预应力相关技术在水工建筑物中的应用及发展前景

房 欣

（重庆交通大学河海学院，重庆 400074）

近年来，随着我国经济和技术水平的不断提高，我国水工建筑物的建设规模也不断变大，在进行水工建筑物施工中，高强预应力混凝土应用变得越来越普遍。此技术能很大程度地改善水工建筑物结构受力状态，提高水工建筑物的刚度、整体性、抗滑稳定性及使用耐久性。预应力锚固技术就是利用钢筋的回弹压力，使其作用到不稳定的岩土体或支挡结构，增大滑动面的抗剪能力，进而提高整个水工建筑物的基岩体或支挡、保护结构的稳定性。

1 应力相关技术概念

1.1 高强预应力混凝土

高强预应力混凝土的作用机理就是在混凝土或者构件的部分或全部受拉区张拉钢筋，然后利用张拉钢筋的弹性回缩力，使得混凝土会产生一定预压应力，进而产生一定程度的受压变形，当受拉区在外荷载的作用下将要发生变形时，由于预应力的存在会将外荷载产生的部分或者全部拉应力抵消，使得整个混凝土结构只有在外界高强度的作用力下，才会出现拉伸现象，这样就能较好地延缓甚至阻止混凝土裂缝的产生。高强预应力混凝土施工技术能有效地提高钢筋混凝土的使用寿命、抗裂性和强度。因此，在水工建筑物中具有广泛的应用。

1.2 预应力锚固技术

预应力锚固技术指的就是使用锚固方法来改善支撑、保护结构或基岩土体稳定性的一种施工方式。通过在已经发生或者可能发生滑动的结构内部制造人工孔道，使用机器设备将钢筋的一端插入孔洞并将其固定在稳定的岩石土体之中，之后再对钢筋进行张拉，让钢筋的回弹力直接作用在支撑、保护结构或基岩土体之上，从而起到增强滑动面抗剪强度，提升支撑、保护结构或基岩土体整体稳定性的作用。此外，锚固技术中的锚索构造可以采用现代新技术，施工工序也可以简化，也可以降低造价并缩短工期，具有良好的应用发展前景和重要的研究价值。

2 预应力相关技术在水工建筑物中的应用

2.1 高强度预应力混凝土在水工建筑物中的应用

水工建筑物在实际施工中，根据张拉预应力筋与混凝土浇筑的先后关系，可将建立预应力的方法分为先张法和后张法两大类。（1） 先张法主要指的是在混凝土浇筑前，先对预应力筋张拉，之后再将张拉好的预应力筋固定并在上面进行混凝土的浇筑，当混凝土的强度达到设计强度的75%后（即混凝土和预应力筋的黏结力满足要求） 将预应力筋端剪断，这样就能对混凝土整体产生一个预压应力，形成整体性良好的预应力混凝土构件。（2） 后张法施工技术是先浇筑好混凝土并在预应力筋位置预留出张法预应力筋穿入的孔道，混凝土达到设计强度的75%后，一边张拉预应力筋，一边压缩构件，最后用锚具锚固在构件两端并在孔道内灌浆。后张法实际施工性很高，不需要特制的台座，可以进行现场施工制作，施工灵活性较好。

高强度预应力混凝土具体应用于：①灌区跨沟渠渠道、防洪沟等结构的预制梯形渡槽、U 型渡槽、排架；②灌区、穿路涵的渐变段预制扭面；③引排水穿路、穿堤的预制涵管、涵洞；④河道综合治理、小流域清洁方面的下河踏步、生态护坡、压顶护脚、空箱式挡土墙等水工建筑物方面的施工。

2.2 预应力锚固技术水工建筑物中的应用

预应力锚固技术的应用可以分为在施工期间和使用期间的应用。

（1） 施工期间：主要用于体积较大的混凝土贯通裂缝的处理以及具有不稳定性能基岩的相应处理。由于混凝土和基岩抗拉伸性很差，在体积较大的混凝土实际施工过程中裂缝是时常出现的，产生的原因包括：温差的不断变化、基础各部分的不均匀性沉降,混凝土部分结构的坍塌下落等。倘若是让裂缝自由发展，不对其延伸、扩展加以约束，将导致整体结构的失稳和破坏。因此，在已经出现或可能出现裂缝的区域采用预应力锚固技术对混凝土施加预压力,这样就从一定程度上抑制裂缝的发展,减小裂缝宽度。此外，在实际施工过程中预应力锚固技术中的锚索对于提高锚固于岩基之上坝体的抗滑稳定性具有良好的效果。

（2） 使用期间：主要用于水工建筑物的补强，由于水工建筑物一般建在多种多样的地基条件的基础上，并长期存在于潮湿、复杂的水体环境之中。因此，建筑物结构本身的材料性质、形状、尺寸等方面极易出现一些变化，需要施工方及时加以处理。在这一方面，应用预应力锚固技术就显得尤为重要了。预应力锚固技术在建筑物使用期间主要用于抑制水工建筑物的裂缝发展，加筑并稳固水下的工程等方面。预应力锚固技术对于提高水工建筑物的抗渗性以及大坝基础的整体稳定性有着不可忽视的作用。

3 预应力相关技术在水工建筑物应用方面的发展前景

随着水利工程建设的规模越来越大，预应力相关技术的理论基础及一些核心技术的掌握已进入良好的发展阶段，整个预应力相关技术的研究必将不断深入；随着实际设计、施工经验的不断积累，预应力相关的施工技术、张拉设备、数据控制手段等方面也一定会有不断的提高和突破。预应力相关技术的应用对于改善水工建筑物的施工方式，提高水工建筑物的施工质量具有极其重要的意义，在水工建筑物方面的应用必将具有广阔的发展前景。