道桥施工中预应力的应用及存在问题的解决

陶永建

(四川路航建设工程有限责任公司，四川 成都 610045)

1 预应力结构施工特点

对于道桥工程预应力结构施工，多以过渡沟壑、深谷和特殊构筑物等结果。根据现场地形、地势、地貌等条件，根据桥墩附近地质条件确定施工方案，再选择合理的施工工艺。如大跨度梁体多采用悬臂式挂篮浇筑施工，在桥墩两侧对称分段施工预应力混凝土，后施工段是靠己施工段做支撑悬臂浇筑，各节段通过钢架绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉压浆、移挂篮的顺序、沿主墩两侧对称浇筑施工梁体。悬臂法施工工艺是类似桥型的结构受力性能和工艺特点充分发挥，受力平衡体现了预应力等效荷载观点，为大跨度桥梁的发展开辟了新途径。

2 预应力结构应用的优缺点

2.1 优 点

1)混凝土性能在运营期间改变结构受力体系。在结构受拉或者受弯构件中使用预应力，可缓解运营过程中动荷载引起的应力裂缝，在瞬时冲击荷载作用下可抑制裂缝宽度；使用预应力钢筋混凝土结构时，可消除或降低运营过程中产生的挠度，预应力钢筋混凝土结构不断地发展，运用其优势建造超大跨度、超大空间的建筑物既经济，又美观。

2)结构抗剪承载力提高。梁体纵向预应力、横向预应力、竖向预应力的作用可延缓混凝土结构中因结构受剪引起的剪切斜裂缝，提高结构物的抗剪承载力。

3)改善可恢复形变能力。对于桥梁工程运营中受的是瞬时活载，普通混凝土构件上易出现不可恢复的裂缝，预应力钢筋混凝土卸载后钢束弹性形变会牵引混凝土间的裂缝闭合，避免混凝土裂缝进一步发展，极大地改善了结构性能，提高混凝土构件的耐久性。

4)耐疲劳程度提高。预应力作用于钢筋混凝土可降低钢筋的受力程度，钢筋混凝土的疲劳破坏主要是钢筋疲劳引起的，并非混凝土本身疲劳，在桥梁受活载作用下疲劳减小循环幅度。

5)能充分利用新型材料减轻结构自重。使用新型材料生产的钢筋混凝土，由于受材料性能的约束裂缝、挠度问题使得结构物自重受限制，用高强钢材配合高强混凝土才能充分发挥新型材料的优点。如普通钢筋混凝土与高强钢绞线组合，发挥不到20%的钢绞线强度，导致结构性能不满足使用条件，导致运营期间构件裂缝宽、挠度大；预应力可优化构件性能，充分发挥材料特性潜能降低建造维护成本。

6)结构内力可调。设计时可考虑用预应力筋来平衡结构受力的反向荷载，通过受力验算可部分抵消甚至全部抵消外活载，使结构内力与变形动态平衡。

2.2 缺 点

1)施工过程工艺繁琐，过程衔接质量管控要求高，施工时要有专业技术力量的队伍，现场管理人员的业务水平精湛。

2)部分专业设备需要定期标定，设备种类多，保养管理费用大。

3)预拱度不易把控，往往施工后预应力梁体反拱度与理论值有偏差，偏差较大时会影响预应力结构的受力特性，尤其是受原材料、周围环境影响结构成型后，随着时间增加混凝土收缩徐变，梁体系受力慢慢趋于稳定。

3 施工应用中常见的问题及防治措施

1)欠张拉、过张拉处理调整。施工时依据设计文件图纸指定的钢绞线规格型号，通过产品说明书查询钢绞线参数，包括标准应力强度(Fpk)、截面积(A)、弹性模量(Ep)、松弛率(3.5%)、松弛系数(§)、锚具变形、钢绞线回缩、管道摩擦系数(u)、孔道偏差系数(K)、张拉钢绞线张拉夹角(θ)、通过公式计算出理论伸长值ΔL、施工时实际伸长值与理论伸长值偏差不易超过6%，再通过标定千斤顶时的检验报告，确定回归方程计算出张拉初应力和油表控制力读数。并把详细的计算过程书报其相关部门审查，以防失误。

