市政路桥施工中预应力技术的应用探析

孔 涛

（中铁二十二局集团第三工程有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

随着时代的快速发展，市政道路的交通运输能力和路桥的质量有直接的关系，而预应力技术又是当代桥梁施工中最重要的组成部分。因此，在市政路桥的建设中，对预应力施工技术有了更高的要求，从而能够建设出质量更好性价比更高的优质工程。预应力技术广泛应用于市政路桥施工技术中，所以对预应力技术在实际应用中的研究及探析有很高的价值。

1 工程概况

该文以某城市坪山路节点改造新建匝道桥为例，论述预应力技术在预制空心板梁中的应用。拟建匝道桥跨径布置为（3×23+（23+25+23））m 钢箱梁+（3×20+2×20）m预制空心板+（20+22+24.5）m 钢混组合梁+（12+16+10）m钢混组合梁=344.5 m （总长）。其中（3×20+2×20）m 上部结构采用20m 预制预应力砼空心板梁，全桥边板10 块，中板26 块[1]，总计36 块，梁高为 95cm。

2 预应力施工工艺流程

该匝道桥工程的空心板梁预制的施工流程：测量放样→修建台座→绑扎钢筋、安装固定波纹管→安装模板→浇筑底板混凝土→安装内芯模板→浇筑梁身混凝土→取出模芯→养护→张拉→压浆→存梁→出坑的流程进行制作。

3 预应力施工技术

3.1 波纹管施工技术

在安装金属波纹管道时，需要在安装之前检查定位钢筋，在焊接方式方面采用“井”字型骨架的方式，使间距保持在0.5m 以内，进行坐标的设计放样，其中需要保持其圆顺的线条且无弯折现象，在进行设计位置检查的过程中需要保证其结构钢筋的焊接牢固，之后定位好预应力管道并固定，金属波纹管内再穿内衬芯棒，波纹管不能有缺陷或孔洞，接头必须牢固无漏浆[2]。对锚垫板的安装，需要保持和管道处于垂直状态下，针对螺栓钢筋来说需要紧密贴合锚垫板，电焊作业需要在波纹管道预埋结束之前，避免出现波纹管的烫穿现象，导致波纹管堵管。应注意5点：①所有预应力管道的定位必须准确牢固，定位钢筋的设置必须满足规范要求；②在预应力管道穿钢绞线前应将管道内冲洗干净；③每批金属波纹管道均应按规定抽样检查其咬口紧密性和管道密封性；④金属波纹管在安装前应整形并去掉毛刺；⑤如果波纹管外径比锚垫板尾部的内径小，偏差范围在4mm 以上的状态下，可以利用镀锌铁皮喇叭管的方式来实现操作，且需要防止波纹管外径和锚垫板两者之间由于直径变化而产生的张拉力变化。

3.2 混凝土施工

3.2.1 施工前准备

砼浇注前，要检查模板安装是否牢固。混凝土的拌和在拌和站进行，水泥、粗细骨料、外加剂及拌和用水等的性能参数均应符合设计要求。砼拌和后用砼运输车运输，到达现场后使用汽车吊机起吊入模。

3.2.2 混凝土浇筑

混凝土浇筑应连续，水平分层，斜向分段，从梁的一端对称浇筑至另一端。浇筑应均匀连续[3]，不得集中一个点猛放料。

在对梁振捣时需要使用附着式高频振捣器和插入式振捣棒来进行操作。其中附着式的振捣器需要采用错开安装的方式使振捣分布均匀，在其布置的期间保持1.5m 的间距。在每次的振捣时间内需要保证混凝土的上升和下降都处于稳定状态，表面平坦泛浆。

对振捣施工来说，需要高度重视钢筋密集处和锚垫板，每次的浇筑厚度需要保持在30cm 以下，将附着式高频振捣器和插入式振捣棒进行有效结合实现分层浇筑，仔细振捣，确保此处混凝土密实无空洞。

