公路桥梁施工中预应力技术及应用

2013-06-10李专辑

交通运输研究 2013年5期

李专辑

（新疆道路桥梁工程总公司第一工程处，新疆喀什 844000）

0 引言

近些年来，我国的公路桥梁建设越来越多，因此施工先进技术的需求也就越来越迫切。为了有效提高公路桥梁的耐久性，需要对其缺陷进行维护，从而来提高工程质量。预应力技术是当今桥梁公路中用途最为广泛的一门科学施工技术，采用预应力技术可以解决桥梁长久使用所造成的沉陷与裂纹等破损现象，从而有效保障了公路桥梁的安全性。

1 预应力技术的应用范围

公路桥梁作为我国交通运输的连接枢纽在国民经济中占有重要地位，随着材料工业及机械工业的发展进步，预应力技术广泛的应用于公路桥梁建设当中。

1.1 受弯构件施工中的应用

由于碳纤维硬度较高，在其所施工的程度相对比较简单，因此在对受弯构件进行加固时，通常都采用碳纤维片材料解决加固问题。但是，由于在进行加固受弯构件前，混凝土结构本身就具有了初始的拉应变及压应变，因此受到压力区域内的混凝土应变在达到混凝土极限压变时的受弯构件的承载力已经达到了极限。

1.2 多跨连续梁施工中的应用

多跨桥梁分为正、负弯矩区两种结构层面，通常跨中的为正弯矩，有支座的是负弯矩。如果多跨连续梁与抗弯承载力满足不了施工要求，就必须通过采用预应力技术来进行加固。

1.3 公路桥梁加固施工中的应用

预应力技术在公路桥梁加固时的应用是为了达到补强构件及改善结构性能的目的，从而使桥梁的承载力进一步恢复与提高，最终不仅可以满足交通行车的要求，同时也可以延长公路使用寿命。

2 工程实例

2.1 工程概况

工程桥梁均为跨越灌溉渠而设，桥梁结构为2m×16m普通钢筋混凝土预制空心梁板桥。一桥全长26.02m，二桥全长27.02m，桥宽12.5m，上部采用16m普通钢筋混凝土预制空心板，下部采用桩柱式墩，柱式台，桩基镶入弱风化灰岩不小于3.75m设计。

2.2 施工准备情况

2.2.1 技术准备

工程混凝土强度应达到100%，对钢绞线理论伸长值进行计算，指导预应力张拉；千斤顶、油表已经标定完毕，同时根据油表标定的结果绘制油表读数与张拉力的曲线，并根据曲线确定0.10con、0.20con、ócon相应张拉力对应的油表读数。此外，应选择具有丰富张拉施工经验的人员进行张拉施工。

2.2.2 现场准备

钢绞线、锚具进场时，必须具有合格证，施工现场进行质量验收。并注意妥善保管，防止原材料锈蚀。镀锌金属波纹管表面要清洁、无裂纹现象，接口必须牢固，保证混凝土浇筑期间波纹管内不发生漏浆现象。钢绞线的表面不应有润滑剂、锈蚀的现象。检查合格的应对其进行取样试验，预应力材料为直径Φs15.2mm高强低松驰预应力钢绞线，标准抗拉强度为1 860MPa，钢绞线试验不合格不得使用。对锚环或锚板应进行几何尺寸和锥度检验，若发现毛刺及小坑等不平的现象应进行处理或不得使用，同时要做硬度检验。本次预应力张拉机械设备根据设计图纸本工程张拉控制应力QK1395MPa，选用YCW250B型千斤顶，千斤顶要求配好标定的压力表，YCW250B型千斤顶安装时搭设支架，用倒链吊起，套入钢绞线内张拉。

2.3 预应力张拉施工工艺

2.3.1 波纹管铺设与锚垫板安装

波纹管的铺设要严格按设计给定位置控制，管道铺设中要确保管道内无杂物，管口处用塑料胶布封堵。波纹管连接时，接头波纹管的规格比孔道波纹管的规格大一级，其长度一般为直径的5～7倍，波纹管与普通钢筋有矛盾时，可适当挪移普通钢筋，但不可任意切断。施工中波纹管要重点保护，施工人员不得对其进行踩踏或用工具敲击波纹管，若发现波纹管局部被砸扁，要进行更换处理。此外，在进行固定端P锚安装时，应注意波纹管排气孔的留设。锚垫板安装前要检查锚垫板几何尺寸是否符合要求。锚垫板要牢固地安装在钢筋网片上，锚垫板定位螺栓要拧紧，锚垫板要与孔道严格对中并与孔道端部垂直。

