预应力技术在高寨洲小桥施工中的应用

周 密,包 山

(九江市公路发展中心修水分中心,江西 九江 332400)

0 引 言

预应力混凝土结构于20世纪30年代开始逐渐出现,并被应用到各类工程建设之中。相比于普通钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构具有较强承载能力、抗裂性能,并且具有广阔的应用前景。在提升预应力施工工艺水平的同时,不断优化以及改进设计方案,被广泛应用在大型土木结构中,如大型重载工业建筑、中型和大型跨度梁建筑、高耸电视塔、大型特种机构以及海上平台等。

1 预应力技术在公路桥梁施工中的作用

1.1 提高公路桥梁的承载能力

在传统的桥梁施工中,由于混凝土强度有限,桥梁的自重限制了其承载能力。而通过预应力技术,可以在桥梁施工过程中施加预先计算好的压力,使桥梁能够承受更大的荷载。不仅可以提高桥梁的承载能力,还可以减少跨度,降低工程造价。

1.2 提高公路桥梁的抗震能力

地震是公路桥梁面临的重要灾害之一,对桥梁的破坏程度有着重要影响。通过预应力技术在公路桥梁施工过程中施加适当的预应力,使桥梁在地震发生时能够更好地抵御地震力的作用,减少公路桥梁的震动幅度和破坏程度。不仅可以保证公路桥梁在地震发生时的安全性,还可以减少地震灾害对公路桥梁的交通影响。

1.3 延长公路桥梁的使用寿命

在公路桥梁进行施工的过程中,由于荷载的作用,公路桥梁结构会逐渐发生变形和损坏,导致其使用寿命缩短。而通过预应力技术,可以在公路桥梁施工过程中施加适当的预应力,使公路桥梁结构能够保持较好的刚度和稳定性,从而延长使用寿命。不仅可以减少公路桥梁的维修和更换频率,而且还可以降低公路桥梁的交通运营成本[1]。

2 项目概况

本公路桥梁工程位于江西省抚州市下辖县,主要为黎川县绕城公路改建工程。高寨洲桥为连续跨度桥梁,跨度为48 m+80 m+48 m。本工程施工布设总体思路为在满足桥梁使用功能要求的前提下,遵循“安全、经济、实用、美观”的总体原则,结合本项目的地形、地质、自然条件,充分考虑项目施工条件及施工单位的建设水平、工程投资等因素,科学合理地选择桥型方案,满足实用性,安全可靠性,经久耐用性,施工便捷性及造价最优性要求。基于项目实际情况,工程梁体设计为变截面形式,梁箱顶部为2.4 m,底部宽度为1 m,梁体顶部均为0.5 m;而底部厚度为0.5～1.1 m之间。为确保连续跨度桥梁施工能有序进行以及具有较好的施工质量,本项目主要使用预应力技术进行施工[2]。

3 预应力技术在高寨洲小桥施工中的应用

3.1 钢筋混凝土箱涵设计

箱涵涵身为C40混凝土材料;八字墙、铺砌以及八字墙为C25混凝土材料;箱涵基础为C20混凝土材料;台背回填则采用砂砾。依据现行《公路桥涵施工技术规范》,合理完成混凝土配合比、拌制、运输、浇筑、振捣以及养护等施工流程,确保本施工满足质量评定以及质量检验标准。针对本工程施工情况,上述构件都使用碎石混凝土,有效提升结构抗裂与抗剪性能。中跨一片预制箱梁预应力材料数量详细情况见表1。

本混凝土粗骨料使用连续集配,碎石最大粒径20 mm,确保混凝土浇筑与振捣环节施工质量。在施工放样前准备阶段,需要确定箱涵位置的合理性、准确性,在检查无误之后方可继续施工。应采用电焊方法加固处理箱体钢筋骨架,在此期间,必须确保箱体立墙的模板与立架具有足够的刚度和强度,以免影响箱涵施工水平。箱涵主要采取现浇成形方式,针对全涵也可沿着高度方向进行二次浇筑,第一次浇筑底板30 cm,第二次浇筑剩余部分,在两次浇筑混凝土期间,相关人员应严格按照规定进行凿除气泡、浮浆作业。在完成箱涵浇筑作业之后,当混凝土材料强度>95%时,方可采用砂砾进行涵背回填,确保对称均衡、分层夯实,密实度≥96%。在建成箱涵之后,及时清除箱涵内以及周边环境杂物,对接好箱涵与原有沟渠,以免影响箱涵正常使用。在桥梁施工前准备阶段,应注意该地段路基承载力≥200 kPa,若部分地段路基承载力在200 kPa以下时,应进行地基处理之后方可进行后续施工[3]。

