路橋施工中預應力技術的應用

秦凱

中鐵十四局集團有限公司 廣東 廣州 510080

引言

預應力混凝土橋梁是一種采用預應力技術施工的橋梁。在施工過程中，將鋼筋或鋼束預先張緊，然后澆筑混凝土，使混凝土在受力時能夠承受更大的荷載。預應力混凝土橋梁具有承載能力強、變形小、使用壽命長等優點，被廣泛應用于高速公路、鐵路、城市快速路等。

1 工程概況

某城市X路擴建工程中，應用預應力技術以增強橋梁的承載能力和延長使用壽命。本工程中，預應力技術的應用主要包括預應力混凝土橋梁和預制空心板梁。其中，預應力混凝土橋梁跨度為（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，總長為344.5m。預應力混凝土橋梁具有承載能力強、變形小、使用壽命長等優點，被廣泛應用于高速公路、鐵路、城市快速路等。另外，本工程中還使用了預制空心板梁，該梁采用預應力技術施工，具有結構輕便、施工方便、使用壽命長等優點，被廣泛應用于橋梁、隧道、地鐵等領域。預制空心板梁總共使用了36塊，其中20m預制預應力混凝土空心板梁采用預應力鋼束進行預應力張拉，采用錨具進行預應力錨固。全橋邊板采用10塊，中板采用26塊，梁高為95cm。在預應力技術的施工過程中，制定了專項方案，包括預應力鋼筋或鋼束的選用、預應力張拉方式、預應力錨固方式、混凝土澆筑方式等內容。本工程中，預應力鋼筋或鋼束選用了高強度鋼材，采用了先張后澆的預應力張拉方式，采用了錨具進行預應力錨固，混凝土澆筑采用了振搗澆筑的方式，以確保混凝土密實度和強度。除了預應力技術的應用，該工程中還采用了其他先進的施工技術，如鋼箱梁、鋼混組合梁等。鋼箱梁是一種采用鋼材制作的梁，具有結構輕便、施工方便、使用壽命長等優點，被廣泛應用于橋梁、隧道等領域。鋼混組合梁則是一種采用鋼材和混凝土組合制作的梁，具有承載能力強、耐久性好等優點，被廣泛應用于橋梁、高層建筑等領域。在施工過程中，本工程采用了先預制后現場拼裝的方式，以提高施工效率和質量。同時，還采用了BIM技術進行建模和施工管理，以確保施工過程的精準度和安全性[1]。

2 預應力施工工藝流程

測量放樣：根據設計圖紙進行測量放樣，確定空心板梁的尺寸預制空心板：（3×20，2×20）m，共5跨。修建臺座：在預制廠房中修建臺座，以支撐空心板梁的模板。綁扎鋼筋、安裝固定波紋管：在臺座上綁扎鋼筋，安裝固定波紋管，以保證空心板梁的預應力張拉。安裝模板：在鋼筋和波紋管上安裝模板，以形成空心板梁的外形澆筑底板混凝土：在模板中澆筑底板混凝土，以形成空心板梁的底部。安裝內芯模板：在底板混凝土上安裝內芯模板，以形成空心板梁的中空部分。澆筑梁身混凝土：在內芯模板中澆筑梁身混凝土，以形成空心板梁的梁身。取出模芯：在混凝土達到“取芯強度”強度后，混凝土取芯強度應不小于設計強度的0.75倍，取出內芯模板，形成空心板梁的中空部分。養護：對空心板梁進行養護，以確保混凝土強度達到設計要求。張拉：在混凝土達到一定強度后，進行預應力張拉，以提高空心板梁的承載能力。壓漿：在預應力張拉后，進行壓漿處理，以保證空心板梁的表面光滑、堅固。存梁：對空心板梁進行存放，以待后續的運輸和安裝。出坑：在需要使用空心板梁的現場，進行出坑安裝，以完成匝道橋工程的建設。在空心板梁預制的過程中，需要注意施工安全和質量控制，確保預制構件的質量符合設計要求。同時，在預制過程中需要進行充分的養護和檢測，以確保混凝土的強度和預應力張拉的效果。在出坑安裝時，需要注意安全和精度控制，確保空心板梁的準確安裝和結構的穩定性。

