关于公路桥梁施工中预应力技术应用分析

2023-07-18张圣春

运输经理世界 2023年10期

张圣春

（山东省路桥集团有限公司，山东济南 250014）

0 引言

当前，在公路桥梁施工技术的不断发展下，有效提高了公路桥梁工程结构的安全性、稳定性及可靠性。在施工过程中，需要科学采用各种新型施工技术提高施工质量，保证工程结构的各方面性能，满足工程建设需求，确保人们出行安全和稳定。预应力技术是一种非常有效的工程技术，优势显著，在实践应用中已经形成一整套比较完善的工程体系。但还存在部分问题，无法充分彰显自身优势，影响工程结构质量。对此，需要人们加强重视，科学分析公路桥梁施工中预应力技术的优缺点，以此制定可靠的应用对策。

1 预应力技术概述

在公路桥梁施工中，应用预应力技术可以大大提高桥梁工程结构的安全性、稳定性及可靠性。在混凝土结构中设置钢绞线，创设预应力状态，操作简单、稳固可靠。预应力技术在公路桥梁中具有非常重要的作用，可以优化钢筋混凝土的使用功能，提升桥梁的承受能力，提高公路桥梁使用的持久度。具体可以分为先张法和后张法[1]。

先张法是在浇筑混凝土前张拉钢绞线，并将张拉的钢绞线临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土。待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%，钢绞线与混凝土有足够的黏结时，放松钢绞线，借助混凝土与钢绞线的黏结，对混凝土施加预应力的施工工艺，如图1 所示。

图1 先张法

后张法是在构件截面中预埋预应力管道，后浇筑混凝土，在混凝土强度达到设计要求后，穿钢绞线并张拉到位的施工工艺。

应用该技术，可以有效节约材料，预防结构裂缝的产生，提高结构的稳定性和使用寿命。当前这种技术主要应用在预制混凝土构件中，如图2 所示。

图2 后张法

2 公路桥梁施工中预应力技术的常见问题

2.1 预应力张拉控制问题

在公路桥梁施工中预应力技术和其他工程技术有一定的区别。由于预应力技术目前在我国还处于发展阶段，相关技术人员对该技术的认知不到位，缺乏相关专业知识和技能，在施工过程中会出现预应力张拉控制不到位的问题。加之，施工单位未对施工人员进行充分的培训和教育，造成在混凝土张拉过程中，出现施工人员操作不当、施工过程控制不到位等情况。比如，选用千斤顶时没有科学匹配油表、千斤顶未按规范要求及时校核、张拉时间不符合设计要求、拉应力超标或不足、伸长值和不同步率不符合设计要求等问题，以上这些因素会导致张拉应力出现欠张和超张的问题，最终导致质量问题的发生[2]。

2.2 预应力孔道堵塞问题

在公路桥梁施工中，应用预应力技术有时会出现孔道堵塞、跑位等问题，大大影响预应力张拉效果和施工进度，需要单位加强重视。造成孔道堵塞的问题主要原因有以下几点：

一是在混凝土配合比设计阶段，设计人员没有根据规范要求、技术指标和现场实际情况对混凝土配合比进行设计、优化、调整，导致混凝土的和易性和坍落度等指标不达标，进而影响孔道受力。

二是孔道定位钢筋没有按设计要求布置，定位钢筋间距过大或固定不牢固，导致在混凝土浇筑过程中，孔道移位严重。

三是振捣棒选用不当，振动力过大或在孔道附近密集振捣，造成孔道出现变形或破裂等问题，导致混凝土砂浆渗入孔道，堵塞孔道。

四是施工人员经验不足、责任意识不强、质量标准不高，导致混凝土振捣和浇筑工艺不合理、不科学，造成孔道破裂问题，因而出现漏浆问题。

3 预应力技术应用要点

3.1 科学选择材料和设备

第一，科学选择钢绞线。在应用预应力技术时需要科学选择钢绞线，钢绞线的质量、规格和性能等要素直接影响桥梁工程结构的质量和稳固性。常见的钢绞线包括预应力钢绞线、镀锌钢绞线及不锈钢绞线。在施工中，大多数选择预应力钢绞线，操作简单、性能稳定、外形美观度高、造价低，被广泛应用在公路桥梁施工中。第二，科学选择预应力锚具。预应力锚具是一种应用在预应力混凝土中的永久性锚固装置，可以将钢绞线中的张拉力传递到混凝土内部结构中。预应力锚具包括张拉端锚具和固定端锚具，张拉端锚具是安装在钢绞线端部，且可以张拉的锚具，固定端锚具是安装在钢绞线端部，通常埋入混凝土中且不用张拉的锚具。第三，科学选择张拉设备。张拉设备可分为电动张拉和液压张拉两类，前者多用于先张法，后者可用于先张法和后张法。山东省路桥集团有限公司多个公路工程采用的是智能液压张拉设备，通过电脑自动计算，精度非常高，产生的误差小。根据频率判定需要的油压，实现对张力值的正确控制，而且随着设备的移动，可以精确地测量需要的伸长值。另外，该设备建立了报警系统，在实际操作过程中，出现任何故障或张拉结果不符合要求，系统会自动报警，保证设备运行的安全性。施工单位可以优先考虑使用该种张拉设备[3]。

