预应力施工技术在道路桥梁工程中的应用

乔 鹏 飞

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原 030006)

0 引言

目前，大多数道路桥梁施工都采用了预应力施工技术，且应用效果非常好。但要注意预应力施工技术的应用需结合工程情况，灵活选择应用方式。只有这样才能充分发挥出预应力施工技术的优势，保证道路桥梁工程的施工质量。

1 预应力施工技术介绍

之所以要应用预应力是因为普通钢筋混凝土的抗拉极限应变在0.000 1～0.001 5之间，极其容易发生开裂问题。且钢筋混凝土不开裂的关键是其受拉钢筋的应力只能达到30 kPa。对钢筋使用预应力，钢筋就会被压缩产生形变，受拉应力就会达到标准。

在实际应用中，预应力施工技术与混凝土结构是结合在一起使用的，称之为预应力混凝土结构。这种结构在受到外力荷载作用前，若人为对其施加压力就会产生预应力。这一预应力正能抵消或减小外荷载所引起的拉应力。简单的说，就是利用混凝土的抗压强度弥补其自身的抗拉强度，尽可能地延缓受拉区混凝土的开裂速度。其主要优点就是能提高混凝土构件的耐久性；可减轻混凝土钢筋结构的截面尺寸和自重；可有效提升混凝土结构的跨越能力。 按照预加应力的方式，预应力混凝土可分为先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土。这两种方式的应用范围、优点并不相同。首先，先张法预应力混凝土是指在钢模或后座上，进行先张拉预应力钢筋的固定及混凝土浇筑，然后根据需要放张、切断构件外预应力筋。其次，后张法预应力混凝土是指先进行构件的浇筑，然后再进行张拉，最后用锚具固定预应力筋。

2 预应力施工技术在道路桥梁施工技术中的应用

2.1 在受弯构件中的应用

在道路桥梁工程施工中，普通混凝土的受拉性、受弯性比较差，加之混凝土自身的重力较大。若是将其应用在受弯构件中，很有可能会产生混凝土开裂问题。尤其是在大跨度的桥梁中，更无法保证混凝土的稳定。也正因为如此，预应力被引进到受弯构件的应用中。

首先，预应力混凝土受弯构件的设计可依照如下流程：掌握设计资料、截面设计、确认预应力钢筋和普通钢筋的使用量、布置钢筋、截面复核、控制截面的正截面强度复核、斜截面强度复核、截面验算、应力计算、使用阶段的预应力钢筋应力和疲劳预算、裂缝宽度预算、变形预算、设计计算汇总。其次，需进行预应力混凝土受弯构件的计算，以保证受弯构件的应力能满足施工要求。其主要计算的内容包括混凝土的法向压应力及主压应力、钢筋的拉应力。另外，还应注意若是预应力混凝土简支结构，只需计算预应力引发的主效应。若是超静定结构，除去要计算其主效应外，还应计算预应力引起的次效应。最后，为了进一步提高发挥出预应力的作用，提升受弯构件的受拉力，可以在受弯构件的加工中添加碳纤维材料。这是一种具有高强度的材料。这样在对混凝土受弯构件施加预应力时，就能很好地保护受弯构件的安全。

2.2 在桥梁加固中的应用

进行桥梁加固的主要目的是优化桥梁结构，提升桥梁的承载力，从而延长桥梁的使用寿命。在这一过程中，使用预应力可以有效减小结构加固初始状态下的混凝土应变值及构件的受拉应力变形、受压应力变形，并尽可能地提高钢筋的稳固性。

用于桥梁结构加固的预应力体系主要包括：体外预应力、无粘结预应力、预应力碳纤维板加固、有粘结预应力加固。首先，就体外预应力加固来说，主要就是在桥体外增设预应力索，如以钢绞线、钢筋等为施力工具对梁体施力。这样预应力作用下的反弯作用力会与梁体的部分荷载力相抵。这一方法非常适合大跨径预应力混凝土接连箱梁的加固。其次，无粘结预应力是指以通过预应力张拉，加大对混凝土的挤压，从而提高混凝土的抗裂能力。之所以称为无粘结则是因为预应力筋具有防腐层、外保护套，不会与混凝土直接接触，从而处于无粘结状态。其主要优点包括使用性能好、可减轻结构自重、施工方便、抗腐蚀性强、抗震性好。再者，预应力碳纤维板加固是指对碳纤维施加预应力，使其张拉，进而减少构件的变形、裂缝，达到提高构件承载力的目的。此方法比较适用于界面较小或配筋不足的钢筋混凝土受弯、受拉、受压等构件的加固。

2.3 在多跨连续梁中的应用

多跨连续梁的施工会涉及到负弯矩、正弯矩区域。此时，采用预应力技术可以解决抗剪力性能不满足施工要求的问题，有效提高桥梁结构的稳定性，并提升桥梁的承载能力。

利用预应力可以建设预应力混凝土多跨连续梁。这种桥梁的优点包括跨越能力较强、结构刚度大、变形较小、动力性能好、非常利于高速行车。另外，虽然预应力混凝土多跨连续梁都是采用现浇筑混凝土的方法。但是不同工程实际情况下的多跨连续梁的布梁方式并不相同。若是跨度过大、自重较大、无法预知，但可支模的连续梁可采用曲线筋的等截面直梁的布梁方式。若是荷载较大、跨度较大的连续梁，可将预应力筋稍微弯曲，减少摩擦损失。若是用联结器形成的连续梁，可在完成第一跨的现浇筑时将其拉到规定预应力值，随后才能浇筑第二跨，接下来用联结器将这两跨的预应力筋联结起来，确认第二跨的混凝土强度达标后再进行张拉。这样就可以按照这种方式进行后续跨梁的形成。

2.4 在桥梁路面中的应用

就目前而言，我国大多数道路桥梁仍是以混凝土为主。但是混凝土经过长时间运行后会出现开裂现象，影响到桥梁的安全。从上文中能够得知，利用预应力可以减缓混凝土的开裂。同样，在路面桥梁中也可以适当地引入预应力技术，应用预应力钢筋，约束路面结构，并借助钢筋、混凝土骨料间的粘结力，减缓路面混凝土的开裂速度。但仍需要对路面进行维护，以避免混凝土出现热胀冷缩现象，造成开裂问题。

一般路桥的预应力混凝土路面施工流程包括：1)施工准备。做好施工资料文件的收集与材料验收；2)安装模板。需先对模板进行清理，并上脱模剂，然后根据施工科学放置、绑扎、封堵等操作；3)现浇筑混凝土。注意混凝土原材料要科学保管，避免暴晒。混凝土搅拌要按照相关规程。随后，在浇筑时可利用水平仪测定高程，并利用全站仪进行墩身预埋钢筋的复测。在实际操作中，可采用台阶法进行混凝土浇筑；4)路面养护。完成混凝土浇筑后，一定要做好养护工作，避免高温曝晒、人为破坏；5)张拉预应力筋。在这一环节施工中，应及早对混凝土施加初预应力。另外，在第一次张拉前，需要先进行混凝土试件抗压强度的试验；6)封锚及伸缩缝施工。完成预应力筋张拉后，需切除较长的预应力筋。此时，可选择机械辅助施工，然后进行锚具封闭。对于伸缩缝的施工可根据工程实际，选择合适的浇筑材料。

综上所述，预应力施工技术是我国道路桥梁施工的重要组成部分，具有非常良好的应用效果。显然，在我国道路桥梁建设规模迅速扩大的背景下，加大预应力施工技术的研究是非常有必要的。