3.2 钢绞线施工要点分析

(1)下料

在施工作业前准备阶段,工作人员应事先确定钢绞线空间位置。本高寨洲连续型跨度桥梁工程,在应用预应力技术过程中,为科学、合理设置钢绞线,需要对桥梁结构施加一定的预应力。完成布置钢绞线作业之后,进行下料施工在此期间,安排专业人员检测钢绞线质量,确保符合相关规定,以免影响工程施工进度与质量。若桥梁部分钢绞线存在质量不达标或安全隐患情况,应第一时间标注存在问题的具体位置,并及时上报给管理人员做好报废处理工作。

(2)穿束

在进行钢绞线穿束前准备阶段,工作人员需检查锚具、夹片、连接器等配件是否齐全,并确保这些配件处于良好状态。同时,准备必要的施工设备和安全防护用品,如工作平台、安全带、安全帽等。依据本项目设计与施工要求,将钢绞线穿过孔道或连接器。在钢绞线穿束阶段,相关人员应做好检验预应力筋系数工作,确保其实际张力与相关规定保持一致。在穿束过程中,应注意避免损伤钢绞线,确保其顺利穿过。穿束完成后,应检查钢绞线是否顺畅,有无卡滞或弯曲现象。并使用拉紧器等工具,逐步拉紧钢绞线,使其达到设计要求的张拉力。在拉紧过程中,如出现异常情况,应立即停止操作,进行检查和修复。根据设计要求,调整钢绞线在预应力结构中的位置,以满足结构受力需求。调整过程中应注意避免钢绞线相互交叉或重叠,确保其处于正确的位置。为进一步增强钢绞线的抗拔能力和耐久性,需要对固定点进行加固。常用的加固方法包括增大截面法、粘贴碳纤维布法、体外预应力法等。根据具体情况选择合适的加固方法,对钢绞线的固定点进行加固处理。加固过程中,应注意保护钢绞线,避免对其造成损伤。同时,确保加固效果满足设计要求,以保证预应力结构的稳定性和安全性[4]。

(3)张拉

钢绞线张拉主要由预紧张拉以及高应力张拉构成。在施工前准备阶段,工作人员应仔细检查已经标号的钢绞线,确保钢绞线位置的合理性,以免在张拉作业期间发生缠绕影响施工进度与施工质量。因为本桥梁的钢绞线较长、下垂体量大,在预紧张拉施工过程中,应确保钢绞线两端对称。在张拉阶段,工作人员应合理使用张拉设备,在钢绞线束上安装群锚锚具,使用设备进行张拉作业。在此期间,工作人员需确保设备两端同时运行,并计算钢绞线伸长量,确保整体荷载量稳定利用公式(1)计算钢绞线伸长量

(1)

式中:P为钢绞线平均张拉力;L为分段长度;A为钢绞线截面积;E为弹性模量;θ为张拉端到计算横截面孔道部分,切线夹角之和;x为张拉端至结算截面孔道长度;k为孔道局部偏差摩擦影响系数;μ为钢绞线与孔道壁之间摩擦系数[5]。

在计算钢绞线伸长过程中,工作人员应严格控制相关流程,并实时调整预紧力大小。本项目设计的张拉力为16%,预应力张拉设备抗倾覆安全系数>1.6,设定抗滑移系数为1.4。经调查研究发现,本次张拉横梁刚度满足施工要求,受力后最大挠度≤2 mm,钢绞线合力中心与锚板受力中心保持一致。在完成预紧力张拉作业之后,工作人员应立即评估桥梁排气孔、灌江口以及梁体尺寸,判断预埋件位置的合理性、准确性,在达到设计要求之后,再进行高应力张拉施工作业。

