預應力施工在連續剛構橋梁中的應用

摘要 預應力施工是一種通過預先引入張拉力以抵消后續負載引起的應力的技術，能夠有效提高橋梁結構的承載能力和耐久性。文章概述了預應力施工技術的基本原理及其在連續剛構橋梁中的應用方法，包括預應力筋的布置、張拉過程以及后續的錨固技術，通過理論分析和實際案例研究，揭示了預應力筋在改善橋梁結構的受力狀態，減少變形，提高結構的整體穩定性和安全性方面的作用效果。

關鍵詞 橋梁工程；預應力施工；連續剛構橋

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0135-03

0 引言

連續剛構橋梁作為現代橋梁工程的重要組成部分，其設計與施工技術的創新對于提升橋梁性能、確保行車安全具有重要意義。預應力施工技術作為一種先進的施工方法，通過預先在結構中施加應力，能夠有效地改善結構受力狀態，提高結構的承載能力。文章旨在探討預應力施工技術在連續剛構橋梁中的應用，通過深入分析預應力施工的原理、方法和效果，為橋梁工程的設計和施工提供有益的參考。

1 工程介紹

文章以侯底下特大橋預應力施工為例，項目橋梁上部結構主橋采用變截面單箱室三向預應力混凝土連續剛構，主梁斷面采用直腹板箱梁斷面。箱梁頂板橫坡與橋面橫坡一致，箱底水平，邊墩墩頂設置2.5 m寬橫隔梁，中墩墩頂設置兩根1.5 m寬橫梁。

2 原材料的檢驗

預應力鋼絞線錨具核心組成部分包括錨環、夾片、墊板以及喇叭管，這些組件以連體鑄件的形式呈現。在錨具的性能參數中，夾片的硬度控制在60～64 HRC的范圍內，錨環的硬度要求為28～38 HRC，在幾何尺寸上，錨環的厚度和直徑的公差分別被限制在5 mm和2 mm以內。

波紋管在現場應用前需測試，包括集中荷載、均布荷載、軸向拉力和彎曲抗滲試驗，在下料過程中，鋼絞線采用砂輪切割機進行切割，使用鉛絲將鋼絞線的端頭捆扎。在箱梁三向預應力體系的構建中，采用Фs15.2的鋼絞線，M15型錨具與錐形自錨頭為錨具系統的標準配置。

3 預應力張拉工藝

3.1 張拉順序

為了充分地發揮預應力的作用，必須嚴格按照設計圖紙中關于預應力張拉的施工要求來進行，主橋橫、豎向預應力滯后三個節段張拉。全橋合龍后，張拉剩余節段的所有鋼束，箱梁合龍后的二期預應力鋼束應按圖紙規定分批張拉，每批預應力鋼束張拉對應鋼管及時壓漿，并壓漿強度達到90%后再張拉后一批預應力鋼束，每次張拉時順序如圖1所示。

3.2 縱向預應力鋼束張拉

針對懸臂頂板束（T系列）、懸臂腹板束（XF系列）、邊跨連續頂板束（BT系列）、中跨連續底板束（ZB系列）、中跨連續頂板束（ZT系列）、邊跨連續底板束（BB系列）以及體外束（E系列），所選用的鋼絞線規格與類型均有所差異。懸臂頂板束與懸臂腹板束主要采用了9、12、15、17Фs15.2的高強低松弛鋼絞線，邊跨連續頂板束則選用了15Фs15.2的鋼絞線，以適應連續梁的特殊受力要求，中跨連續底板束和邊跨連續底板束主要使用了12、15Фs15.2的鋼絞線，中跨連續頂板束選用了12Фs15.2的鋼絞線，體外束則統一采用15Фs15.2的鋼絞線[1]，張拉流程如圖2所示。

3.3 橫向及豎向預應力管道壓漿施工

在預應力鋼絞線張拉完成后，為確保結構整潔和性能穩定，需將多余的鋼絞線切除，切除后的外余長度應維持在約3 cm。使用高標號水泥砂漿將錨板與鋼絞線、錨墊板之間的間隙充分填實，當填充砂漿的抗壓強度超過10 MPa后，方可進行管道壓漿工作。

所有預應力管道在張拉完成后應盡早進行壓漿處理，以確保預應力效果的有效傳遞，壓漿用水泥漿的水灰比建議控制在0.4～0.45之間，以確保漿體的流動性和強度。漿體在28 d齡期后的抗壓強度應不低于55 MPa，膨脹率控制在5%以內，選擇的外加劑需具備減水、緩凝、微膨脹的功能，且不含有鋁粉，其摻量應通過試驗確定，同時水泥漿的泌水率應低于2%，泌水在24 h內應被漿體完全吸收，水泥稠度控制在14～18 s之間，且停止攪拌30 min后，流動度損失不得超過2 s。

壓漿前，必須對孔道進行徹底清潔，以消除可能存在的油污等雜質。清潔時，可采用對預應力筋和管道無腐蝕作用的中性洗滌劑或皂液，并用水稀釋后沖洗。沖洗完成后，應使用不含油的壓縮空氣將孔道內的積水全部吹出，確保孔道干燥。

