約束。嚴(yán)格管理，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督和驗(yàn)收，使用符合國(guó)家規(guī)定的預(yù)應(yīng)力原材料預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工過程管理的第一步是實(shí)現(xiàn)最重要的材料管理過程。只有高質(zhì)量的預(yù)應(yīng)力材料，才能建成高質(zhì)量的預(yù)應(yīng)力公路橋梁。因此，施工企業(yè)需要加強(qiáng)管理力度，建立健全監(jiān)督機(jī)制，加強(qiáng)材料入庫(kù)驗(yàn)收，對(duì)預(yù)應(yīng)力材料進(jìn)行入倉(cāng)后的驗(yàn)收和取樣驗(yàn)收符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。從基本材料的角度來看，預(yù)應(yīng)力技術(shù)已在我國(guó)公路橋梁建設(shè)中得到了充分的應(yīng)用。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

4.1 預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土空心板施工的影響

在高架橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)橋梁跨度為16～25 m時(shí)，可以優(yōu)先考慮預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。值得注意的是，經(jīng)過多年的施工統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)一種預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心樓板鋼跨度達(dá)到30～35 m時(shí)，由于自旋直徑的大幅變化，鋼的強(qiáng)度可能會(huì)顯著降低，因此，在實(shí)際施工中，一般不宜超過25 m。

4.2 預(yù)應(yīng)力在混凝土箱梁中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力在混凝土箱梁中的應(yīng)用，應(yīng)重視混凝土配比的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和優(yōu)化。施工人員和管理人員負(fù)責(zé)箱梁施工現(xiàn)場(chǎng)的整體科研技術(shù)[3]。嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)要求和施工工藝圖紙，并對(duì)鋼筋的卸載、焊接等施工技術(shù)和方法有嚴(yán)格的規(guī)范。

4.3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在柔性構(gòu)件中的應(yīng)用

由于碳纖維薄板抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以考慮采用一種特殊的、多樣化的加固技術(shù)，即在纖維增強(qiáng)混凝土上接上碳纖維板，以增強(qiáng)鋼增強(qiáng)塑料板的抗彎構(gòu)件。由于在加筋結(jié)構(gòu)中留下了一些初始內(nèi)力，如果初始應(yīng)變較大，當(dāng)構(gòu)件受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，這些碳纖維板材的內(nèi)部力和強(qiáng)度變異性的影響相對(duì)較小，不能充分發(fā)揮高強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)[1]。通過對(duì)碳纖維原理的分析和研究，發(fā)現(xiàn)在施工過程中，如果將預(yù)應(yīng)力應(yīng)用于碳纖維薄板，可以提高和充分利用其抗拉強(qiáng)度。

4.4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鋼筋施工中的應(yīng)用

通過對(duì)主體構(gòu)件的修補(bǔ)和結(jié)構(gòu)特性的改良來完成了公路橋梁的建設(shè)和加固,從而得到了恢復(fù)或提升現(xiàn)有的公路橋梁的承載量和延長(zhǎng)使用壽命,更好地滿足了現(xiàn)代化交通運(yùn)輸中的要求。通常橋體加固結(jié)合技術(shù)主要方法包括梁體橋面應(yīng)力補(bǔ)償加強(qiáng)法、體外加壓預(yù)應(yīng)力橋體加固結(jié)合法、膠粘應(yīng)力結(jié)合法和鋼板應(yīng)力加固術(shù)等。為了有效減小其在鋼筋施工加固后后期施工中鋼筋混凝土的初始受力應(yīng)變,可預(yù)先對(duì)施工構(gòu)件內(nèi)部施加一定的初始預(yù)應(yīng)力,主要目的也就是預(yù)先使施工構(gòu)件在最大受壓時(shí)的部位不會(huì)產(chǎn)生不可拉伸的應(yīng)力,通過預(yù)先減少施工構(gòu)件在最大彎矩承載作用下的拉伸力應(yīng)變和減少受壓部位應(yīng)力,提高施工構(gòu)件在受壓達(dá)到最大彎矩承載力時(shí)的初始應(yīng)變控制性能和應(yīng)力增量,同時(shí)這也使得鋼筋加固后施工鋼筋的初始應(yīng)力控制性能也因此得以大幅度地改善。

4.5 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在多跨度連續(xù)橋梁中的應(yīng)用

該多跨連續(xù)梁有正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)。負(fù)矩通常產(chǎn)生在軸承的上部和在跨度中的正力矩。當(dāng)高速公路橋梁的撓曲荷載和剪力荷載不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的加固處理，但如果高速公路跨區(qū)間的彎曲應(yīng)力不能滿足要求，這種施工方法相對(duì)容易。

