預應力施工技術在公路橋梁中的應用研究

摘要 為延長路橋使用壽命，保障項目質量，可采用預應力施工技術，解決施工難題，預防質量隱患。該文章以某公路橋梁為例，結合預應力技術原理、應用優勢，對路橋預應力施工技術應用展開研究，以明確路橋預應力施工要點，完善預應力技術方案，確保路橋安全性能，維護城市交通安全，助力公路橋梁建業事業發展。

關鍵詞 預應力；公路橋梁；施工技術

中圖分類號 U445.57 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0143-03

0 引言

城市化進程加快后，公路橋梁建設規模擴大，公路施工領域更廣。路橋施工病害會危及路橋壽命、交通安全，造成極大損失。因此，需升級施工技術，基于預應力技術，滿足路橋施工的高要求，降低路橋施工安全、質量風險。但應用預應力技術時，需明確路橋預應力施工要點，發揮技術優勢，有效解決路橋施工難點問題。

1 預應力施工技術原理

預應力是在施工期間給結構預先施加的壓應力，結構服役期間預加壓應力可全部或部分抵消荷載導致的拉應力，避免結構破壞。為改善路橋結構承載能力，可基于預應力技術，適量增加梁體鋼筋，施加預應力，預防路橋基礎結構變形[1]。混凝土橋梁結構中，諸多因素影響會使混凝土結構開裂，甚至產生不均勻沉降。預應力技術可降低路橋混凝土結構拉應力，約束其壓應力狀態，預防裂縫，提升施工質量。

2 預應力施工技術優勢

（1）增強路橋結構穩定性。路橋施工相對復雜，結構體系中組件多，各組件穩定性影響路橋整體質量。預應力技術有助于增加各組件張力，使其有效銜接，減少連接點裂縫問題，提升各組件穩定性。大跨度橋梁施工中，預應力技術優勢更加突出，可通過預應力供給，增強路橋抗荷載能力。

（2）改善路橋安全性能。路橋施工較為特殊，施工安全風險危害性強，運營期損失嚴重，且修復難度高。常規施工技術安全隱患多，預應力技術可提高路橋施工安全性，優化路橋結構應力分布，提升結構耐久性，保障路橋安全性能[2]。

3 公路橋梁中常用預應力施工技術

3.1 先張法

先張法順序是“先張拉，后澆筑”，后放松預應力筋。主要工藝包括“混凝土澆筑+振搗”“張拉預應力筋”“放松預應力筋”等。橋梁臺座需承擔預應力筋在路橋結構建設時產生所有張拉力，受力后不移動、不傾覆、不變形即可[3]。張拉包含多根張拉、單根張拉，多根張拉時，應初調應力，使各預應力筋初應力相等，約為張拉應力10%～15%，具體張拉程序如表1所示（σcon為張拉控制應力，單位kPa）。

3.2 后張法

后張法是“先澆筑，后張拉”，預應力筋區域需預留孔道，混凝土強度符合設計值后，穿入預應力筋張拉、錨固、孔道灌漿?？芍苯釉阡摻罨炷两Y構上張拉，無需臺座，可用于大型路橋預應力構件生產、拼裝。制梁步驟：制備留有預應力筋的梁體結構→澆筑混凝土至設計強度→穿入預應力筋后張拉錨固，澆筑梁端混凝土，常用高強度鋼絲束張拉，鋼絲下料長度為L=L0+L1，L0為路橋結構混凝土預留孔道長度（單位：m），L1為固定端、張拉端所需鋼絲工作長度（單位：m）。

3.3 體外預應力法

體外預應力法是應用獨立于路橋結構主體截面外預應力束施加預應力，可簡化預應力筋曲線，減少摩阻損失，預應力布置靈活，可實現局部加固，錨固結構尺寸小，無需粘連原結構，應力變化值小，利于結構受力[4]。體外索分別設于頂板、腹板、底板處，錨固形式為混凝土結構錨固、鋼結構錨固。

4 公路橋梁中預應力施工技術應用要點

4.1 項目概況

某公路橋梁項目，屬于城市改擴建工程，新建橋梁全長400 m，上部結構為現澆預應力連續箱梁，梁高1.7 m，混凝土等級C50，橋梁共設有4聯，為分幅橋。主梁結構為單箱三室箱梁，頂板寬度16～30 m，底板寬11 m，頂板厚度25 cm，底板厚22 cm，腹板厚50～90 cm。

