浅谈桥梁施工中预应力技术的应用

2015-01-04

福建交通科技 2015年5期

关键词：锚具钢绞线碳纤维

(国家林业局昆明勘察设计院，昆明 650216)

浅谈桥梁施工中预应力技术的应用

■康建林

(国家林业局昆明勘察设计院，昆明 650216)

本文简要介绍预应力技术，对其在桥梁施工中的具体应用进行系统探讨，同时剖析该技术在应用中出现的问题，并提出相应的解决对策，通过实例分析预应力在桥梁施工中的应用情况。

路桥施工预应力技术应用

1 前言

随着我国国民经济和交通运输业的迅速发展，路桥工程也有着巨大进步。在此形势下，人们对路桥施工的质量提出了更高的要求，这就需要建筑施工企业加大桥梁施工技术研究的力度。其中，预应力技术是桥梁工程施工中最为重要的一项技术，而科学应用该项技术是提升和保障桥梁施工质量的重大举措。

2 预应力技术概述

2.1 基本概念

所谓预应力技术，就是在工程构件受荷载前预加应力，从而使该构件开裂情况得到延迟的技术[1]。该技术在桥梁施工中应用的目的是提升混凝土工程的施工质量。目前，该项技术在桥梁施工中具有广泛应用，且发挥重要效用。在桥梁施工中应用预应力技术需要采用高标号混凝土和高强度钢材。这两种材料的组合应用可大幅节省施工成本，且可降低桥梁下部结构的自重，能有效避免开裂。预应力技术的科学应用，不但可确保桥梁施工质量，还可节约成本，提升桥梁的整体美感和质感，增加桥梁使用的生命周期。

2.2 预应力技术应用的必要性

(1)良好的使用性：预应力技术的应用可确保桥梁良好的应力效用，采用高标号混凝土和高强度钢材等，可有效减少施工材料的使用量，能减少一定的结构截面，降低所建桥梁的高度。特别是在当前土地资源异常紧张形势下，预应力技术的科学应用可有效降低立交桥高度，相应的会缩小引道长度，节省一定量的土地资源，进而实现桥梁工程经济和社会效益的最大化。同时，该项技术在桥梁施工中的应用还可有效降低桥梁重量，避免混凝土发生裂缝，而桥梁高度降低会促使桥梁整体结构出现积极变化，提高桥梁工程质量，也提升了桥梁的外观质量[2]。

(2)改善桥梁受力：一般情况下，桥梁工程在设计时，不但要考虑桥梁的使用性和功能性，还应认识到当前城市规划、地下管道工程建设等现状。所以，桥梁结构的设计应综合考虑多个方面。特别是在现阶段桥梁施工难度日益增大的情况下，对桥梁结构提出了更高要求。其中，最为重要的是桥梁受力结构，应在减小空间同时，提升受力性，这就要求在设计者在设计时应精确分析，科学布局。预应力技术在施工中的应用，形成桥梁结构复杂性的受力体系，该力系可有效提升桥梁结构的受力能力。譬如：预应力能产生良好的空间效应，此种效应可与弯扭内力产生抵消效用。再如：多梁格宽桥建设中，桥梁预应力可对主梁受力能力有一定的改善，实现均衡性受力，进而提升桥梁整体质量，延长其使用寿命[3]。

(3)延长桥梁使用寿命：采用预应力技术一定程度上增强桥梁结构的抗裂性和抗渗性，进而提升混凝土结构工程的施工质量，降低裂缝发生的概率，这也有效预防水、酸、碱等物质对桥梁的腐蚀，确保桥梁使用的安全性，增长使用周期。

3 桥梁施工中预应力技术的具体应用

浙江省新浏河大桥为大跨径悬臂拼装连续箱梁桥，该桥大量应用了预应力技术。该工程于2013年6月正式开建，施工任务主要是进行连续箱梁悬臂拼装建造。该桥如依照既定的施工设计，长度为200m，高度为 6m，上层桥宽度为16m，包括两侧防撞栏共1.0m、机动车道 15m；下层分为两幅，单幅桥宽有5.5m，包括非机动车道4m、人行道和栏杆1.5m。梁高3.5m，高跨比为1∶18，断面是16m宽的单箱双室，箱宽9.1m，顶板悬臂长4.2m底板悬臂长5.3m；跨中腹板厚0.4m、底板厚0.25m，墩顶附近腹板厚0.65m、底板厚0.40m，直线变化段10m。

