關于公路橋梁施工中預應力技術應用分析

張圣春

（山東省路橋集團有限公司，山東濟南 250014）

0 引言

當前，在公路橋梁施工技術的不斷發展下，有效提高了公路橋梁工程結構的安全性、穩定性及可靠性。在施工過程中，需要科學采用各種新型施工技術提高施工質量，保證工程結構的各方面性能，滿足工程建設需求，確保人們出行安全和穩定。預應力技術是一種非常有效的工程技術，優勢顯著，在實踐應用中已經形成一整套比較完善的工程體系。但還存在部分問題，無法充分彰顯自身優勢，影響工程結構質量。對此，需要人們加強重視，科學分析公路橋梁施工中預應力技術的優缺點，以此制定可靠的應用對策。

1 預應力技術概述

在公路橋梁施工中，應用預應力技術可以大大提高橋梁工程結構的安全性、穩定性及可靠性。在混凝土結構中設置鋼絞線，創設預應力狀態，操作簡單、穩固可靠。預應力技術在公路橋梁中具有非常重要的作用，可以優化鋼筋混凝土的使用功能，提升橋梁的承受能力，提高公路橋梁使用的持久度。具體可以分為先張法和后張法[1]。

先張法是在澆筑混凝土前張拉鋼絞線，并將張拉的鋼絞線臨時錨固在臺座或鋼模上，然后澆筑混凝土。待混凝土養護達到不低于混凝土設計強度值的75%，鋼絞線與混凝土有足夠的黏結時，放松鋼絞線，借助混凝土與鋼絞線的黏結，對混凝土施加預應力的施工工藝，如圖1 所示。

圖1 先張法

后張法是在構件截面中預埋預應力管道，后澆筑混凝土，在混凝土強度達到設計要求后，穿鋼絞線并張拉到位的施工工藝。

應用該技術，可以有效節約材料，預防結構裂縫的產生，提高結構的穩定性和使用壽命。當前這種技術主要應用在預制混凝土構件中，如圖2 所示。

圖2 后張法

2 公路橋梁施工中預應力技術的常見問題

2.1 預應力張拉控制問題

在公路橋梁施工中預應力技術和其他工程技術有一定的區別。由于預應力技術目前在我國還處于發展階段，相關技術人員對該技術的認知不到位，缺乏相關專業知識和技能，在施工過程中會出現預應力張拉控制不到位的問題。加之，施工單位未對施工人員進行充分的培訓和教育，造成在混凝土張拉過程中，出現施工人員操作不當、施工過程控制不到位等情況。比如，選用千斤頂時沒有科學匹配油表、千斤頂未按規范要求及時校核、張拉時間不符合設計要求、拉應力超標或不足、伸長值和不同步率不符合設計要求等問題，以上這些因素會導致張拉應力出現欠張和超張的問題，最終導致質量問題的發生[2]。

2.2 預應力孔道堵塞問題

在公路橋梁施工中，應用預應力技術有時會出現孔道堵塞、跑位等問題，大大影響預應力張拉效果和施工進度，需要單位加強重視。造成孔道堵塞的問題主要原因有以下幾點：

一是在混凝土配合比設計階段，設計人員沒有根據規范要求、技術指標和現場實際情況對混凝土配合比進行設計、優化、調整，導致混凝土的和易性和坍落度等指標不達標，進而影響孔道受力。