3.2 精确布置孔道，合理安装钢绞线

孔道摩阻大小直接影响预应力的作用能否在公路桥梁上充分体现。孔道内径不得小于2 倍钢绞线面积，孔道的强度必须满足设计要求，一般选择金属波纹管，且在波纹管内加装PE 内衬管，在浇筑混凝土后，再抽拔内衬管。安装内衬管前，应对其进行检查，若发现破损及时更换。在波纹管安装前，应充分熟悉设计图纸，严格按照图纸中所示坐标安装定位钢筋。曲线段定位钢筋应加密，在每一个起弯位置必须安装一道定位钢筋，定位钢筋内径一般比波纹管外径大1cm，太小会影响波纹管的穿束，太大会影响波纹管的精度。另外，须特别注意波纹管连接处的固定，一般选用大一号的波纹管进行连接，连接管的长度须满足规范要求，连接后用胶带进行缠绕。钢绞线应上盖下垫，严禁使用生锈的钢绞线，钢绞线下料时，一般用砂轮切割，不得用电焊机焊割，以免影响钢绞线的性能，下料时两端应留有余量，防止在张拉过程中脱顶。为方便钢绞线穿束，在穿束前应将端头做成尖状，一般采用穿束机单根下料，编好束再用卷扬机整体拖拽。在穿束过程中，应避免钢绞线相互缠绕或交叉。否则张拉后，相互缠绕或交叉的钢绞线将彼此提供垂直于线长方向的作用力，造成钢绞线受力不均，张拉数据存在偏差，而且容易导致钢绞线断裂，使预应力丧失，影响结构安全。钢绞线穿束完成后，对钢绞线裸露部分采用防雨套进行保护，防止雨水或露水侵蚀钢绞线，影响预应力的效果。

3.3 预应力张拉条件的要求

在张拉前，混凝土强度、龄期、弹性模量均需达到设计要求。终张前，混凝土强度应达到该构件混凝土强度等级的100%。对于龄期，夏季混凝土一般需要养护3～4d，冬季混凝土一般养护4～5d 方可进行张拉。如果强度或龄期未达到设计要求就进行张拉，则会使混凝土前期产生较大的收缩徐变，造成预应力损失较大，导致桥梁下挠过大的不良后果。在施工过程中，为提高混凝土早期强度，缩短张拉时间，加快施工进度，施工单位可以在混凝土预制构件中加入早强剂。一般而言，在混凝土中加入一定量的早强剂，可将张拉时间提前1d 左右，有效提高工作效率。另外，弹性模量大小同样影响张拉效果，如果弹性模量过大，则会造成桥梁徐变减小，松弛应力的作用减弱，进而造成混凝土内部的应力得不到有效释放，最终导致混凝土结构产生裂缝。如果弹性模量不够就进行张拉，造成钢绞线与预留管道壁的摩阻力增大，导致预应力不够，影响梁体受力，严重的可能造成梁体开裂。总之，在预应力混凝土张拉中，应严格控制混凝土强度、龄期和弹性模量，任一指标达不到设计要求，都会影响预应力张拉效果[4]。

3.4 规范压浆作业

在钢绞线张拉完成后，48h 内进行孔道压浆。压浆料应根据设计要求和环境条件进行选择：在-5℃以下进行压浆作业时，须选择低温型压浆料，在低温下具有流动性好、早强、高强、无收缩等优点。若选用常温型压浆料，在低温下易结冰，严重影响钢绞线的受力性能，造成钢绞线应力损失过大。压浆前，由试验室专业人员对压浆料进行试配，水泥、压浆剂、水等各种材料的称量应准确到±1%。压浆前，应抽真空，使管道内的真空度稳定在-0.08～-0.06MPa。真空度稳定后，应立即开启管道压浆端阀门，同时开启压降泵进行连续压浆。同一管道压浆应连续进行，一次完成，中途不得停歇。从浆体搅拌到压入结构体的时间不得超过40min。压浆后，应从进浆孔和出浆孔检查压浆的效果，若不密实，应及时补浆，以保证浆液充满整个管道[5]。