桥梁施工预应力技术研究

刘 勇 （安徽省引江济淮工程有限责任公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

预应力结构即在结构中先施加应力，按照结构设计技术来看，预应力的材料规划、锚固、内部应力控制等都需要规划在一个合理的程度之内，然后让混凝土构件能够在荷载作用下不发生开裂。我国从解放初期就已经开始对预应力混凝土桥梁施工进行研究，包括斜拉桥、悬索条、T形梁等都是预应力结构的表现形式。引江济淮工程自南往北由引江济巢、江淮沟通、江水北送段组成，其中引江济巢末端有小合分线河道输水。跨引江济巢、江淮沟通段预应力混凝土桥梁结构形式主要为预应力混凝土连续箱梁（刚构），跨河主桥跨径布置为（72+120+72）m 或（75+130+75）m，引桥多为30m箱梁；跨小合分线、江水北送段输水河渠桥梁主要为20m预应力T梁。同类型桥梁数量较多，为保证桥梁顺利施工，有必要对预应力技术进行探讨分析。

1 预应力设计理论

1.1 预应力变化

对于张拉控制应力的变化趋势分析，在构件的抗裂性能相同的情况下可以减少钢使用量，且混凝土中预压应力增大的情况也能得到相应控制。但需要考虑到钢丝束可能出现的断丝情况。由于钢丝受到的应力不完全相同，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的相关要求，对于张拉控制应力进行了明确要求，并设置了相关的安全系数，根据钢束质量、混凝土出现脆裂的可能性等相关参数来进行控制。

但是在实际的施工过程中，受限于施工材料性能、环境因素与技术条件的差异，预应力变化损失情况不可避免。虽然这一数据的变化对于结构承载能力的影响程度较小，但对于不同荷载下的性能影响却非常明显。无论是反拱、变形还是开裂荷载，都会存在相应的损失。一般情况下可以针对桥梁施工的具体要求来进行试验计算，如果没有试验数据的支持，则按照前文所提到的规范要求来计算构件截面应力、钢束控制应力与锚具变形、接缝等相关参数。

1.2 混凝土预应力变形

预应力混凝土构件的变形情况一部分是因为预加力的作用产生的变形，另一部分则是因为荷载作用而出现挠度变化。在荷载作用下，构件变形也可以按照结构力学的相关知识来进行计算，而构件的抗弯刚度也会随着荷载的变化而变化。随着荷载的增加，挠度在增加速度上有着更明显的趋势，所以在计算的过程中，可以进行直接双线性法来简化曲线，并最终计算出在荷载作用下的变形情况。

在预拱度的设置方面，如果预应力引起的变形能够具备一定的余量，就需要考虑到向下的预拱度。如果跨径较大时，则会因为恒载的作用引起程度更大的变形。所以，预拱度可以被考虑成为用于抵消塑性变形的合理方式，并使用结构力学的知识进行计算，预应力钢束的长期增长系数值可以选择2.0的标准。

2 预应力技术的相关研究

2.1 材料与设备规划

从材料与设备类型来看，包括钢绞线、锚具、夹具、连接器等。

按照《预应力混凝土用钢绞线》及《预应力混凝土用锚具、夹具和连接器》的相关要求，除了在进场验收时对其规格进行检查之外，都应该确定质量与参数要求。例如当钢绞线的应力松弛性能或最大力总伸长率不符合技术要求时，则需要从未进行试验的材料中继续选择不合格的材料进行重复检验[1]。在锚具、夹具与连接器的检验工作中，应该围绕外观、硬度与锚固能力三个方面展开。尤其是在锚固能力的检验方面，当静载锚固性能试验的结果不能满足技术要求时，则需要重新进行检验。如图1所示的锚具。

图1 锚具示意图

2.2 预应力钢束的安装过程

安装环节的首要工作是进行预拉力钢束的下料工作。在构件长度与锚具长度确定之后，按照技术标准的要求，如果预应力钢束的长度小于25m，可直接在一端张拉，反之，则可以在两端张拉。两者的公式表达如下：

其中，为构件孔道长度，l1为工作锚厚度，l2为千斤顶长度，l3为工具锚厚度。下料过程中建议使用砂轮切割机来进行切割，不得使用电弧切割。如果在切割前存在机械损伤情况，那么需要按照预应力束的长度进行分批切割，然后利用标签来区分具体的长度与部位。

另外，在预应力钢束进入波纹管之前，需要按照锚板的排列类型进行编束，考虑到施工时的技术简便要求，可以选择金属波纹管按照预应力钢束的长度要求来截取相应的长度，接口处需要裹紧，减少水浆渗透的可能性[2]。另外，在预应力束穿管完毕后还应该保障安装的合理性。例如P型固定端的制作，如图2所示。

图2 P型固定端制作模式

按照工程要求，对于混凝土的浇筑步骤应该以底板、腹板、顶板的顺序来展开，按照施工图纸与技术要求来对非预应力钢束进行绑扎，并结合应力钢束曲线来采取固定安装模式。安装环节需要避免反复弯曲而产生的管壁变形，且需要将钢筋骨架与定位钢筋焊接在一起。另外，安装就位环节中还需要保障其重叠，沿着长度方向设置好定位钢筋。另外，如构造钢筋和管道互相干扰时，则应该对钢筋进行调整，并保障管道位置的准确程度。

安装结束后的保护工作应该考虑将开口进行密封，从而防止湿气进入。另外，需要进行全面检查，重点巡查可能出现损坏的管道，并且在混凝土浇筑前，将管道上本身存在的损坏区域进行重点修复。

2.3 预应力混凝土浇筑

浇筑应该保持上文所提到的底板、腹板、顶板的顺序。在材料选择上水泥的水化热比应该保持较低的水平，例如矿渣硅酸盐水泥。骨料方面则按照混凝土配合比的要求，选择碎石、粗骨料，并维持混凝土的可泵性。外加剂的选择方面需要考虑水泥水化作用下的水含量，所以在保障和易性不变化的前提下加入合理含量的减水剂，并控制单位用水量，可以在一定程度上减少水泥用量。

实际浇筑过程中与混凝土接触的一面需要涂刷脱模机，按照结构的形状与钢筋布置方案，按要求分层进行，下层混凝土初凝前需要将上层混凝土浇筑完毕。浇筑结束后可以使用薄膜法进行掩护工作，并按照规定留置试块作为试验备用[3]。

2.4 钢束张拉

对于长度小于25m的预应力钢束采用一段张拉，需要考虑到孔道摩擦阻力与管道的曲率半径与长度有着密切联系，同时应考虑到钢束回缩可能产生的应力损失。因此在实际的技术控制中，考虑到锚具变形与接缝处的预应力损失情况，损失会沿着构件长度进行减少，最大值在张拉端区域。如果赶紧回缩值太大，那么预应力损失值同样较大，此时可以通过张拉后的锚固工作来抵消损失，或是选择会缩量相对更小的锚具进行控制。对于长度大于25m的钢束，张拉时应采用2台以上的千斤顶实施对称张拉，当张拉至控制应力时，还需要保证千斤顶有足够的持荷时间。

3 结语

在桥梁的施工过程中，预应力技术的应用需要进行合理规划与组织施工。文章结合预应力技术的理论基础，介绍了具体的施工技术方案，保障工程满足质量要求，具有一定的应用合理性，为引江济淮工程跨河预应力混凝土桥梁顺利实施提供技术支持。在未来的桥梁施工中，预应力技术的应用范围也会增加，并随着应用领域的拓宽来促进规模化，朝着高强度、轻质量的方向发展。