道路桥梁预应力施工技术的应用

2023-11-10邹龙昆

黑龙江科学 2023年20期

邹龙昆

(江西中煤建设集团有限公司,南昌 330038)

预应力技术能够加强道路桥梁的稳定性,避免产生裂缝问题,保证工程质量及安全。施工需按照规范开展作业,保证各环节的施工质量,发挥技术优势,提升工程建设水平[1-2]。

某预应力混凝土连续刚构桥桥长186 m,跨径2 m×13 m+8 m×20 m,桥宽20 m,上部结构为预应力混凝土箱梁,采用挂篮悬臂浇筑完成,桥墩为圆端形实体桥墩,钻孔灌注桩基础,桥面铺装层采用沥青混凝土面层。图1为此预应力混凝土连续刚构桥箱梁结构。

图1 预应力箱梁结构Fig.1 Structure of prestressed box girder

1 预应力施工技术要点

1.1 锚固锚具

预应力施工中,锚固锚具的质量及可靠性对结构安全性及使用寿命有着重要影响,必须严格按照规范要求选择合适的锚固锚具,确保其质量及性能符合设计要求。使用锚固锚具时需进行严格的操作及施工控制,确保锚固过程中的张拉力及位移控制符合设计要求,确保预应力钢绞线得到有效锚固[3]。

施工前,要确定预应力钢绞线的布置位置,考虑结构设计、荷载要求、施工可行性及效率,确保预应力能够有效传递到结构的关键部位。针对跨中转向横肋施工作业与钢绞线存在偏差的问题,施工过程中要及时调整,对锚固端横梁的预埋位置进行准确计算及布置,保证预应力钢绞线在锚固端横梁中的锚固长度满足设计要求。在桥墩设置导槽及跨中转弯横筋时,应根据设计及规范要求施工。为保证支护结构中预应力钢索能被精准导引至预设位置且在受力时能发挥支护与导引功能,需保证支护结构的几何尺寸精度。在跨中转向横肋施工时,需保证钢绞线的弯折处符合要求,对各端部进行打磨,避免出现卡滑问题,确保钢绞线的锚固效果及施工质量。

1.2 预应力筋

预应力钢筋张拉主要分为预加载和高应力张拉。在工程实践中虽然采用标号等方法对钢丝绳定位进行控制,但张拉时还会发生钢丝绳缠绕的现象。为避免出现此问题,需预紧张拉,通过适当的预拉力来消除钢绞线的松弛,保持其紧致状态,从而在高应力张拉阶段能够更好地控制钢绞线的位移及拉力。通过预紧张拉调整钢绞线的张拉位置,使其处于合适的状态,降低张拉时出现缠绕或错位的风险。在进行预紧张拉时,由于钢绞线的长度较长,其下垂量较大。为了保证预应力筋在结构内的均衡张拉,应从两端同时进行预紧张拉并进行对称处理,以确保钢绞线下两端的黏结长度相差不会过大,保持结构的稳定性及均衡性。预紧张拉的力量应控制在设计张拉力的15%左右[4]。

预应力筋的理论伸长值是评估及控制预应力筋在施工过程中长度的控制指标。理论伸长值是预应力筋在受到拉力作用后产生的伸长长度,通过以下公式计算得出：

(1)

式中,ΔL为预应力钢筋的计算伸长值,m;Pp为预应力钢筋的平均张拉力,N;L为预应力钢筋在孔道中的长度,m;Ap为预应力钢筋的截面面积,mm2;Ep为预应力钢筋的弹性模量,MPa。

1.3 压力灌浆

预应力钢筋失去保护后会以非水平弯曲或倾斜状态存在,且水泥浆自身的水蒸发会导致空隙形成。在高应力张拉操作过程中,预应力钢筋容易发生腐蚀,腐蚀部分会出现缺损,严重影响钢筋混凝土结构的稳定性,进而影响公路桥梁的施工效果。在灌浆过程中需控制水泥浆的配合比及浇筑时间,严格按照施工规范及要求进行操作[5]。

2 桥梁施工监测及控制

为保证梁体的线形控制,在正式施工前需对其进行初算。利用Midas Civil有限元软件,建立桥梁整体结构模型,进行固结模拟。

2.1 截面应力

主跨跨中与箱梁根部截面纵向应力结果分别如图2(a)、(b)所示。

图2 主梁截面应力实测值Fig.2 Measured stress values of main beam section

由图2可知,主跨跨中与箱梁根部顶板截面为受压状态,底板截面为受拉状态,随加载等级的增加,应力逐渐增大,但均未超出容许限制,表明在施工过程中梁体结构未出现裂缝等病害。

2.2 位移

为了保证本桥线形的优美、平顺及合龙口两端的高差达到一定的标准,在施工过程中需对每个梁段的挠度变化进行测量,在进行竖向挠度测量时,需对相同断面的各个测点间的高差进行测量,以确保中线走向及平面的稳定性[6]。按照施工需要在每个分段的纵向方向两端20 cm处分别设5个测点,沿0#块水平方向设水平测量参考点,梁端测点的埋置应考虑梁段的特点及施工条件,避免因吊篮行走轨迹遮挡而造成影响。

2.2.1 梁体自重荷载下变形

以1#墩最大悬臂状态为例,进行自重荷载下的梁体变形计算,在自重荷载作用下,梁体结构的变形情况如图3所示。

图3 自重荷载作用下的位移变形Fig.3 Displacement and deformation under self-weight load

由图3可知,在自重荷载作用下,随着悬臂长度的增加,悬臂段的变形逐渐增大。在节点11处,由于与支撑的连接方式不同,局部约束导致应力集中,令端头附近梁体位移最大。故在进行桥梁设计及施工时需综合考虑悬臂长度、结构稳定性、局部约束等因素,保证桥梁的安全性及稳定性,确保其在使用寿命内满足设计要求。

2.2.2 预应力荷载下的变形

随着钢束的不断张拉,在预应力荷载作用下,梁体各节点的挠度变形情况如图4所示。

图4 预应力荷载作用下节点的位移变形Fig.4 Displacement and deformation of joints under prestressed load

由图4可知,支座处节点位移值为0,这是由于支座起到固定梁体的作用,使其在该位置不发生位移。悬臂距离端部越远,需要张拉的钢筋越多,导致梁体总体变形越大。在墩顶两侧随着钢束的张拉及预应力的施加,梁体变形逐渐增大。当接近梁端部时,梁体变形又逐渐减小。

2.2.3 材料收缩徐变作用引起的位移

收缩徐变作用下的各节点累计位移情况如图5所示。

图5 材料收缩徐变作用下的位移变形Fig.5 Displacement and deformation of materials under shrinkage and creep

由图5可知,混凝土的变形情况主要集中在桥梁的中间位置,由墩顶部到墩两边逐步增加,到1/2L左右(L为桥跨)时又逐渐减少,在徐变作用下,最大变形绝对值为1.74 mm。表明在桥梁整个服役过程中徐变行为对其造成很大的影响。施工期间,徐变导致的变形会影响施工的准确性及稳定性,而在成桥后的使用阶段,混凝土的长期徐变会导致桥梁的长期变形。