二是孔道定位鋼筋沒有按設計要求布置，定位鋼筋間距過大或固定不牢固，導致在混凝土澆筑過程中，孔道移位嚴重。

三是振搗棒選用不當，振動力過大或在孔道附近密集振搗，造成孔道出現變形或破裂等問題，導致混凝土砂漿滲入孔道，堵塞孔道。

四是施工人員經驗不足、責任意識不強、質量標準不高，導致混凝土振搗和澆筑工藝不合理、不科學，造成孔道破裂問題，因而出現漏漿問題。

3 預應力技術應用要點

3.1 科學選擇材料和設備

第一，科學選擇鋼絞線。在應用預應力技術時需要科學選擇鋼絞線，鋼絞線的質量、規格和性能等要素直接影響橋梁工程結構的質量和穩固性。常見的鋼絞線包括預應力鋼絞線、鍍鋅鋼絞線及不銹鋼絞線。在施工中，大多數選擇預應力鋼絞線，操作簡單、性能穩定、外形美觀度高、造價低，被廣泛應用在公路橋梁施工中。第二，科學選擇預應力錨具。預應力錨具是一種應用在預應力混凝土中的永久性錨固裝置，可以將鋼絞線中的張拉力傳遞到混凝土內部結構中。預應力錨具包括張拉端錨具和固定端錨具，張拉端錨具是安裝在鋼絞線端部，且可以張拉的錨具，固定端錨具是安裝在鋼絞線端部，通常埋入混凝土中且不用張拉的錨具。第三，科學選擇張拉設備。張拉設備可分為電動張拉和液壓張拉兩類，前者多用于先張法，后者可用于先張法和后張法。山東省路橋集團有限公司多個公路工程采用的是智能液壓張拉設備，通過電腦自動計算，精度非常高，產生的誤差小。根據頻率判定需要的油壓，實現對張力值的正確控制，而且隨著設備的移動，可以精確地測量需要的伸長值。另外，該設備建立了報警系統，在實際操作過程中，出現任何故障或張拉結果不符合要求，系統會自動報警，保證設備運行的安全性。施工單位可以優先考慮使用該種張拉設備[3]。

3.2 精確布置孔道，合理安裝鋼絞線

孔道摩阻大小直接影響預應力的作用能否在公路橋梁上充分體現。孔道內徑不得小于2 倍鋼絞線面積，孔道的強度必須滿足設計要求，一般選擇金屬波紋管，且在波紋管內加裝PE 內襯管，在澆筑混凝土后，再抽拔內襯管。安裝內襯管前，應對其進行檢查，若發現破損及時更換。在波紋管安裝前，應充分熟悉設計圖紙，嚴格按照圖紙中所示坐標安裝定位鋼筋。曲線段定位鋼筋應加密，在每一個起彎位置必須安裝一道定位鋼筋，定位鋼筋內徑一般比波紋管外徑大1cm，太小會影響波紋管的穿束，太大會影響波紋管的精度。另外，須特別注意波紋管連接處的固定，一般選用大一號的波紋管進行連接，連接管的長度須滿足規范要求，連接后用膠帶進行纏繞。鋼絞線應上蓋下墊，嚴禁使用生銹的鋼絞線，鋼絞線下料時，一般用砂輪切割，不得用電焊機焊割，以免影響鋼絞線的性能，下料時兩端應留有余量，防止在張拉過程中脫頂。為方便鋼絞線穿束，在穿束前應將端頭做成尖狀，一般采用穿束機單根下料，編好束再用卷揚機整體拖拽。在穿束過程中，應避免鋼絞線相互纏繞或交叉。否則張拉后，相互纏繞或交叉的鋼絞線將彼此提供垂直于線長方向的作用力，造成鋼絞線受力不均，張拉數據存在偏差，而且容易導致鋼絞線斷裂，使預應力喪失，影響結構安全。鋼絞線穿束完成后，對鋼絞線裸露部分采用防雨套進行保護，防止雨水或露水侵蝕鋼絞線，影響預應力的效果。

