预应力技术在公路桥梁工程施工中的应用

刘宏志

（佳木斯市公路管理站，黑龙江 佳木斯 154004）

0 引言

在公路桥梁工程的施工过程中，预应力施工技术一般是指在钢筋混凝土构件承受自身重力荷载或外部荷载之前预加拉应力，使整个混凝土构件的强度得到提高，推迟混凝土构件裂缝出现的时间，进而提高构件的耐久性，增加公路桥梁工程的使用寿命。在公路桥梁工程的施工过程中，预应力技术不仅可以提高桥梁工程结构体系的抗渗能力和抗剪能力，而且在风荷载或地震的作用下还可以提高桥梁工程结构的抗灾害能力。同时，预应力技术的应用还能够有效降低钢筋材料和混凝土材料的使用量，在提升构件设计性能的同时，有效减少构件自身尺寸和质量，进而提高公路桥梁工程的经济效益与社会效益。

1 在公路桥梁结构中预应力的整体受力现状

1.1 预应力存在受损问题

在公路桥梁施工过程中，与其他结构相比，预应力结构消耗相对较低。然而，在预应力施工过程中，在摩擦力的作用下，预应力会出现部分损失，见表1。在具体工作过程中，最好根据摩擦力数值及系数来计算该部分应力损失，对不同的影响系数进行全面、系统的归纳和总结，以确保后续公路桥梁施工的顺利进行。通常情况下，在公路桥梁施工过程中，在施工混凝土原料的影响下，混凝土会出现收缩问题，进而出现预应力受损现象。此外，在传统公路桥梁的施工过程中，大部分桥梁仍然采用传统的施工方式，很多环节的工作难度都比较大，例如系数计算难度大，很容易导致预应力计算结果失真，进一步出现预应力受损现象。

1.2 预应力受弯性能

在对预应力技术进行研究的过程中，要对预应力受弯性能综合考虑，并对公路桥梁施工阶段所遇到的非线性问题进行全面分析。一般情况下，受到外界不同因素影响，桥梁施工很容易出现非线性问题，并且不同类型的非线性问题解决难度都比较大。在公路桥梁施工阶段，为了提升预应力受弯性能，就需要参照相关数据对预应力技术进行实验分析，从而确定预应力荷载挠度。同时，还需要明确预应力受弯性能裂前弹性，并重点分析和研究其裂后弹性问题。

表1 预应力受损类型及原因

2 在公路桥梁工程中预应力技术的应用情况

2.1 在混凝土空心板中的应用

在我国公路桥梁工程的施工过程中，混凝土空心板是比较常用的1 类结构板类型，其内部具有多个圆孔，并且在相同承载要求下其运输及安装难度低、自重更轻、应用范围更为广泛，具有比较好的应用效果。通常情况下，预应力混凝土空心板在特定的预制场内完成制作，该阶段需要综合考虑公路桥梁空心板预拱度，并在确定距离跨度长度后对反拱值进行设置。混凝土空心板内部钢绞线可以选择低松弛高强度的钢绞线，并按照要求将其放置在空心板两端后，使用锚具进行固定。在混凝土空心板内部，钢绞线采用了整体性张拉的施加方式，并且随时根据实际情况来调整不同位置的钢绞线张拉参数，以确保钢绞线两端处

于对称均匀性张拉状态。设计人员提前标志好张拉范围。在张拉时，如果钢绞线出现断丝、滑丝等情况要给予及时更换，以免混凝土空心板内部钢绞线出现张拉功能失效问题。当钢绞线拉应力达到设计值时，就可以固定好钢绞线两端的套管，并按照要求做好管口密封工作，避免杂物渗入。在混凝土空心板制作过程中，对钢绞线的质量要求较高，由于因此在张拉钢绞线之前，最好按照设计要求来随机抽样检测钢绞线抗拉性能，以保证其性能符合施工要求，从而有效提高混凝土空心板性能，提高公路桥梁工程施工质量。

2.2 在工程预制板中的应用

为了确保公路桥梁施工的顺利进行和提高其施工质量，需要保证预应力混凝土构件的整体质量。与传统技术对比可以发现，将预应力技术应用到混凝土构件中能够有效提升相关构件的性能，例如构件的抗剪性能、抗疲劳性能以及抗渗透性能等。在工程预制板中应用预应力技术，还可以有效降低公路桥梁结构的挠度、自重和截面，并通过缩减不重要的性能参数也可以有效减少成本的投入，进而实现经济利益的最大化。同时，将预应力技术应用到工程预制板中，还可以减少地面断裂、地面开裂等常见的公路病害，提高公路桥梁的稳定性，进而使公路桥梁的使用寿命延长[1]。

