道路橋梁預應力施工技術的應用

鄒龍昆

(江西中煤建設集團有限公司,南昌 330038)

預應力技術能夠加強道路橋梁的穩定性,避免產生裂縫問題,保證工程質量及安全。施工需按照規范開展作業,保證各環節的施工質量,發揮技術優勢,提升工程建設水平[1-2]。

某預應力混凝土連續剛構橋橋長186 m,跨徑2 m×13 m+8 m×20 m,橋寬20 m,上部結構為預應力混凝土箱梁,采用掛籃懸臂澆筑完成,橋墩為圓端形實體橋墩,鉆孔灌注樁基礎,橋面鋪裝層采用瀝青混凝土面層。圖1為此預應力混凝土連續剛構橋箱梁結構。

圖1 預應力箱梁結構Fig.1 Structure of prestressed box girder

1 預應力施工技術要點

1.1 錨固錨具

預應力施工中,錨固錨具的質量及可靠性對結構安全性及使用壽命有著重要影響,必須嚴格按照規范要求選擇合適的錨固錨具,確保其質量及性能符合設計要求。使用錨固錨具時需進行嚴格的操作及施工控制,確保錨固過程中的張拉力及位移控制符合設計要求,確保預應力鋼絞線得到有效錨固[3]。

施工前,要確定預應力鋼絞線的布置位置,考慮結構設計、荷載要求、施工可行性及效率,確保預應力能夠有效傳遞到結構的關鍵部位。針對跨中轉向橫肋施工作業與鋼絞線存在偏差的問題,施工過程中要及時調整,對錨固端橫梁的預埋位置進行準確計算及布置,保證預應力鋼絞線在錨固端橫梁中的錨固長度滿足設計要求。在橋墩設置導槽及跨中轉彎橫筋時,應根據設計及規范要求施工。為保證支護結構中預應力鋼索能被精準導引至預設位置且在受力時能發揮支護與導引功能,需保證支護結構的幾何尺寸精度。在跨中轉向橫肋施工時,需保證鋼絞線的彎折處符合要求,對各端部進行打磨,避免出現卡滑問題,確保鋼絞線的錨固效果及施工質量。

1.2 預應力筋

預應力鋼筋張拉主要分為預加載和高應力張拉。在工程實踐中雖然采用標號等方法對鋼絲繩定位進行控制,但張拉時還會發生鋼絲繩纏繞的現象。為避免出現此問題,需預緊張拉,通過適當的預拉力來消除鋼絞線的松弛,保持其緊致狀態,從而在高應力張拉階段能夠更好地控制鋼絞線的位移及拉力。通過預緊張拉調整鋼絞線的張拉位置,使其處于合適的狀態,降低張拉時出現纏繞或錯位的風險。在進行預緊張拉時,由于鋼絞線的長度較長,其下垂量較大。為了保證預應力筋在結構內的均衡張拉,應從兩端同時進行預緊張拉并進行對稱處理,以確保鋼絞線下兩端的黏結長度相差不會過大,保持結構的穩定性及均衡性。預緊張拉的力量應控制在設計張拉力的15%左右[4]。

預應力筋的理論伸長值是評估及控制預應力筋在施工過程中長度的控制指標。理論伸長值是預應力筋在受到拉力作用后產生的伸長長度,通過以下公式計算得出：

(1)

式中,ΔL為預應力鋼筋的計算伸長值,m;Pp為預應力鋼筋的平均張拉力,N;L為預應力鋼筋在孔道中的長度,m;Ap為預應力鋼筋的截面面積,mm2;Ep為預應力鋼筋的彈性模量,MPa。

1.3 壓力灌漿

預應力鋼筋失去保護后會以非水平彎曲或傾斜狀態存在,且水泥漿自身的水蒸發會導致空隙形成。在高應力張拉操作過程中,預應力鋼筋容易發生腐蝕,腐蝕部分會出現缺損,嚴重影響鋼筋混凝土結構的穩定性,進而影響公路橋梁的施工效果。在灌漿過程中需控制水泥漿的配合比及澆筑時間,嚴格按照施工規范及要求進行操作[5]。

2 橋梁施工監測及控制

為保證梁體的線形控制,在正式施工前需對其進行初算。利用Midas Civil有限元軟件,建立橋梁整體結構模型,進行固結模擬。

2.1 截面應力

主跨跨中與箱梁根部截面縱向應力結果分別如圖2(a)、(b)所示。

圖2 主梁截面應力實測值Fig.2 Measured stress values of main beam section

由圖2可知,主跨跨中與箱梁根部頂板截面為受壓狀態,底板截面為受拉狀態,隨加載等級的增加,應力逐漸增大,但均未超出容許限制,表明在施工過程中梁體結構未出現裂縫等病害。

2.2 位移

為了保證本橋線形的優美、平順及合龍口兩端的高差達到一定的標準,在施工過程中需對每個梁段的撓度變化進行測量,在進行豎向撓度測量時,需對相同斷面的各個測點間的高差進行測量,以確保中線走向及平面的穩定性[6]。按照施工需要在每個分段的縱向方向兩端20 cm處分別設5個測點,沿0#塊水平方向設水平測量參考點,梁端測點的埋置應考慮梁段的特點及施工條件,避免因吊籃行走軌跡遮擋而造成影響。

2.2.1 梁體自重荷載下變形

以1#墩最大懸臂狀態為例,進行自重荷載下的梁體變形計算,在自重荷載作用下,梁體結構的變形情況如圖3所示。

圖3 自重荷載作用下的位移變形Fig.3 Displacement and deformation under self-weight load

由圖3可知,在自重荷載作用下,隨著懸臂長度的增加,懸臂段的變形逐漸增大。在節點11處,由于與支撐的連接方式不同,局部約束導致應力集中,令端頭附近梁體位移最大。故在進行橋梁設計及施工時需綜合考慮懸臂長度、結構穩定性、局部約束等因素,保證橋梁的安全性及穩定性,確保其在使用壽命內滿足設計要求。

2.2.2 預應力荷載下的變形

隨著鋼束的不斷張拉,在預應力荷載作用下,梁體各節點的撓度變形情況如圖4所示。

圖4 預應力荷載作用下節點的位移變形Fig.4 Displacement and deformation of joints under prestressed load

由圖4可知,支座處節點位移值為0,這是由于支座起到固定梁體的作用,使其在該位置不發生位移。懸臂距離端部越遠,需要張拉的鋼筋越多,導致梁體總體變形越大。在墩頂兩側隨著鋼束的張拉及預應力的施加,梁體變形逐漸增大。當接近梁端部時,梁體變形又逐漸減小。

2.2.3 材料收縮徐變作用引起的位移

收縮徐變作用下的各節點累計位移情況如圖5所示。

圖5 材料收縮徐變作用下的位移變形Fig.5 Displacement and deformation of materials under shrinkage and creep

由圖5可知,混凝土的變形情況主要集中在橋梁的中間位置,由墩頂部到墩兩邊逐步增加,到1/2L左右(L為橋跨)時又逐漸減少,在徐變作用下,最大變形絕對值為1.74 mm。表明在橋梁整個服役過程中徐變行為對其造成很大的影響。施工期間,徐變導致的變形會影響施工的準確性及穩定性,而在成橋后的使用階段,混凝土的長期徐變會導致橋梁的長期變形。

3 結束語

在市政道路橋梁施工中,采用預應力技術可改善橋梁結構的穩定性,防止出現裂縫,提高工程質量,延長使用壽命。以某預應力混凝土連續剛構橋工程為例,對橋梁施工預應力技術施工要點及監測控制等進行研究,為市政道路橋梁工程提供技術參考。