3.3 預應力張拉條件的要求

在張拉前，混凝土強度、齡期、彈性模量均需達到設計要求。終張前，混凝土強度應達到該構件混凝土強度等級的100%。對于齡期，夏季混凝土一般需要養護3～4d，冬季混凝土一般養護4～5d 方可進行張拉。如果強度或齡期未達到設計要求就進行張拉，則會使混凝土前期產生較大的收縮徐變，造成預應力損失較大，導致橋梁下撓過大的不良后果。在施工過程中，為提高混凝土早期強度，縮短張拉時間，加快施工進度，施工單位可以在混凝土預制構件中加入早強劑。一般而言，在混凝土中加入一定量的早強劑，可將張拉時間提前1d 左右，有效提高工作效率。另外，彈性模量大小同樣影響張拉效果，如果彈性模量過大，則會造成橋梁徐變減小，松弛應力的作用減弱，進而造成混凝土內部的應力得不到有效釋放，最終導致混凝土結構產生裂縫。如果彈性模量不夠就進行張拉，造成鋼絞線與預留管道壁的摩阻力增大，導致預應力不夠，影響梁體受力，嚴重的可能造成梁體開裂。總之，在預應力混凝土張拉中，應嚴格控制混凝土強度、齡期和彈性模量，任一指標達不到設計要求，都會影響預應力張拉效果[4]。

3.4 規范壓漿作業

在鋼絞線張拉完成后，48h 內進行孔道壓漿。壓漿料應根據設計要求和環境條件進行選擇：在-5℃以下進行壓漿作業時，須選擇低溫型壓漿料，在低溫下具有流動性好、早強、高強、無收縮等優點。若選用常溫型壓漿料，在低溫下易結冰，嚴重影響鋼絞線的受力性能，造成鋼絞線應力損失過大。壓漿前，由試驗室專業人員對壓漿料進行試配，水泥、壓漿劑、水等各種材料的稱量應準確到±1%。壓漿前，應抽真空，使管道內的真空度穩定在-0.08～-0.06MPa。真空度穩定后，應立即開啟管道壓漿端閥門，同時開啟壓降泵進行連續壓漿。同一管道壓漿應連續進行，一次完成，中途不得停歇。從漿體攪拌到壓入結構體的時間不得超過40min。壓漿后，應從進漿孔和出漿孔檢查壓漿的效果，若不密實，應及時補漿，以保證漿液充滿整個管道[5]。

4 預應力技術在公路橋梁施工中的應用

在公路橋梁施工中，預應力對于確保橋梁工程的整體質量具有至關重要的作用。因此，在實際施工過程中，施工單位需掌握預應力技術的應用要點，通過科學施工，提升橋梁工程的施工質量。

第一，在鋼筋混凝土多跨連續梁中的應用。多跨連續梁包括正和負彎矩區，其中在支座中的彎矩值是負值，在跨中部的彎矩值為正值。在梁柱抗彎承載力和抗剪切承載力不達標的情況下，可以應用預應力技術對梁進行加固處理，不但可以提高結構的抗彎承載力和抗剪承載力，而且操作簡單，省時省力。

第二，在橋梁加固施工中的應用。可以通過補強構件、擴大截面積，提高橋梁的承載力，提高其使用壽命，滿足交通運輸的需要。但這種方法不僅浪費材料、拖延工期，而且當橋梁跨度達到一定值后并不適用，為此，預應力技術顯得至關重要，可以通過在結構內施加預應力解決以上問題。

第三，在混凝土路面中的應用。在公路橋梁的使用過程中，經過車輛碾壓，加上風雪等惡劣天氣的侵蝕，混凝土內部結構易發生變化，導致路面出現變形、裂縫等現象。為避免這種問題的出現，在公路橋梁施工中，根據施工現場實際情況，合理應用預應力技術，將混凝土的抗壓性能發揮至最大值[6]。

第四，在混凝土空心板中的應用。在公路橋梁施工中，混凝土空心板使用特別普遍，其特點是有多道圓孔形狀，大大降低了自重，有利于安裝拆卸和交通運輸。在小跨徑的公路橋梁施工中應用更為廣泛，效果更佳。若公路橋梁的跨徑小于規定尺寸，采用張拉法對松弛度較低的鋼絞線進行單根張拉，可以有效降低承載力。

5 結語

總之，預應力技術是一種非常先進、可靠的工程技術，將其應用在公路橋梁施工中，可以預防混凝土裂縫產生，提高混凝土結構的穩定性和耐久性。在應用時，需要掌握張拉時間、張拉力大小、孔道堵塞等問題，科學選擇施工材料和設備。最大化發揮該技術的優勢，以此提高公路橋梁施工的安全性。