市政路桥工程建设中预应力施工技术的应用研究

杨钦南

广州市第一市政工程有限公司 广东 广州 510000

随着城市化进程的加速，市政路桥工程建设对于城市基础设施建设和交通发展具有重要的意义。预应力施工技术作为一种高效、经济、安全、耐久的施工方法，在市政路桥工程建设中得到了广泛应用。然而，目前在国内尚缺乏对于预应力施工技术在市政路桥工程建设中的系统研究和总结，也存在一些实际问题亟需解决。因此，本研究旨在深入探究预应力施工技术在市政路桥工程建设中的应用研究，分析其影响因素和质量控制等问题，为进一步推动市政路桥工程的发展和提升施工质量提供科学依据和参考。同时，本研究还将为国内外相关领域提供实用性的理论和实践经验。

1 预应力施工技术概述

1.1 预应力概念与分类

预应力是指在混凝土结构中通过预先施加拉应力来抵消该结构在使用荷载下所产生的压应力，以提高混凝土结构的承载能力和使用寿命的一种技术。预应力的作用可以增加混凝土的抗拉强度和刚度，同时也能够减小混凝土的应力和变形，从而提高结构的稳定性和安全性[1]。根据施工方式和施工时间的不同，预应力可分为两类：内部预应力和外部预应力。内部预应力是指预应力钢筋或钢束置于混凝土的内部，通过混凝土的自身粘结力将预应力传递给混凝土结构。外部预应力是指预应力钢筋或钢束置于混凝土表面，在混凝土凝固后通过锚固件将预应力传递给混凝土结构。内部预应力主要适用于大型工程，外部预应力则适用于小型工程和局部加固。根据预应力的施加方式和施加时间，预应力可分为静态预应力和动态预应力。静态预应力是指在混凝土浇注前或固化后通过张拉预应力钢筋或钢束来施加的预应力。动态预应力是指在混凝土浇注后通过振动预应力钢筋或钢束来施加的预应力。静态预应力可以获得较大的预应力，但需要精密的设备和施工工艺；动态预应力虽然施工简单，但预应力较小。

1.2 预应力施工技术原理

预应力施工技术是通过对混凝土构件施加预先设定的预应力，使其在使用过程中能够承受更大的荷载，提高其承载能力和抗震性能的一种技术。在预应力施工技术中，混凝土构件内部的应力状态被改变，从而提高了其抵抗外部荷载的能力[2]。预应力施工技术主要包括张拉预应力和压缩预应力两种方式。

张拉预应力是通过预先张拉预应力钢筋或束筋，将混凝土构件拉向一定的应力状态，并在混凝土凝固后释放张拉力，使得混凝土处于一种受压状态。通过张拉预应力，可以提高混凝土的抗弯和抗剪能力，改善其整体性能。压缩预应力是在混凝土构件内设置压应力钢筋或束筋，使混凝土在不受外力作用时就已经处于一定的压应力状态。这种方式可以增加混凝土的抗压能力，提高其整体强度。表1列出了预应力施工技术和非预应力混凝土构件在受力状态下的应变变化对比。从表格中可以看出，在预应力施工技术中，混凝土构件的应变能够被减小，因此其受力状态更加有利于承受外部荷载，提高了其抗震性能和承载能力。

表1 混凝土构件在受力状态

2 市政路桥工程中预应力施工技术的应用

2.1 市政路桥工程的特点和要求

市政路桥工程是指在城市和城市周边区域中建造、改造、扩建道路、桥梁等交通设施的工程，其特点和要求包括以下几个方面。① 复杂性：市政路桥工程的建设对象通常为城市内部交通繁忙的地段，路面面积较大，建设工期紧，施工环境复杂，所以施工难度大；② 安全性：市政路桥工程的建设涉及到城市交通，一旦出现安全事故，将会给城市交通带来严重的影响，因此，在市政路桥工程建设中，安全是第一位的；③ 可持续性：市政路桥工程的建设需要考虑到未来城市交通的发展和变化，必须考虑到城市规划和环保要求等因素，保证市政路桥工程建设的可持续性；④ 经济性：市政路桥工程的建设需要合理控制成本，提高工程效益，因此，在市政路桥工程建设中，必须考虑如何优化施工方案、降低建设成本等方面，提高经济效益。