2.3 在混凝土T 型梁中的应用

混凝土梁的截面形状为T 型时称为混凝土T 型梁，在公路桥梁施工过程中得到了广泛应用，其多应用于预应力钢筋混凝土连续桥梁或中等跨径的简支桥梁。在混凝土T 型梁中，预应力技术的应用不仅可以在承受上部荷载作用环节使T 型梁内部产生的较大内力，而且还可以使T 型梁内部的反向拉应力得到提升。通常情况下，T 型梁整体性强且受力明确，如果从纵向或横向方向上施加预应力技术，则可以有效提高T 型梁与其他拼装梁板结构的整体性。当T 型梁具有比较大的梁跨度时，可将T 型梁中的钢绞线使用先张法锚固，确保钢绞线与浇筑混凝土结合在一起形成预应力T 型梁，从而确保公路桥梁施工顺利进行。

2.4 在混凝土箱梁中的应用

在公路桥梁施工过程中，箱梁属于其中比较重要的结构构件之一，具有外观美观、整体稳定性强、抗扭刚度强、适用性强等优势。通常情况下，箱梁具有多种类型，在公路桥梁结构中不同类型的箱梁具有不同的应用效果。然而，在现阶段混凝土箱梁使用过程中，预应力技术的应用存在以下2 个问题：1） 混凝土箱梁腹板位置会出现顺预应力索管方向的斜向裂纹和45 °方向的斜裂纹。2） 在预应力钢束张拉过程中，所达到的伸长量大于施工标准允许的偏差值。要解决上述问题，需要对预应力技术的关键应用点进行分析，具体措施包括以下8 点：1） 在公路桥梁施工过程中，如果跨径超过了50 m，则需要结合后张法来对预应力混凝土箱梁进行科学、合理的设计。2） 在混凝土浇筑之前，要结合实际情况来细化分工工作和施工组织，提前做好混凝土浇筑、养护工作和振捣密实人员的专业知识和技能培训工作，并且确定混凝土浇筑层数、振捣方法和振捣范围，避免因箱梁内部混凝土漏振或振捣不实而对箱梁整体性能产生不利影响。3） 待混凝土浇筑振捣结束后，要按照要求开展保湿养护处理。4） 合理控制混凝土入模温度，以免对水化热反应产生不利影响。在进入箱梁模板时最好将混凝土拌合物温度控制在5 ℃～30 ℃，只有当外部环境温度变化差异不大时才允许拆模。5） 如果箱梁体积比较大，则可以选择分层浇筑的方式，最好控制在2 次以内完成浇筑任务。在不同浇筑时间段内，为了避免混凝土收缩裂缝的出现，最好在箱梁腹板高度的1/3～2/3 确定混凝土分层面，要求2 次混凝土浇筑的龄期差小于7 d。6） 按照要求提前固定好预应力管道的位置，可以采用坐标定位的方法来借助定位钢筋对管道位置进行固定。将箱梁腹板与定位钢筋的箍筋用焊接设备焊接，在焊接过程中要对焊接温度进行控制，避免波纹管被烫伤。同时，要做好波纹管连接位置的密封处理，以此来提高预应力技术应用效果。在浇筑混凝土前，需要对混凝土所需材料进行抽查，以免混凝土进入管道后，会对预应力筋的受力情况产生影响。7） 与预应力筋相连的锚垫板和锚板均具有足够的厚度和刚度，从而避免其出现弯曲变形的情况。对于预应力钢束来说，在对其进行锚固时，最好根据梁端锚具的布置特点来对锚具进行局部承压验算，验算符合要求后才可以投入使用。8） 在混凝土箱梁施工过程中，为了避免预应力钢束伸长值超限，最好按照要求在施工现场内对其开展预应力张拉摩阻力试验，然后借助修正摩擦系数来对预应力筋的张拉伸长值和控制应力进行调整。

2.5 在受弯部件中的应用

在公路桥梁工程中，受弯构件所发挥的作用不同于其他构件。实际上，受弯构件质量的合格性，将会对公路桥梁整体的安全性产生决定性的影响。在受弯构件中引入预应力技术，不仅可以使受弯构件的性能得到有效提升，而且还可以利用较高强度的碳纤维来使受弯构件的强度和刚度得到有效提升。通常情况下，在公路桥梁的施工阶段，如果受弯构件出现破损，将会大大降低公路桥梁的性能和质量。此时，将预应力技术应用到受弯构件中可以使受弯构件破损的概率降低，进而在提高受弯构件性能的同时，充分发挥公路桥梁工程中受弯构件的作用。预应力技术并非单一技术，其主要包括先张法和后张法预应力技术，这2种技术在运用过程中所采用的预应力锚存在一定的差异。对于不同的锚具，需要结合实际情况来对上述预应力技术进行科学、合理的选择，以确保后续施工的顺利进行。在受弯构件中引入预应力技术，还可以提高受弯构件的硬度和强度，进而加快公路桥梁工程的整体施工进度，提高施工质量[2]。