預應力鋼絞線為7股，高強度PC、2級松弛鋼絞線，抗拉強度1860 MPa，張拉強度值0.75 fpk，鋼絞線直徑16 m，截面面積138 mm2，彈性模量2×105 MPa，松弛率小于0.03，鋼束回縮值小于6 mm。張拉后真空壓漿為50號純水泥漿，摻有微膨脹劑。

4.2 施工設計

項目采用“后張法”單端張拉工藝，具體流程見圖1：

4.3 技術要點

波紋管施工：

（1）將波紋管置于干燥、通風、防潮區域，室外保存需下墊枕木、帆布，輕搬運。外觀清潔、無損、無不規則褶皺及孔洞，符合施工要求。如外荷載作用后，可抵抗變形；澆筑混凝土，可防水泥漿滲漏。波紋管接長為同型大規格波紋管，管徑45～55 mm時，接頭管長度取值200 mm；管徑70～80 mm，管長取值250 mm；管徑90～100 mm，管長取值300 mm，兩端密封包裹，防漏漿，密封材料為塑料熱縮管、密封膠帶。

（2）基于梁底模板安裝波紋管，可分析預應力筋曲線坐標，定位管道安裝高度，標注于箍筋，明確波紋管曲線位置。應用鋼筋托架，固定波紋管，曲線間距控制為60 cm，直線段距離100 cm。鋼筋托架與箍筋焊接，箍筋下墊實，管路就位后應用U型鋼筋焊死。施工中避免波紋管反復彎曲，注意保護管壁。安裝后實施位置、曲線形狀檢測，確認有無破損。垂直度偏差±10 mm，水平度±20 mm。

布設孔道：

管道鋪設作業中同步設置排水孔、泌水孔、灌漿孔、排氣孔等孔道。排氣孔、灌漿孔設于橋梁跨中、結構兩端，孔距小于30 cm，孔徑小于16 mm，需使用輸漿管管嘴外徑。各孔道灌漿孔避免處于相同界面，孔向需滿足漿液自上而下、傾斜、水平注入需求。曲線管道灌漿孔可設于最低點，便于排放空氣，使灌漿密實[5]。可應用20 mm管徑PE管，預制孔道。排氣管緊密貼合波紋管、鋼管，并固定，防振搗時脫開?，F澆預應力結構，各孔可設于波紋管，覆蓋弧形壓板、海綿墊片后，摻入外徑200 mm、內徑160 mm塑料管，鋼絲扎牢，引出梁面50 cm留孔。

預應力筋穿束：

（1）按設計根數用鋼絲綁扎，每2 m綁扎1道鋼絲。

（2）穿錨墊板，編號，擠壓鎖頭器。

（3）鋼絞線一端封口，不包緊，防散絲。端頭套入牽引頭套，夾片夾緊。

（4）波紋管穿入單根鋼絲，卷揚機牽引鋼絲繩，鋼絲穿入，連接牽引頭。

（5）人工抬平鋼絞線，與管道平齊，梳理鋼絞線。每1 m綁扎鋼絲，順直等長后綁扎成束。

預應力張拉：

（1）張拉時機

預應力施加時，混凝土強度需大于設計90%，或澆筑時間超過7 d。張拉前進行抗壓試驗，強度值符合設計要求后開始張拉。

（2）張拉設備

預應力張拉力為設備額定張拉力50%～70%，張拉伸長值小于設備“最大張拉行程”。項目采用250 t千斤頂張拉，腹板預應力一束12根，底板一束4根鋼絞線。底板鋼筋密實，需用“頂壓型”千斤頂，高壓油管為橡膠管，壓力值大于50 MPa。應配套校驗張拉設備，測力精度大于±2%，校驗期限小于6個月。限位板錨固時，應明確位置，使設備夾片自錨，受力均勻，無滑絲、斷絲現象。

（3）張拉程序

項目預應力筋張拉控制力為1 340 MPa，極限抗拉強度為1 860 MPa。

1）明確張拉控制力后，理順鋼絞線，去除浮銹、油污，安裝夾片、工作錨，錨板孔穿鋼絞線，套用鋼套管，貼近夾片，小錘輕打，夾片置于毛孔，均勻縫隙。

2）基于同一軸線，調整錨具、千斤頂、限位板位置，限位正確后識別標識，安裝預應力張拉部件。

3）穿預應力筋束，定位準確，安裝自動錨具，預留千斤頂活塞行程。墊圈內孔隙穿過預應力筋束，貼合千斤頂后端，再次安裝錨具。千斤頂內筋順直、無交錯，防斷絲。啟動油泵，調整油壓，墊平千斤頂開始張拉。