壓漿操作應遵循一定的順序，優先進行下層孔道的壓漿，壓漿過程應緩慢且均勻，不得中斷。壓漿結束5 h后，應打開觀察孔，檢查孔內漿體的飽滿情況。

壓漿機械宜選用活塞式壓漿機，壓漿時的最大壓力一般控制在0.5～0.7 MPa之間。壓漿應持續進行，直至孔道另一端飽滿并有水泥漿從出漿孔排出，且排出漿體的稠度與規定稠度一致。為確保管道內充滿灰漿，關閉出漿口后，應維持不小于0.5 MPa的穩壓期，該穩壓期不得少于2 min。

3.4 封端

在完成壓漿后，需要對錨固點周圍進行仔細的沖洗，確保無雜質殘留，沖洗完成后，對梁端混凝土進行鑿毛處理。鑿毛的目的是增加混凝土表面的粗糙度，提高新舊混凝土之間的黏結力。在設置封錨鋼筋網時，需要嚴格控制其幾何尺寸，確保與連接混凝土保持平整，封錨鋼筋網的作用是增強封錨混凝土的受力性能，防止混凝土在受力過程中發生開裂或破壞，在安裝過程中，必須保證鋼筋網的位置準確、固定牢固。

安裝封端混凝土模板過程中，需要確保模板與連接混凝土保持平整，特別是隔板橫向束立模澆筑封錨混凝土時，模板的固定尤為重要。通過采用適當的固定措施，確保模板在澆筑混凝土時不變形、不松動[2]。

在完成封錨混凝土的澆筑后，還需要進行打磨修飾工作，使混凝土表面更加光滑、美觀，同時檢查并修補可能存在的缺陷。

3.5 縱向預應力束真空輔助壓漿施工

為確保全橋縱向預應力管道壓漿的質量與效果，該工程采用先進的真空輔助壓漿工藝，此工藝能顯著提高孔道內漿體的飽滿度和密實度，確保預應力筋的長期耐久性和安全性。

（1）真空處理

壓漿前，首先使用真空泵對預應力孔道進行抽氣處理，目的是使孔道內的空氣被有效抽出，達到約?0.1 MPa的真空度。

（2）壓漿操作

在孔道的另一端，利用灌漿泵以適當的壓力將預先攪拌好的水泥漿體壓入預應力孔道，由于孔道內的真空狀態與壓漿泵的正壓之間的壓差，孔道內的殘留水珠在接近真空的環境下迅速氣化，并與空氣一同被抽出。

（3）漿體優化

為進一步提高漿體的質量，采取了多項措施：首先，降低水灰比，以提高漿體的強度和耐久性；其次，添加專用的外加劑，以減少漿體的離析、析水和干硬收縮，進一步確保漿體的均勻性和穩定性。

（4）優勢與效果

通過真空輔助壓漿工藝，不僅有效消除了漿體中的氣泡，還大大降低了水積聚在預應力筋附近的可能性，從而顯著減少了預應力筋的腐蝕風險，此外在真空狀態下，孔道的高低彎曲所產生的漿體壓力差得到了有效緩解，使漿體更容易充滿整個孔道，尤其是那些異形或關鍵部位。

（5）記錄與監測

為確保壓漿質量可控，每次壓漿操作都應詳細記錄，包括真空度、壓漿壓力、漿體配合比等關鍵參數，同時定期對壓漿后的孔道進行質量檢查，確?？椎纼葷{體的飽滿度和密實度滿足設計要求。

3.6 試抽真空

（1）真空泵試運行與密封性檢查

在正式進行壓漿前，需啟動真空泵進行至少10 min的試抽真空操作，此步驟旨在檢查水泥砂漿封錨頭或密封罩的密封性能。在試抽過程中，應密切監視真空壓力表的讀數，確保真空度能夠達到并穩定在?0.08 MPa左右，若真空度無法達到該數值，或壓力下降過快（小于?0.02 MPa），則表明孔道密封不良，需立即進行密封性能的檢查和修正。

（2）孔道抽真空操作

在孔道密封性良好后，關閉壓漿閥，打開抽真空閥，再次啟動真空泵進行孔道抽真空。抽真空過程中，應通過導管不斷排除孔道內的空氣，同時密切監視真空壓力表的讀數，當真空度再次達到并穩定在?0.08 MPa左右時，可認為孔道抽真空操作完成。

（3）停泵觀察與孔道密封性驗證

在孔道抽真空完成后，停止真空泵運行，并觀察1 min。若在此期間，真空度下降不超過?0.02 MPa，則可認為孔道密封性良好，能夠維持所需的真空度，若真空度下降過快，則表明孔道密封存在問題，需立即進行檢查和修正。

（4）密封性不良的處理

若在試抽真空或孔道抽真空過程中發現孔道密封性不良，應立即停止壓漿操作，并對孔道密封性能進行檢查和修正?？赡苌婕皩λ嗌皾{封錨頭或密封罩的重新密封處理，以及可能的孔道清理工作，孔道密封性良好后，方可繼續進行后續的壓漿操作。