2.3.2 钢绞线下料、编束

钢绞线束下料长度应根据钢绞线实际长度在张拉端预留1m作为张拉长度。同时下料场应平坦，不得将钢绞线直接接触土地以免生锈，也不得在混凝土地面上生拉硬拖。此外，钢铰线下料宜采用砂轮锯切割，不得采用电焊切割，在切口的两侧5cm处，预先用绑丝扎牢，防止泥土污染钢铰线。

2.3.3 穿束

由于管的接口极易破损，因此要缓慢进行，束的前端应扎紧并裹胶布，以减少对波纹管接口的冲击，以便钢绞线顺利通过孔道。安装完成后，应进行全面检查，以便查出可能被损坏的管道。如发现波纹管被损坏，用胶带缠裹紧密，不能发生漏浆。

2.3.4 预应力张拉

在同条件砼试块强度到100%时，方可进行预应力张拉。预应力钢束张拉时采用双控，即以控制拉力为主，以钢束实际伸长值进行校核，实测伸长值与理论伸长值的相对误差不得超过±6%，否则应停止张拉分析原因。张拉前所有设备应再进行一次检查，看是否按编号配套使用。高强低松驰预应力钢绞线标准强度fPK=1860MPa，本工程张拉控制应力σk=1395MPa。张拉时钢束理论伸长值计算为：

式中：P——预应力筋张拉力，取固定端（一端张拉）扣除孔道摩擦损失后的拉力平均值，P=Pj（1-e-（kx+μθ））/（kx+μθ）；

ΔL——预应力钢束理论伸长值，mm；

AP—预应力筋的截面积；

Lt——预应力筋的实际长度；

Es——预应力钢束的弹性模量（取1.95×105Pa），松弛率P=0.035，松弛系数ξ=0.3检测结果出来后，以检测结果为准,调整计算值；

Pj——张拉控制力，kN；

u——孔道摩擦系数（取0.25）；

k——孔道偏差系数（按规范取0.0015）；

θ——孔道曲线累计转角之和（弧度）；

x——从张拉端至计算截面的孔道长度，m。

其实际伸长值测量方法为：钢绞线总伸长量应为所测出的伸长量之和，并应加上初始张拉力时推算伸长值。

张拉时首先张拉至0.10σcon并用直尺测出千斤顶的油缸伸出读数L1，然后再张拉至0.2σcon同样测出千斤顶的油缸读数L2，最后张拉至设计应力σcon测出油缸读数L3。张拉至设计油压值后，按张拉程序持荷2min测量伸长值，即可将张拉油压缓慢降至零，活塞回程夹片自动跟进锚固。观察钢绞线刻痕是否平齐，若不平齐说明有滑束现象，如遇有这种情况要对滑束进行补拉，使其达到控制应力，断裂或滑脱的数量严禁超过结构同一截面预应力总根数的3%，且一束钢丝不超过1根。对预应力钢束张拉中发现异常情况，必须卸锚时，可使用卸锚器，对已锚固的钢束进行卸锚，卸锚时千斤顶应预先伸出3～5cm，留有余量以便卸锚。

2.3.5 张拉过程控制

张拉应缓慢进行，逐级加荷，稳步上升，千万不能操之过急，给油不要忽快忽慢，防止发生事故。张拉要有专人记录，专人测量伸长值，对张拉应力进行校核，防止发生由于压力表出故障造成拉力不足等现象。张拉至设计油压值后，按张拉程序持荷2min测量伸长值，即可将张拉油压缓慢降至零，活塞回程夹片自动跟进锚固。张拉完毕，卸下千斤顶及工具锚后，要检查工具锚处每根钢绞线的刻痕是否平齐，若不平齐说明有滑束现象，如遇有这种情况要对滑束进行补拉，使其达到控制应力，每束钢束中断丝滑丝数不得超过1根钢丝。对预应力钢束张拉中发现异常情况，必须卸锚时，可使用卸锚器对已锚固的钢束进行卸锚，卸锚时千斤顶应预先伸出3～5cm，留有余量以便卸锚。