3.1 科学选择预应力钢绞线

钢绞线的选择直接关系到桥梁施工的质量，其性能也对整个工程的稳定性有巨大影响。当前，我国桥梁施工中预应力钢绞线常用的类型有：普通预应力钢绞线、低松弛性钢绞线、预应力钢筋及矫直回火性钢绞线。其中，尤以低松弛性钢绞线最为常用，其具有耐用性强、价格实惠，及增强建筑构造美观等特点[4]。应在确保施工质量基础上，科学选用钢绞线，如此可有效节省钢材成本，这是必须考虑的一个问题。要强调的是，在选用预应力钢绞线时，应特别注意钢绞线的外层状态、几何参数、断裂荷载基数、伸长率等。比如：新浏河大桥施工中预应力钢绞线有两个类型：一是2000级钢绞线，二是1860级钢绞线，最终选择了前者。原因是2000级钢绞线强度有明显提高，但截面积、极限延伸率等参数和1860级无差异，在造价上有一定提升，两者参数对比如表1。

表1 2000级钢绞线和1860级钢绞线参数对比

3.2 合理选用预应力锚具

在选用预应力锚具时，应根据工程结构的预应力应用方法的情况，选用相应的锚具。预应力施工方法主要有两种：一是先张法；二是后张法。而预应力锚具也分为摩阻锚固型及机械锚固型，两种锚具存在一定的差异，前者的品种相对较多，因此，它的应用空间相对广泛。在一般情况下，该类型锚具的锚固力和吨位存在多种变化，所以其广泛应用到用高速度施工作业中。但是，该类锚具在实际使用中在一定程度上导致应力损失，因而在选用时应充分考虑到桥梁工程施工的实际需要。后者的应用环境有一定限制，主要在高强集束型钢丝、高强度钢筋、单根钢绞线等结构中有广泛应用。在新浏河大桥项目建设中，基于2000级钢绞线，结合实际工况，调整和优化锚具参数，应用了具有高抗疲劳性能的钢绞线夹片式锚具，即HVM型锚固体系锚具，其具有较强适应性，可稳固有效地锚固2000级及其以下强度级别预应力钢绞线，同事具有良好放张自锚性能，不需顶压。

3.3 箱梁钢绞线预应力施工

箱梁钢绞线的施工是桥梁预应力构建中重要的内容，该方面的施工需要考虑诸多因素，任何一施工环节出现异常，都有可能引起整个工程施工出现质量问题[5]。其中，最需要考虑的是预应力在张拉过程中钢绞线张拉顺序的设定。通常而言，在箱梁钢绞线的张拉过程中横向钢绞线需要自上而下的张拉，但是腹板则相反，应从下到上实行预应力张拉。对于桥梁整体结构的张拉，应按照这样的顺序进行：横梁第一批钢束→纵梁钢束→横梁剩余钢束。在完成张拉后头天，还应对预应力的管道进行压浆，该施工工序的开展要求对工程环境予以全面观察，比如：在雨天环境施工，则会导致箱梁钢绞线锈蚀，而造成钢绞线强度降低。所以，假如需要在雨天作业，应提前进行灌浆施工。

4 其它预应力技术应用

4.1 桥梁加固工程中采用预应力技术

将预应力技术应用到桥梁工程加固作业中，可大幅改善和提高桥梁结构承载力。有助于稳定整体结构，延长桥梁工程的整体寿命。而加固作业的开展是要有诸多构件补强、结构改善等操作，如此修建的桥梁才可充分满足当前社会和经济发展的实际要求。常用承载力提升手段有多种，比如：改变受力体系、加强外部预应力、加固桥面补强层等，但是在具体施工中，则可全面采用预应力技术进行加固，主要的应用方式是在桥梁构件增加一定的预应力，如此在受拉区就能产生必要的压应力，进而促进桥梁构件承载力的提升，加固效用就能充分表现出来。

4.2 受弯构件采用预应力碳纤维加固

目前，在我国桥梁施工中碳纤维具有较为广泛的应用，特别是施工方便、强度高、性能良好的碳纤维。应用碳纤维可形成一种应力，其实际产生的效用和混凝土应变增量存在密切关系[4]。换言之，倘若混凝土的初始应力明显大于碳纤维产生的应力，那么桥梁构件就会遭受一定破坏，使得碳纤维的优势和作用不能有效发挥。因此，在桥梁施工过程中要科学合理的应用预应力技术，在进行碳纤维粘贴施工时应对所用碳纤维加载一定的预应力，如此就能产生相应的初始应力作为基础，使其实际效用得以发挥。