2.6 在桥梁加固建设中的应用

近些年来，经济社会的发展推动了城市化建设的发展，为了满足城市交通需求，需要做好城市公共设施修建工作。由于我国现代交通体系非常复杂，地形复杂多变，因此需要对各个方面的因素给予综合考虑，并且对公路桥梁工程的质量要求较高。在我国桥梁道路施工过程中，预应力技术是1 项比较常见的基础技术，在桥梁加固建设中得到了广泛应用，不仅可以提高桥梁的整体性能和质量，而且可以降低各类安全隐患的发生率，进而增加公路桥梁的使用寿命。在公路桥梁施工阶段，施工单位和施工人员要按照要求做好桥梁工程的加固工作，既可以恢复或提高公路桥梁的荷载强度，又可以保证车辆通行的安全。

3 公路桥梁中预应力技术应用注意事项

3.1 合理选择钢绞线

在公路桥梁施工过程中，为了充分发挥预应力技术的作用，需要合理选择钢绞线。通常情况下，在预应力技术应用阶段，要做好以下2 个方面的工作：1） 合理地选择预应力施工材料，由于材料质量的好坏将会直接影响预应力质量的高低，因此在进行公路桥梁施工的过程中，最好根据施工特点来对钢绞线进行合理选择。2） 在公路桥梁施工阶段，还需要对钢绞线低松弛度进行科学、合理的管控。只有钢绞线材料性能和质量极优，并且材料成本比较低时，才可以在公路桥梁施工中投入使用。通过对我国公路桥梁预应力技术应用情况进行分析后得知，预应力技术具有多方面的优势。通过对钢绞线的合理选择，既可以有效发挥预应力技术的作用，还可以提高公路桥梁施工质量。

3.2 合理选择应力锚具

在公路桥梁施工过程中，为了充分发挥预应力技术的作用，要结合实际情况合理选择应力锚具，主要考虑以下2个方面的内容：1） 如果选择机械锚固，最好采用机械加工的方式来固定预应力施工钢材一端，并尽可能满足预应力施工技术的基本要求[3]。2） 如果选择摩阻锚固方式，由于其涉及诸多方面的内容，因此在公路桥梁实际施工阶段，最好根据工程特点来对其施工方式给予谨慎选择，并对锚具参数给予重点关注，具体参数见表2。

表2 预应力锚具参数

3.3 合理选择力筋穿束

在预应力技术应用过程中，最好根据公路桥梁项目的特点来确定预应力力筋长度，由大量的实际调查与统计得知，工程力筋长度＞150 m。在开展在力筋穿束工作时，最好同时进行多根力筋穿束。由于该过程施工难度比较大，因此为了确保多根力筋同时穿束施工的顺利进行，可以多采用单根连续穿束方式，并在穿束前做好核对工作，对力筋标号进行仔细核对。在力筋穿束过程中，需要对缠绕问题给予重点关注。如果出现钢绞线缠绕问题，则需要立即调节预应力路径，这样不仅可以保证预应力正常受力，而且还可以提高公路桥梁施工的稳定性和桥梁工程质量[4]。

3.4 合理开展力筋施工

预应力筋固定是公路桥梁施工中比较关键的1 个施工环节。在力筋施工阶段，要对钢绞线给予合理选择，以确保后续工程施工的顺利进行。在现场施工过程中，相关工作人员要做好施工现场清理工作，清理干净现场钢绞线，并且在清理结束后才可以在钢管中灌入混凝土。该阶段需要借助锚垫板组成统一黏接带，并按照要求来固定预应力筋。同时，在上述预应力筋施工过程中，在不同因素的影响下钢绞线会出现下垂或弯曲问题。为了有效解决该问题，工作人员需要合理控制钢绞线黏结长度，保证预应力筋两端的黏结力度均匀分布，从而提高力筋施工效率。

3.5 合理开展张拉施工

预应力施工主要包括以下2 种形式：1） 高应力张拉与预紧张拉。通常情况下，由于在高应力张拉施工过程中，预紧张拉为基础工作，因此要做好预紧张拉分析工作，以确保后续高应力张拉施工的顺利进行。同时，在预紧张拉施工阶段，要合理开展牵引工作，尽量保持牵引垂直，按照要求做好两侧加固工作，进而提升钢绞线稳定性。无论张拉力过低还是过高，都会对钢绞线的质量产生不利影响，甚至有可能存在位移或缠绕问题。在预紧施工结束后，要开展系统性的检查工作，查看其是否存在力筋孔堵塞问题，从而保证浇筑质量。2） 在张拉施工之前，需要全面检查应用工具，保证其符合要求后，才可以开展后续施工。这样既可以避免各类问题的发生，而且还可以有效提高公路桥梁施工质量。

4 结语

综上所述，在进行公路桥梁施工的过程中，预应力技术得到了广泛应用。不仅可以保证公路桥梁施工的进度和质量，而且可以降低施工成本。在预应力技术使用阶段，要严格按照规范和标准进行施工，并且结合公路桥梁施工特点来选择预应力技术，以此来发挥预应力技术的优势，提高公路桥梁施工质量。