3 預應力施工技術

3.1 路橋預應力結構設計

在路橋預應力結構設計中，需要參考相關的設計規范標準，如《公路橋梁預應力混凝土設計規范》 《鐵路橋梁預應力混凝土設計規范》等，以確保設計符合國家標準和規范的要求。在設計前，需要對預應力承載極限和自身狀態進行充分考慮，包括預應力鋼筋的張拉和錨固方式、預應力鋼筋的數量和布置、混凝土的強度等因素。同時，需要考慮路橋結構支撐條件下的安全性，如地基承載能力、地震作用等，在施工中，需要嚴格計算材料應力和結構強度，確保預應力鋼筋的張拉力和混凝土的應力符合設計要求。同時，需要注意施工過程中的質量控制，如混凝土的配合比、坍落度、振搗等，以確保混凝土的強度和質量。

在設計和施工過程中，還需要考慮預應力結構的使用壽命和維護保養。對于路橋預應力結構，需要注意防止腐蝕和疲勞損傷，定期進行檢查和維護，及時處理結構存在的問題，以確保路橋工程在后期使用中的安全和可靠性。

此外，在路橋預應力結構設計中，還需要充分考慮結構的變形和位移。由于預應力鋼筋的存在，結構在使用過程中會產生一定的變形和位移，因此需要對結構的變形和位移進行充分的分析和計算，以確保結構的穩定性和安全性。

3.2 預應力效應分析

預應力效應分析的主要目的是確定預應力鋼筋的張拉力和混凝土的應力狀態，以確保結構的穩定性和安全性。在預應力效應分析中，需要考慮預應力的損失，包括瞬時損失和后期損失。瞬時損失是指預應力鋼筋在張拉過程中由于摩擦、彈性變形等原因導致的預應力損失。后期損失則主要出現在鋼束的錨具固定之后，包括預應力的束張和混凝土收縮，促使前期鋼束縱向的預應力減少和鋼束松弛。因此，在預應力效應分析中需要對預應力的損失進行充分的考慮，以確保預應力鋼筋的張拉力符合設計要求。

在進行預應力效應分析時，需要考慮預應力鋼筋的數量和布置、混凝土的強度和收縮等因素。同時，還需要考慮結構的變形和位移，以確保結構的穩定性和安全性。在分析過程中，可以采用有限元分析等計算方法，對預應力效應進行詳細的計算和分析。在預應力效應分析中，還需要對錨具和鋼筋進行充分的設計和選擇。錨具的設計應考慮錨固力的大小、錨固長度和錨固方式等因素，以確保預應力鋼筋的張拉力能夠得到充分的保證。鋼筋的選擇應考慮鋼筋的強度、耐腐蝕性和耐久性等因素，以確保鋼筋能夠長期保持預應力狀態[2]。

3.3 波紋管施工技術

波紋管的選材應根據實際情況進行選擇，確保其具有足夠的強度和耐腐蝕性能。波紋管的安裝應按照設計要求進行，包括管道的鋪設、連接和固定等。在安裝過程中，需要注意管道的坡度和排水方向，以確保排水暢通。波紋管的連接方式采用了法蘭連接，確保連接緊密、密封可靠。在波紋管的安裝過程中，需要注意管道的保護，避免管道受到損壞或壓力過大。在波紋管的使用過程中，需要進行定期的檢查和維護，確保管道的暢通和安全。

波紋管的施工工藝包括以下幾個步驟：波紋管的鋪設→波紋管的連接→波紋管的固定→波紋管的檢查和維護。

如發現管道存在損壞或堵塞等問題，需要及時采取措施進行修復和清理。需要注意的是，波紋管的施工需要嚴格遵守相關的安全規范和標準，確保施工過程中不會對工人和周圍環境造成影響。在施工過程中，需要采取相應的安全措施，包括佩戴安全帽、安全繩等個人防護裝備，以及設置安全警示標志和隔離帶等安全措施，確保施工過程的安全和穩定。

3.4 混凝土澆筑

在該工程預應力混凝土橋梁中，混凝土的強度等級為C50，C50混凝土中水泥的用量為400kg/m3左右，砂子的用量為650kg/m3左右，砂子的粒徑應控制在5mm以下。石子的用量為1100kg/m3左右，石子的粒徑應控制在20mm以下。水的用量為180kg/m3左右，水的用量應控制在混凝土含水率的范圍內，以保證混凝土的坍落度和流動性。