2.2 预应力施工技术在市政路桥工程中的应用

市政路桥工程作为城市基础设施建设的重要组成部分，对道路交通的畅通与安全有着至关重要的影响[3]。因此，在市政路桥工程建设中采用预应力施工技术是提高工程质量和保证工程安全的一种有效手段。预应力施工技术可分为预应力混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁两种类型。在市政路桥工程中，预应力混凝土梁的应用更为广泛。预应力混凝土梁的特点是具有较高的承载能力和较好的变形性能，同时还具有较好的耐久性和抗裂性能。在市政路桥工程中，预应力施工技术的应用主要包括以下几个方面：

（1）增加桥梁的承载能力。采用预应力施工技术可以在混凝土梁内部引入预应力，增加混凝土梁的承载能力。这样不仅可以减小梁的截面尺寸，降低自重，而且可以增大桥梁的跨度，达到节约建设成本的目的。

（2）提高桥梁的变形性能。预应力混凝土梁可以通过控制预应力的大小和施工方式，使其具有较好的变形性能。这可以有效地减小桥梁受力时的变形和振动，提高桥梁的使用寿命。

（3）改善桥梁的耐久性能。预应力施工技术可以有效地减小混凝土梁的应力集中程度，从而减小混凝土的开裂和脱落现象。同时，在预应力施工过程中，还可以引入一定的缆束张力，促进混凝土的早期强度发展，从而增强桥梁的耐久性。

（4）提高施工效率和工程质量。预应力施工技术具有施工周期短、操作简单等优点，可以大大提高施工效率。此外，预应力施工技术的施工过程可通过张力监测、应力测试等手段进行实时监测，有效保证工程质量。

3 预应力施工技术影响因素分析

3.1 施工材料的影响

施工材料是预应力施工技术中重要的组成部分，其质量和性能会对施工工艺、工期和工程质量产生重要的影响[4]。本章节将从预应力混凝土材料和预应力钢材料两个方面分别阐述它们对市政路桥工程建设中预应力施工技术的影响。预应力混凝土是一种特殊的混凝土，其制作材料、配合比、施工工艺等方面均与普通混凝土存在较大差异。首先，制作预应力混凝土的水泥要求抗裂性能好、早期强度高，同时还要满足强度等级的要求。其次，混凝土的骨料应该选用优质骨料，确保混凝土的抗压强度和抗裂性能。此外，掺加的掺合料和外加剂也会影响预应力混凝土的性能，需要根据具体工程情况进行选择和搭配。

预应力钢材料是施工中的另一个关键材料，其质量直接影响到预应力锚具和张拉设备的使用效果。预应力钢材料的品质要求高，要求其材料的强度、韧性、延伸性能和腐蚀防护等方面都符合标准要求。在使用过程中，还需要注意钢材的防腐措施，以确保其长期使用效果。

3.2 施工工艺的影响

首先，施工工艺的选择应该基于具体的工程条件和设计要求，确保施工过程中能够满足预应力构件的设计要求和性能指标。例如，在张拉过程中，应该根据构件的尺寸、材料性质、预应力力值等参数来选择张拉方式、张拉速度和张拉次数等。其次，施工工艺的操作也应该符合标准和规范要求，避免施工过程中出现偏差或错误。例如，在混凝土浇筑过程中，应该保证混凝土的均匀性和密实性，避免混凝土出现气孔或者分层现象，导致构件质量下降。此外，施工工艺的控制也需要注意施工过程中的环境条件和操作规程，以避免因操作不当或施工环境不良等因素导致的施工质量问题。例如，在潮湿或者高温的环境中进行施工可能会影响混凝土的硬化速度和强度，需要采取相应的措施进行调整和保证[5]。

3.3 设计参数的影响

首先，预应力的初始张力值是设计参数中的重要指标之一。张力值的大小决定着预应力的受力状态和支撑结构的强度，而过高或过低的张力值都会影响施工质量和使用寿命。因此，必须根据工程的实际情况和设计要求来确定合适的张力值。其次，锚具的类型和布置方式也是设计参数中的重要内容。不同类型的锚具有不同的受力特点和适用范围，而合理的布置方式可以使预应力分布更加均匀，提高施工质量和使用寿命（如图1所示）。另外，预应力的施加方式和数量也是设计参数中需要考虑的因素。对于不同的工程类型和要求，应选择合适的施加方式和数量，以确保预应力的受力状态和支撑结构的强度满足要求。最后，预应力的锚固长度和锚固部位也是设计参数中需要注意的问题。合理的锚固长度可以保证锚固效果和支撑结构的强度，而锚固部位的选择也应考虑施工工艺和实际情况。

