预应力技术在桥梁工程建设中的应用及质量控制

万奔

（广东省南粤交通河惠莞高速公路管理中心，广东 广州 510000）

1 预应力技术原理及作用

1.1 预应力技术原理

道路桥梁在使用时会受到各种应力的作用，这些应力作用将对道路桥梁产生不同程度的磨损，一方面降低道路桥梁的质量，另一方面缩短其使用年限。因此，在道路桥梁实际应用中，通常采用加载人为应力的方法，降低或消除应力作用的影响，从而确保道路桥梁工程受力达到平衡，并保持相对的稳定。

预应力技术的主要应用原理：采用预应力混凝土构件，在构件受外部载荷加载前，首先人为施加预应力，使其在预应力的状态下降低或消除外部载荷应力，当外部载荷增加时，混凝土才会受到拉应力的作用，达到降低道路桥梁的使用载荷压力的目的，延迟混凝土出现裂缝的时间。

1.2 预应力技术主要作用

预应力技术在桥梁工程建设中具有以下作用：

（1）提高构件的抗裂性能。混凝土构件施加预应力后，当外部载荷加压时，被加压的混凝土先要和该预应力抵消，这时构件的拉应力就会随之减小，构件的抗裂能力和持久性能提高。

（2）改善构件的受力性能。在预应力下，构件的裂缝展开程度和裂缝出现时间得到了延缓，构件的刚度显著加强，所以受力构件承受载荷后弯曲程度随之就会减弱。

（3）提高构件的抗剪切性能。竖向施加预应力时，钢筋具有锚栓的作用，而且竖向的分力也能抵消一部分剪切力，有助于提高构件的抗剪切性能。

（4）提高构件受压稳定性能。构件的长短粗细不一，当受压构件短小且细时，承受压力过大就容易弯曲，其稳定性会大大降低。因此，施加预应力能增加抗压的能力，使构件的受压稳定性能提高。

（5）利用新型的高强度钢材，减轻构件的自重，规避混凝土的缺点。

（6）预应力混凝土在一定的承受荷载范围内，是处于一种弹性工作的阶段，能够维持稳定的状态。

简而言之，预应力技术能使道路桥梁的结构稳定性提高，减少应力破坏；能保障道路桥梁的施工质量。

2 预应力技术在公路桥梁建设中的应用优势

2.1 提高施工效率和节能环保

公路桥梁施工过程中将高强度材料作为主要施工用料，能够有效降低整体工程荷载。同时，运用高强度材料还能降低材料用量，减少了资源的浪费，另外工程投入使用后在抗疲劳性和抗裂性方面效果也较为明显，在一定程度上降低了维护成本。

2.2 提高道路桥梁工程安全性能

通常情况下，道路桥梁工程出现安全问题的概率高于其他工程。在安全施工方面，对施工技术的要求较高。预应力在保障道路桥梁安全性方面优势较为明显，科学使用预应力技术能够进一步提高道路桥梁的稳定性和安全性。

2.3 有效减轻工程的自重

道路桥梁工程施工过程中应用预应力技术，所需材料必须符合国家标准，一般材料很难满足预应力要求。混凝土应达到预应力技术要求的黏度，而使用的钢筋也应达到技术要求的强度。为了保证预应力技术充分发挥出优势，必须保证建筑材料符合技术要求。高标准的建筑材料是提高道路桥梁质量的保障，同时还能够有效降低工程整体重量。就经济性而言，可通过减少建筑材料用量来实现桥梁整体重量达到设计要求，某种程度上间接地降低了施工成本。

2.4 控制桥梁应力

如果公路桥梁工程承重能力无法达到设计要求，极有可能影响工程的使用寿命。桥梁施工中工程质量与混凝土应力极限有着直接关系，当超出应力极限后，将直接造成桥体出现裂缝甚至是坍塌，对桥梁构件使用产生较大的负面影响。因此，需要根据道路桥梁工程的情况对应力进行控制，及时排查安全隐患。

3 预应力技术在桥梁工程中的应用要点

3.1 锚固及锚具的处理

在公路桥梁工程施工过程中，通常选用预应力技术布置钢绞线，一方面凭借桥墩顶部的导向槽、锚固端的横梁和横肋，另一方面借助张力和拉力表示负荷的大小。在布置锚垫板时，施工人员按照规划图纸的设计要求把锚固上的横梁方向和位置进行调整。施工中，要保证弯曲位置的曲率半径能准确无误，桥墩顶部导向槽和横肋维持在平滑的状态。