需要注意的是，C50混凝土的配合比應根據實際情況進行設計和調整，以滿足混凝土的強度等級和使用要求。在進行混凝土澆筑前，需要進行充分的試驗和檢測，以確保混凝土的質量和強度符合要求。

3.5 鋼筋的張拉

鋼筋的張拉是預應力結構中預應力鋼筋施加預應力的過程。預應力鋼筋的張拉是通過千斤頂和錨具等設備施加力來實現的。在鋼筋張拉前，需要對鋼筋進行預處理，包括清潔、涂覆防銹劑等。這些處理措施能夠保證鋼筋表面的潔凈度和耐腐蝕性，從而確保鋼筋的質量和性能。在鋼筋預處理后，將鋼筋的一端固定在錨具上，另一端固定在千斤頂上。然后，通過千斤頂施加力，使鋼筋逐漸拉伸，直至達到預定的預應力值。在張拉過程中，需要注意控制張拉速度和張拉力的大小，以確保鋼筋的穩定性和安全性。在鋼筋張拉后，需要對鋼筋的伸長進行測量，以確保鋼筋的預應力狀態符合設計要求。測量伸長需要使用專用的測量儀器，如伸長計等。在測量伸長時，需要保證測量的準確性和可靠性，避免誤差的產生。在鋼筋張拉和測量伸長后，需要對鋼筋進行錨固，以保證鋼筋的預應力狀態能夠長期保持。錨固通常采用錨板和錨固套筒等設備，將鋼筋的端部固定在混凝土結構中，以防止鋼筋的移動和松弛。

3.6 路橋工程中預應力技術的應用策略

選擇合適的預應力方案：在進行路橋工程設計時，需要根據工程的特點和要求選擇合適的預應力方案，包括預應力鋼筋的數量、布置方式、張拉方案等。同時，還需要考慮預應力鋼筋的材料和規格等因素。嚴格控制施工質量：在進行預應力施工時，需要嚴格按照設計要求和施工規范進行操作，包括預處理、張拉、測量伸長和錨固等環節。同時，還需要對預應力設備進行配套標定和定期校驗，以確保設備的質量和性能符合要求。

根據該工程提供的橋梁跨度和類型，預應力鋼筋的數量、布置方式和張拉方案應該如下：鋼箱梁（3×23（23，25，23））m：由于鋼箱梁的跨度較大，荷載也較重，因此需要較多的預應力鋼筋。預應力鋼筋的布置方式采用的是縱向布置和斜向布置相結合的方式，以提高整個梁體的承載能力。張拉方案采用多次張拉的方法，先進行初張拉，再進行二次張拉和三次張拉，以確保預應力鋼筋的張拉均勻和穩定。

預制空心板（3×20，2×20）m：預制空心板的跨度較小，荷載也較輕，因此需要較少的預應力鋼筋。預應力鋼筋的布置方式采用縱向布置和橫向布置相結合的方式，以提高整個板體的承載能力。張拉方案采用一次張拉的方法，即先進行一次張拉，然后進行持荷和錨固等工作。鋼混組合梁（20，22，24.5）m和（12，16，10）m：鋼混組合梁的跨度較小，荷載也較輕，因此需要較少的預應力鋼筋。預應力鋼筋的布置方式采用縱向布置和橫向布置相結合的方式，以提高整個梁體的承載能力。張拉方案采用一次張拉的方法，即先進行一次張拉，然后進行持荷和錨固等工作[3]。

4 結束語

綜上所述：在路橋施工中，預應力技術是一種廣泛應用的技術，其應用可以提高橋梁結構的承載能力和使用壽命。預應力技術主要通過施加預應力，使混凝土結構在使用過程中具有更好的承載能力和穩定性。預應力技術的應用主要包括預應力混凝土橋梁的設計和施工、預應力鋼筋的使用以及預應力張拉設備的使用等方面。在預應力混凝土橋梁的設計和施工中，需要注意預應力的大小、位置和方向等要素，以確保橋梁結構的強度和穩定性。預應力鋼筋的使用需要注意預應力的大小、位置和方向等要素，以確保混凝土結構的強度和穩定性。同時，預應力張拉設備的使用也需要注意設備的質量和性能，以確保預應力的施加效果和安全性。