5 施工期間的質(zhì)量控制

第一步施工的主要目的之一是控制波浪形曲線整體形狀的質(zhì)量定位，即所有經(jīng)線曲線控制點(diǎn)的形狀高度控制應(yīng)盡可能準(zhǔn)確和牢固。

施工過程中各階段張拉、灌漿施工質(zhì)量的監(jiān)督和管理，保證了整個(gè)施工設(shè)計(jì)過程各材料的張拉伸長(zhǎng)應(yīng)力能完全滿足工程設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，并能在工程設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定的最大限度內(nèi)，充分地控制張拉力值的異常變化。注漿時(shí)，孔內(nèi)施工漿液測(cè)量值小，精度高。

各種工藝的質(zhì)量控制正在得到加強(qiáng)。預(yù)應(yīng)力孔板的接頭、管道和上部注漿的接合點(diǎn)、脫氣的兩端以及噴水管內(nèi)外的外露管和脫氣孔，必須用灌漿將其嚴(yán)密封閉[2]?；炷潦┕ず蜐仓r(shí)，保護(hù)混凝土不與水直接接觸或發(fā)生振動(dòng)的金屬振動(dòng)棒部件不得以一定的預(yù)應(yīng)力沖擊孔穴和與混凝土連接的錨固物，以避免坑洞損壞或混凝土錨桿移位。模板有一個(gè)特殊的部分，如預(yù)應(yīng)力孔和鋼錨固，由于鋼板的密度而難以振動(dòng)，并且在后期施工中容易同時(shí)出現(xiàn)?；炷撩芊馐┕な窃陂_孔施工完成后及時(shí)緊固封孔的法蘭端和充孔、通孔口，以防止任何固體異物直接進(jìn)入施工人員體內(nèi)，有效地保護(hù)和保證了井眼連續(xù)的密封和關(guān)閉過程順利進(jìn)行。

普通專用鋼筋基層綁扎時(shí),切忌突然直接插入、防止將沒有預(yù)應(yīng)力的鋼筋的基層外皮直接插入刺破。普通鋼筋基層焊接工程施工時(shí),嚴(yán)禁直接使用沒有預(yù)應(yīng)力的鋼筋焊接當(dāng)作材料搭建焊接線,切勿對(duì)沒有預(yù)應(yīng)力的鋼筋附近的普通鋼筋焊接采取任何安全保護(hù)措施。先無縫綁扎的是梁的無縫預(yù)應(yīng)力筋,后面才是無縫綁扎板的無縫預(yù)應(yīng)力筋,梁內(nèi)的無縫拉筋定位應(yīng)該必須等到板的預(yù)應(yīng)力受拉筋被完全鋪設(shè)好后再對(duì)其進(jìn)行無縫綁扎,以便于保證預(yù)應(yīng)用受力筋在被貫穿時(shí)拉筋的準(zhǔn)確定位。待梁筋就位后方便即可開始綁扎梁筋模板上的底筋。板面正負(fù)筋綁扎應(yīng)該必須是在最后待所有預(yù)應(yīng)力筋的全部鋪設(shè)綁扎工序基本完成后,才能重新開始進(jìn)行綁扎(此時(shí)即稱為正負(fù)筋)。混凝土在連續(xù)澆筑的運(yùn)行過程中,在結(jié)構(gòu)張拉端和梁柱節(jié)點(diǎn)等重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)地方,混凝土結(jié)構(gòu)需要同時(shí)進(jìn)行連續(xù)澆搗密實(shí)。

必須嚴(yán)格限制泥漿攪拌過程中使用的水、水泥和各種添加劑的數(shù)量。如果混合物每次都是完全裝卸的，在所有泥漿全部裝卸之前，不得允許任何人將未裝填的原料放入廢物管或以任何其他方式添加材料[5]。

所有原材料在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)，試驗(yàn)報(bào)告中的數(shù)據(jù)是否完整，施工前記錄是否完成，驗(yàn)收程序是否完備，質(zhì)量要求評(píng)估是否符合標(biāo)準(zhǔn)[6]。

竣工后，張拉應(yīng)立即停錨兩天。在錨固前，應(yīng)使用手持磨料切割機(jī)切割多余長(zhǎng)度的預(yù)應(yīng)力筋。剩余長(zhǎng)度不得少于30 mm。錨桿和錨固孔必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行清潔和密封。

6 總 結(jié)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，無論是小公路還是大公路的建設(shè)，都將充分地應(yīng)用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。至于高速公路橋梁工程，后期的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用很大。然而，隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的引入，該工程的一些缺陷得到了解決?？梢?，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)工業(yè)機(jī)械設(shè)備技術(shù)也將得到進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

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