3.2 混凝土空心板中的应用

公路桥梁工程施工中，最常用的建筑材料就是混凝土空心板。混凝土空心板的特点是有多道圆孔的形状，这种构造大大降低了其自重，更加有利于安装拆卸和交通运输，而且在小跨径的公路桥梁工程建设中应用较为广泛，效果更佳。若公路桥梁的跨径小于规定的尺寸，采用先张法对松弛度较低的钢绞线进行单根张拉，或者采用后张法，这两种方法都能降低压力。

3.3 混凝土T形梁中的应用

混凝土T形梁是指在公路桥梁工程中的一种截面是T 形的梁结构。通过应用预应力技术不仅可以对这种梁结构提供相对应的反方向拉力，同时平衡混凝土T形梁间的内力作用。若桥梁间的跨度比较大时，一般选用先张法，先张拉强度较高的，然后放低松弛钢绞线，或者选用后张法，该法一般用于群锚中。

3.4 路桥受弯结构的加固应用

在桥梁道路施工中，施工人员需要对桥梁结构进行定期检查维护和加固改造，以提高公路桥梁的承载能力和使用性能，延长道路桥梁的使用年限，从而保障人们的生命安全。为了延长公路桥梁的使用年限，重点需加固公路桥梁的主要结构或加强公路桥梁承重部分。因此，利用预应力技术能提高桥梁构件的承载能力，增加公路桥梁整体结构的牢固性和稳定性，使得公路桥梁的承载能力和使用年限保持在相对稳定的状态。

预应力技术不仅操作简便，而且还能提高碳纤维材料应力，所以通常应用在公路桥梁受弯曲结构中。如果桥梁工程中受弯曲结构出现应力过大的现象，可能是由于碳纤维预应力构件问题导致弯曲结构损坏严重。所以，在道路桥梁施工过程中，对碳纤维材料加以适当的预应力，使受弯曲结构的碳纤维应力得到加固和稳定，确保公路桥梁受弯曲结构强度能发挥其最大效能，延长桥梁的使用年限。

3.5 混凝土箱梁中的应用

混凝土箱梁在公路桥梁混凝土工程中应用比较广泛，是一种重要的桥梁结构材料，一般混凝土箱梁里面是空心形状，箱梁上面有翼缘。箱梁制造主要分为两种类型，一种是单箱梁和多箱梁，另一种是混凝土箱梁和钢板箱梁。由于混凝土箱梁在不同结构中应用效果和作用不尽相同，其又分为预制箱梁和现浇箱梁两类。如果混凝土箱梁间跨径范围为40～60m，在配制钢绞丝时从横向和纵向两方面入手；如果混凝土箱梁间跨径数值大于60m，则要用到变截面箱梁，变截面箱梁的作用是使混凝土箱梁强度发挥最大的效果。

4 预应力技术在桥梁工程应用中存在的问题

4.1 预应力技术在孔道压浆时的质量问题

在孔道压浆中应用预应力技术时，容易出现以下质量问题：①由于压浆时浆体的配制和预留孔质量不合格等造成漏罐或不结实；②配制浆体的水灰比大于规定的数值，导致孔道无法达到饱和或内部浆体之间有较大的空隙；③施工人员在孔道压浆时对施工工艺重视度不够，质量不达标。因此，预应力在孔道压浆施工过程中有两个主要的特点，一是能有效防止预应力钢筋生锈，二是能使其各部位构件协调工作。

4.2 波纹管孔道漏浆

在后张法中，由于波纹管制作流程简单，安装方便，因此预应力钢筋孔道通常采用波纹管，但是目前波纹管的质量无法达到相关标准。在安装波纹管时，经常出现管轴线偏移或弯折，产生这种现象的原因有预应力钢筋布置点准确度不够、刚度不符合标准、锚垫板上铺设的轴线与波纹管不一致，导致波纹管管道弯折的地方密封性较差，出现渗漏浆液的现象。