3.3 竖向预应力

本工程主要选用螺纹钢筋(直径2.5 cm)进行竖向预应力张拉,并依据项目实际需求制作铁皮管,确保在预应力钢筋穿插螺母过程中,能够固定结构,并进行紧密连接。同时,需对螺母两侧进行密封,避免发生漏浆问题,通过张拉有效控制整体结构。在预应力下料阶段,使用砂轮机进行磨砂操作。按照相关规定以及项目情况,合理设计油压表数值,确保油表误差≤2%,控制好伸张量误差,确保其<1%。

3.4 孔道压浆

在孔道压浆前准备阶段,工作人员需严格按照相关规定进行混凝土配置,并确保孔道位置选择合理性,在此基础上,合理选择压浆施工工序,使用空压机清除孔道内的杂质,确保孔道清洁。在水泥浆搅拌过程中,按照既定要求,合理配置相应参数,有效提升桥梁工程施工质量[6]。在灌浆过程中,应选用纯水泥浆,其技术条件必须满足以下要求:(1)水灰比应在0.4～0.45;(2)材料选用P·O 42.5的一般硅酸盐水泥;(3)拌和后3 h内,泌水率应控制在2%以下;(4)灌浆工艺应符合要求。在进行预应力筋张拉之前,应对孔道进行彻底的冲洗和湿润,以确保灌浆孔能够有效地灌入,并且泌水孔能够有效地排出水分。应尽快进行灌浆,如果条件特殊,应采用必要的保护措施,以防止锚固装置和钢绞线被锈蚀。此外,还应使用砂浆搅拌机将混合好的水泥浆进行滤网筛选后,放入蓄浆桶内进行储存。

在压浆过程中,应从灌浆孔注入浓浆,直至全部泌水冒出孔即可。压浆的同时,应做好水泥立方体试块,并进行28 d的标准养护,以此作为水泥浆强度质量评定的依据。在灌浆结束后的24 h内,应该对全部的泌水孔采用人工补浆,并且要反复实施,直到泌水孔的浆体达到饱满状态方可。预应力梁在灌浆完毕24 h后,应该切除剩余钢绞线,并且暴露在锚具外的钢绞线宽度不得低于30 mm。在封堵前,应先对孔洞内的水泥加以凿毛和清理,然后用同等硬度的细石混凝土将张拉端的孔洞封闭,在施工过程中,针对已经固定好的锚具,只需振捣混凝土,无需直接振捣锚具。

3.5 科学定位预应力筋

在工程实际施工过程中,相关施工人员需要根据工程的需求以及现场实际情况,合理确定预应力筋位置,通过准确的位置布设,保证平面整体完整性。另外,需要注意的是,在张拉端布置施工时,应当严格把控预应力筋位置,确保其与锚板保持一定的垂直度,随后才能够进行张拉承压装置安装施工,以此来避免预应力筋在混凝土浇筑过程中出现位移,影响整体结构稳定性。与此同时,需要根据各筋实际坐标位置进行预应力、非预应力核对。在实际工程施工中,通常会出现普通钢筋与预应力筋布设干涉的情况,应当以预应力筋为主,调整普通钢筋位置。捆扎钢筋之前,需要标注钢筋与梁的实际位置,并按照施工图纸标注顺序进行施工。常规情况下,纹管与预应力筋安装质量对预应力体系质量有着直接影响,因此,在施工过程中,需要严格控制安装质量,避免混凝土浇筑过程中波纹管出现位移、堵塞等问题。更需要注意的是,在施工之前应严格检查波纹管质量,另外,施工过程中,需要合理控制波纹管定位,其与钢筋网之间的距离应保持在3 mm以内,按照曲线段在0.5 m以内,直线段在1 m以内进行布设。在此期间,采用的穿束工艺为整束,预应力筋加工时,允许偏差见表2。

表2 预应力筋加工允许偏差

4 结 语

综上所述,预应力技术的应用存在结构形式复杂、预应力筋布置困难和张拉控制难度大等难点。重点在于钢绞线下料和穿束的精度,以及张拉控制设备的采用和计算实验验证。同时,需要严格遵守施工流程规范,控制施工进度和温度等因素,确保预应力施工的质量和安全。预应力技术是桥梁工程中重要的技术手段,可以提高桥梁的承载能力和使用寿命。