（5）記錄與監測

在整個真空輔助壓漿過程中，應詳細記錄各項操作參數，包括真空度、抽真空時間、停泵后真空度變化等，同時定期對孔道的密封性和壓漿質量進行檢查，確保橋梁預應力管道壓漿施工的質量和安全。

3.7 拌漿

該橋采用專業廠家生產的壓漿料作為預應力孔道壓漿材料，壓漿料一般為粉狀混合物，現場按照說明書加水比例加水攪拌均勻即可使用。

壓漿料漿液推薦的水膠比范圍為0.26～0.28，制備過程中，應先在攪拌機中加入適量的拌和水，隨后啟動攪拌機。在攪拌的同時，均勻地將全部壓漿料加入攪拌機中，當所有粉料加入完畢后，應繼續攪拌5～10 min，以確保漿液的均勻性[3]。

漿液使用與保存應注意以下內容：

（1）從攪拌完成到壓入孔道的時間間隔應嚴格控制，不宜超過40 min，以確保漿液的性能不受影響。

（2）在使用前及壓注過程中，漿料應持續攪拌，以維持其流動性，若因延遲使用導致漿液流動度降低，不得通過額外加水來提高其流動性，以免影響漿液的性能。

（3）壓漿時，漿體的溫度應維持在5～30℃之間，若不滿足此條件，應采取相應措施以確保壓漿過程的順利進行。

（4）為確保壓漿效果，預應力管道壓漿料和水的稱量必須精確，在制備漿液時，應嚴格按照確定的水膠比加水，不得隨意調整加水量。

3.8 壓漿

啟動真空泵：在確保系統密封性的前提下，啟動真空泵，持續抽氣直至系統內部真空度穩定在?0.06～?0.08 MPa的范圍內。

壓漿泵的準備與操作：當達到并維持所需的真空度后，啟動壓漿泵，觀察高壓橡膠管出口，確保漿體順利流出。當出口漿體的濃度與儲漿筒中的濃度一致時，關閉壓漿泵及其相關閥門。

壓漿過程：將高壓橡膠管的壓漿管與孔道的壓漿管對接，確保連接緊密無泄漏，隨后打開兩個壓漿管的閥門，開始進行壓漿操作。

觀察與調整：在壓漿過程中，密切關注觀察管5的出漿情況，當觀察到漿體的稠度與初始灌入時的稠度一致時，關閉閥6，隨后將孔道加壓至約0.5 MPa，并繼續壓漿2～3 min，以確保管道內部充滿壓力。

完成壓漿與后續處理：完成上述步驟后，關閉壓漿閥，完成壓漿過程，按照試驗設計，每個工作日應制作不少于3組7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm的立方體試件，并在標準條件下養護28 d。

3.9 清洗

清洗壓漿泵、攪拌機、閥門、過濾裝置、各種管道以及粘有灰漿的工具。

3.10 封錨

在懸灌施工過程中，對于腹板束和頂板束的處理與張拉壓漿后的封端方式具有特定的要求。首先，腹板束和頂板束在張拉壓漿后，會直接澆筑在下一混凝土段內，以此作為封端措施，因此無需另行進行專門的封端工作[4]。其次，對于合龍頂板束和底板束，由于其錨頭部分外露，必須采取額外的封端措施，關于封端的施工及其相關要求，具體細節如下：

（1）在完成孔道壓漿工作后，必須立即清除梁端殘留的水泥漿，并將端面混凝土表面進行鑿毛處理，以確保后續封端材料與混凝土之間的良好黏結。

（2）在端面處理完成后，開始進行端部鋼筋網的綁扎工作，并將其與端面預留的鋼筋進行焊接，以增強封端結構的整體穩定性。

（3）當兩邊跨端頭的縱向束張拉和壓漿工作全部完成后，可在鋸齒塊縱向束錨端增設鋼筋網片，以增強該區域的承載能力，隨后使用C55混凝土進行填封工作，在進行混凝土填封前，必須先將接茬面鑿毛，并用清水沖洗干凈，確保新舊混凝土之間能夠緊密結合。

4 結論

預應力施工技術在連續剛構橋梁領域的實施，帶來了顯著的工程效益。該技術通過科學合理地引入預應力，極大地改善了橋梁結構的力學性能，不僅提高了橋梁的跨越能力和承載效率，還顯著延長了橋梁的使用壽命，促進了施工技術的革新，實現了資源的高效利用與成本的合理控制。預應力施工在連續剛構橋梁建設中的成功應用為未來大型橋梁結構的設計與施工提供了一定的經驗和參考。

參考文獻

[1]閆亞亮.公路箱梁預應力智能張拉與壓漿施工技術研究[J].四川建材，2024（3）：21-23.

[2]潘凱，劉建林，楊剛.預應力混凝土連續剛構橋施工技術應用[J].四川建筑，2024（1）：129-131.

[3]莫啟銘.基于后張法預應力施工技術的公路橋梁建設研究[J].交通建設與管理，2024（1）：143-145.

[4]劉斐.大跨徑連續剛構橋梁施工技術分析[J].安徽建筑，2023（12）：53-54+192.