（4）張拉要點

橋梁預應力施工采用“單端張拉”工藝，張拉區域預埋固定端。以箱梁設計中心為基礎，對稱張拉，基本順序為腹板→底板。張拉設計為5級加載模式，依次、分級調整油壓，油壓加載量10%、20%、100%。加載時需量測伸長值，檢查計算值、實際伸長值偏差，抵達規定油壓，持荷，一次性錨固。

1）鋼絞線穿入梁體后，立即張拉，避免長時間停放，或采取防銹措施。預應力鋼絞線束穿后，檢查波紋管，管道受損、密封性不足需立即處理更換，預防澆筑漏漿，引起堵塞管道。

2）嚴格遵守張拉順序、張拉方式對稱張拉。張拉速度應合理控制，每根鋼絞線受力應保持均勻，張拉力逐級加載?？苫谠O計張拉力10%、20%、50%分級張拉，逐級加載時應標記，測量、記錄鋼絞線伸長值、張拉力。鋼絞線束張拉力達到設計控制張拉力后，持荷5 min，張拉力不變，后錨固。因滑絲、斷絲需重復張拉時，相同鋼束張拉次數應小于3次。張拉結束后標記錨口鋼絞線，計算回縮量，回縮量小于6 mm。

3）結束張拉，檢查、確認鋼絞線張拉質量，合格后割絲，滑絲、斷筋、斷絲數量應符合預應力施工質量要求，如表2所示。基于預應力筋伸長值校核計算伸長值，差值應小于±6%。預應力筋穩定后錨固，外露長度大于30 mm。切割多余預應力筋，檢驗質量，確認無收縮，錨頭無漏漿、漏水情況。后清理錨墊板灌漿孔，保持灌漿通道暢通，孔道密封性良好。

（5）校核張拉伸長值

1）預應力筋伸長值計算公式為△L=FPL/APES。FP為預應力筋平均張拉力直線筋取張拉端張拉力（kPa），張拉力計算需扣除跨中孔道摩阻、張拉端拉力。AP為預應力筋截面面積（mm2），L為預應力筋長度（mm），ES為預應力筋彈性模量（N/mm2）。

2）鋼絞線張拉伸長量，計算部分別為曲線段、直線段鋼絞線，編號記為F1、F2、F3、F4，曲線、直線布置鋼絞線計算方法、預應力鋼束豎彎幾何要素不同，如表3所示。

3）實際張拉控制時，張拉、持荷結束后，千斤頂放松，夾片式錨夾片回縮自錨、錨具變形，錨下控制應力變小。根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）規定，夾片式錨具容許回縮量應小于6 mm。計算設計伸長值、實際伸長值時，應明確夾片回縮量。最后持荷后，測量預應力筋伸長量，補充每端鋼絞線拉長3～6 mm為夾片回縮量，確保錨下控制應力核算準確。

壓力灌漿：

封錨24～36 h之內孔道壓漿?？椎拦酀{為M50純水泥漿，水泥為42.5級硅酸鹽水泥，水灰比0.5，流動度150～200 mm。攪拌3 h后泌水率應小于2%～3%，摻有0.25%FDN、木質素橫酸鈣，保障泥漿強度。壓漿采用預應力孔道壓漿工藝，可避免鋼絞線銹蝕，提升鋼絞線、混凝土握裹力。

（1）灌漿前，沖洗孔道，抽拔管成孔。檢查排氣孔、灌漿孔。

（2）水平孔道先灌注底層孔道，后灌上層，可從首個灌漿孔灌注。豎直孔道自下而上分段灌注，上下端需設灌漿孔、排氣孔，需從最低點灌漿孔灌注。噴漿后木塞封堵，排氣孔稀漿量大于50 ml后封堵。灌注壓力0.5 MPa，保持30 s，封堵灌漿孔。

（3）依次向灌漿孔補壓、灌注，二次灌漿，提升密實度。后檢查驗收，測量路橋結構荷載力、密實度等數值。

5 結語

綜上所述，公路橋梁是城市交通經濟發展主體，其施工質量影響著路橋安全性能。近年來，路橋工程量增加，技術難度升級，特殊路段公路橋梁施工要求提升。預應力施工技術可預防路橋結構變形，減少結構裂縫，提高路橋工程安全系數。為保障路橋施工質量，需活用預應力技術，規范預應力張拉、預應力筋安裝等作業，發揮路橋預應力施工優勢，提升公路橋梁建設水平。

參考文獻

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[5]李巖.公路橋梁智能預應力張拉和壓漿施工質量控制[J].山東交通科技，2022（5）：34-38.

收稿日期：2024-02-19

作者簡介：謝勇（1989—），男，本科，工程師，從事項目管理工作。