预应力张拉次序按设计图纸要求进行，张拉过程受力均匀左右同步、钢绞线不产生扭转侧弯，不得使锚垫板和混凝土超应力、使构件产生过大的附加内力及变形等进行调整，按规范持荷、锚固、封锚。

2)注浆漏浆原因分析及处理。预应力孔道波纹管主要分金属波纹管、塑料波纹管两种，塑料波纹管制作简单且张拉时产生的摩阻力小，多数后张法施工的预应力孔道采用波纹管。目前市场上不达标产品多，波纹管强度、刚度大多数达不到设计要求，安装波纹管时易破损导致浇筑混凝土时波纹管变形或者漏浆，波纹管变形后导致孔道狭窄造成预应力筋穿束困难，张拉时增大预应力筋张拉的摩阻力。破损地方浆液渗入凝固堵塞孔道导致不能张拉。波纹管施工钢筋网密集沿波纹管铺设线路受很多纵横向钢架挤压导致变形，遇到堵管时，先根据预应力筋曲线位置找到堵塞点，根据设计图纸避开梁体主筋开洞，清除堵塞物达到钢绞线能顺利穿过伸缩自如为佳，然后封堵开孔，等达到强度后穿束压浆。

可采取以下预防措施：在材料进场前把好验收关，波纹管存储过程中管理好不破损氧化，加工前对波纹管进行质量检查，有缺陷的不用；浇筑混凝土前检查波纹管是否固定牢固，是否密闭，同时浇筑过程中远离波纹管。

3)滑丝、断丝处理。张拉后需检查是否滑丝或者断丝，若有须及时采取修补措施。如果受损较严重需更换钢绞线重新张拉。张拉滑丝原因为：预应力钢绞线表面有油污或者工作夹片中有油污乃至夹片被损坏；工作夹片大小不合适等。常见的处理方法：处理钢绞线或者换新夹片。断丝原因为：钢绞线绞缠引起受力不均，钢绞线受到机械损伤。如果出现断丝应立即更换新的。

4)长扁波纹管孔道常见问题：加工扁波纹管时转角附近的接缝咬口都会略翘起，浇筑时灰浆可能进入波纹管内。

现浇箱梁长波纹管的安装会有许多接头，施工时可能部分咬口开裂，穿钢绞线时有咬口翘起的波纹管会缝隙增大，摩擦力会使波纹管薄弱处出现孔洞，导致砂浆灌入波纹管。

水泥浆进入管道后铸固钢绞线，张拉时造成铸固段的钢绞线不能受力，导致张拉力和伸长量达不到设计要求，降低预应力效果。

5)裂缝处理。拆模后受重力或者应力重分布影响产生裂缝,使混凝土表面出现水纹状龟裂缝，多以梁的上下边缘出现为主，沿梁体不均匀分布,裂缝深度大致扩散到箍筋位置；竖向裂缝多沿梁长度方向间隔出现,严重时延伸至梁截面髙，多以中间宽两头窄形状分部,深度不均。该裂缝可能是水纹裂缝，一般未浇湿透的木模板易产生此类裂缝；竖向裂缝系混凝土养护浇水少了引起的，以及拆模时太阳直射温度高未及时洒水造成的,预防的措施为加大养护浇水频率并防暴晒覆盖。

用环氧水泥嵌缝修补可以修补较严重的裂缝，轻微的不做处理,对表面剥皮脱落需将疏松部分凿除干净后用髙强水泥砂浆修补。

6)梁体沿主筋裂缝。该裂缝一般在运营过程中出现较多，主要分布在梁主筋受拉部位，“先锈后裂”裂缝会随时间锈蚀形成氧化铁膨胀导致裂缝发展。形成原因有：钢筋保护层太薄或外加剂含氯盐等；拆模过早钢筋提前受力导致保护层裂缝。

预防措施:加强保护层控制措施，保证钢筋保护层厚度满足设计值。做混凝土试配试验确定合适的外加剂掺量。

4 结 语

目前，我国预应力混凝土的年用量约为28～35亿m3，用于土木工程的水利、交通、市政等行业，从结构材料类型方面来讲，混凝土及预应力混凝土结构约占全部工程结构的90%以上，预应力混凝土将是现阶段乃至未来二十年内我国主导的工程结构材料。故把握运用好预应力混凝土的优点，采用相应手段控制施工过程中的不足之处，将预应力混凝土性能发挥到极致，有利于桥梁工程事业的发展。

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