图1 预应力施工中锚具布置

3.4 外界因素的影响

市政路桥工程建设中，预应力施工技术的应用受到许多外界因素的影响，这些因素包括气候、地质条件、交通状况、环保要求等。首先，气候条件是影响预应力施工的一个重要因素。例如，温度和湿度的变化会直接影响混凝土的强度和硬化时间。在夏季高温季节，施工人员需要加强对混凝土的浇筑、养护和防止开裂的措施，以确保混凝土的质量。其次，地质条件也是影响预应力施工的重要因素。例如，地质条件不良的地区容易出现土层沉降、裂缝和滑动等问题，需要施工人员采取相应的措施来避免这些问题的出现。此外，交通状况也会影响预应力施工的进展，施工人员需要在保证交通畅通的同时，尽可能地减少对交通的影响。最后，环保要求也是影响预应力施工的一个重要因素。在施工过程中，需要采取相应的环保措施，例如减少噪音、减少粉尘等，以确保施工过程对环境的影响最小化。

4 预应力施工技术质量控制

4.1 施工前的准备工作

在市政路桥工程中应用预应力施工技术前，必须进行充分的施工前准备工作，以保证施工顺利进行并达到预期效果。首先，施工前需要进行现场勘察，确定施工地点的地质、地貌、环境、交通等情况，以便进行施工方案设计。其次，需要对施工材料进行检查和测试，包括钢筋、预应力钢束、混凝土、锚具等材料的检验、试验，以保证材料质量符合要求[6]。此外，还需根据设计要求进行预应力锚固点、张拉点等施工设施的布置，并编制详细的施工工艺和质量控制方案。最后，施工前还需要做好安全措施和环保措施，确保施工过程中不会对周围环境和人员造成伤害和污染。总之，施工前准备工作是预应力施工技术应用中非常重要的一环，只有做好充分的准备工作，才能保证施工质量和施工效果。

4.2 施工过程中的质量控制

在市政路桥工程建设中，预应力施工技术的质量控制至关重要。施工过程中，应对预应力工程的材料、设备、工艺等进行全面的质量控制，确保其满足设计要求和工程质量要求。具体而言，质量控制应包括：对预应力钢筋的检查和验收、对锚具和张拉设备的检查和维护、对混凝土配合比、强度等性能指标的检测和控制、对施工过程中的质量控制点进行把关和监控等。同时，施工现场应定期进行自检、交叉检查和第三方检测，并建立质量档案，及时记录施工过程中的质量问题和处理措施。通过对施工过程的全面质量控制，可以有效保障市政路桥工程预应力施工技术的质量和可靠性，降低工程质量风险，提高市政路桥工程的工程质量。

4.3 施工后的检测和验收

在市政路桥工程建设中，预应力施工技术的质量控制不仅限于施工过程中，还需要对施工后的预应力构件进行检测和验收。首先需要进行外观检查，确保构件表面无裂缝、无变形等表面缺陷。其次，进行超声波检测和动态加载试验，以检测预应力构件的内部质量，以及其承载力、挠度等力学性能。最后，进行整体性能检验，如静载试验、振动试验等，以检测预应力构件在实际工况下的实际性能。通过以上的检测和验收，可以全面了解预应力构件的质量情况，确保市政路桥工程建设的安全和稳定性。同时，在验收过程中还需要记录相关的数据和报告，以备未来的维护和管理。

5 结语

本文研究了预应力施工技术在市政路桥工程建设中的应用，并对其影响因素和质量控制进行了分析。预应力施工技术在市政路桥工程中具有显著的优势和应用前景，可以提高工程的承载能力和耐久性，降低维护成本和工期。然而，由于市政路桥工程的特殊性，预应力施工技术在实际应用中仍存在一些问题，需要进一步探索和解决。预应力施工技术在市政路桥工程建设中的应用前景广阔，需要不断探索和创新，为城市交通和基础设施建设做出更大的贡献。