4.3 构件张力和拉力失控

由于施工人员在构件张拉时控制不当或施工时操作不规范，使得预应力构件出现张力和拉力失控。所以，在道路桥梁施工建设时，施工人员应严格控制张力和拉力。

5 预应力施工质量控制

5.1 管道注浆

（1）压力表使用前需要进行校准。在灌浆过程中，需要定期对所有设备进行清洗，当施工结束后同样进行清洗。

（2）在压浆阶段，需要工作人员对锚具周边的孔洞和钢绞线间隙采取密封处理，同时还要将有害材料彻底清理至孔道外。

（3）压浆过程中其水泥浆强度要大于30MPa，水灰比要控制在0.4～0.45，当加入减水剂时，要对水灰比进行调整，一般不超过0.35。搅拌过程中泌水率的控制也尤为重要，一般控制在2%左右，1d 后需要保证初浆全部吸回。在调浆过程中，时间要控制在20s 左右。为保证水泥浆符合施工要求，需要加入适量膨胀剂，使水泥浆的膨胀率大于15%，拌和时间在5min，方可获得黏稠度均匀的水泥浆。水泥浆拌和至压浆的时间间隔由环境温度所决定，通常情况下在45～60min，同时在此期间要不停地搅拌，增加其流动性[1]。

（4）活塞式压浆泵是压浆的主要设备，压力值在0.5～0.7MPa，压浆的过程要缓慢连续进行，同时要将排气孔不断进行关闭和开放，使孔道内的空气保持畅通。在孔道集中的区域必须保证压浆连续进行[2]。当压浆结束后，为保证管道充满灰浆还要经过稳压期，稳压期时间要保持在5min左右。

5.2 预应力筋张拉

（1）张拉顺序：预应力筋的张拉严格按照图纸设计要求左右对称，分级张拉，均匀进行。为防止在张拉时T 梁产生侧向翘曲，30mT 梁采用N1→N2→N3 左（50%） →N3 右（100%） →N3 左（100%） 的张拉顺序：40m T 梁采用N1→N2→N3→N4→N5 左（50%）→N5 右（100%）→N5 左（100%）的张拉顺序。单束预应力钢绞线的张拉顺序为0→初应力10%σcon→20%σcon→100%σcon（持荷2min后锚固）。

（2）张拉过程中主要以双控方式为主，以伸长值作为校核标准，张力为主要控制指标。伸长量的误差一般要求在5%以内，通常情况下滑丝或者钢绞线断丝数量不超过一根。如果伸长值达不到设计值，需要灌入适量肥皂水减少摩擦力。张拉过程中要根据钢绞线实际情况调整千斤顶限位板的尺寸，防止工作人员被钢绞线刮伤。张拉过程中需要通过油泵来维稳，同时控制好张拉速度和油压值。

（3）张拉作业后8h，需要使用角磨机将多余的钢绞线全部割除，并将锚具周围的钢绞线间隙和孔洞全部进行密封处理，不得使用电气切割设备处理钢绞线。

5.3 钢绞线和锚具的质量控制

进入施工现场的锚具和钢绞线必须具有相关质量合格证明，同时还需要质量验收人员对其进行性能试验，不同规格型号的钢绞线和锚具应分类存放并进行标记[3]。在施工过程中，还需要对其型号、规格进行仔细核对，实现责任到人。

5.4 预应力设备的质量管控

根据相关要求，预应力张拉前，应选择好张拉机具、检查千斤顶与压力表配套情况，同时还要绘制千斤顶与压力表的关系图，在使用过程中严禁更换压力表或者千斤顶，并且压力表刻度应高于15级。

5.5 预应力张拉的质量控制

检验混凝土构件尺寸和外观是否符合要求、强度是否达到设计强度，检查夹片和锚孔是否存在杂物。通常情况下，必须保证预应力钢丝各张拉点能够自由移动，确保钢绞线松紧程度一致，根据要求初始应力应低于总应力的5%。如果张拉力接近设计值，立即旋紧主拉杆螺母。在保证锚具和钢绞线束不受振动的前提下方可拆除千斤顶。

6 结语

综上所述，预应力技术在公路桥梁工程建设中应用广泛，普遍应用于混凝土空心板、混凝土T形梁、受弯结构的加固、混凝土箱梁等部分。预应力技术能提高混凝土结构的抗裂性能、防渗性能和抗剪切力性能，从而提高公路桥梁结构的整体承载能力和抗震能力，同时降低公路桥梁的自重，减少企业成本的投入，增加其经济效益。