3.2.3 模板拆除及混凝土养护

在对混凝土的实际浇筑过程中，需要进行试件的制作，利用4 组随梁体利用相同的条件进行养护操作，确保其张拉强度。在对混凝土强度试验的过程中，需要借助于现场的试件强度来进行分析，保证其混凝土的不黏模，不掉角且内实外美，光洁一致的状态。在对砼施工后，需要拆除芯模，在浇筑完毕之后的12 h 内进行拆除，之后就可以拆除侧模。在对梁体砼养护时,需要由专人进行养护，采用灌水养护的方式对腹板的内部进行养护，其外侧和顶板地面需要采用水管喷水的方式养护。在对混凝土养护的过程中需要保持至少7 天的养护周期，且保持充分湿润的混凝土进行养护。

4 预应力张拉施工

4.1 张拉准备

在预应力筋张拉之前，需要将千斤顶和油泵进行配套标定。如果配套了多组的张拉设备，需要分别进行编号，避免出现设备混用的现象。在梁体混凝土强度达到设计标准时方可进行张拉施工作业。在预应力钢筋张拉的理论伸长值的计算过程中，可以利用可行性的试验来获取到按弹性模量的参数值。如果两端同时进行张拉施工，则要使两端的千斤顶降压和画线以及测量的长度都保持一致，如图1 所示。

图1 预应力张拉示意图

4.2 张拉技术标准及相关参数

在该工程的预应力张拉中，张拉采用混凝土龄期、弹性模量、强度三项控制。每梁段浇注完成后，当混凝土龄期达7 天且强度、弹性模量大于或等于90%的设计强度时，方可张拉纵向预应力钢束，并且要求采用张拉力和延伸量双控的措施[4]。张拉应力主要是油压表来控制的，其张拉的过程中需要先对使用的千斤顶进行标定，获取到标定报告之后，可以采用回归分析的方法来实现对“张拉力—油表读数”的直线方程的求解，根据其方程来对各个控制点张拉力的油表读数进行计算分析，最终实现张拉力的控制。在预应力的伸长量值计算过程中需要根据其设计的规定公式来进行计算。张拉的过程需要根据其设计分级进行，根据其每级别的荷载钢绞线伸长量来对实际的伸长量计算：

由0 张拉至10%σk时，记录伸长量L1；

继续张拉至20%σk时，记录伸长量L2；

最后张拉至100%σk时，记录伸长量L3；

其实际伸长量为ΔL=（L3-L1）+（L2-L1）。

对计算得出的伸长量和理论得出的计算数值差距需要保持在6%左右，如果超出其范围值，需要停止张拉测试，进行纠正之后才可继续进行张拉。

张拉施工时采用4 台穿心式设备，应两端分级且同步对称施加预应力，并应按照以下操作流程进行工作：①每束钢绞线应与配套的锚具相对应，分别夹好夹片，将钢绞线从千斤顶中心穿过，采用引束器通过管道、卷杨机牵引、人工配合的穿束工艺。对油缸里加油，同时还需要结束其钢绞线的张拉测试。对张拉数值的大小需要对油压表所显示的数值进行读取，以预应力钢绞线的伸长量来作为最终的校验核准，其最终的实际数值和理论的伸长量数值误差偏差范围需要控制在6%左右，且两端的锚具回缩量需要保持在6 mm 以内。②对油缸里加油，同时还需要结束其钢绞线的张拉测试。张拉数值的大小需要根据油压表所显示的数值进行读取，以预应力钢绞线的伸长量来作为最终的校验核准，其最终的实际数值和理论的伸长量数值误差偏差范围需要控制在6%左右，且两端的锚具回缩量需要保持在6 mm 以内。③如果张拉的油压处于张拉的t 位的状态下对油缸的油路进行关闭，则需要保持5 min 的荷载量，在此种状态下测量其钢绞线的伸长量，如果这个过程中其油压出现了下降的现象，则需要将其油压数值补充至设计的t 位置处的数值，进行千斤顶回油操作之后其夹片可以自动锁定。其中的全梁滑丝、断丝在钢丝总数的占比需要保持在在0.5%以下，同一束钢绞线内的断丝需要在一丝以内且不可在同一侧。

钢绞线伸长量ΔL=2（ΔL1+ΔL2+ΔL3）

式中：ΔL1—梁体直线段孔道一半长度的钢绞线伸长量；ΔL2—梁体曲线孔道一半长度的钢绞线伸长量；ΔL3—孔道出口至张拉顶末端；ΔK—锚下设计张拉应力；Eg—钢绞线弹性模量；L1—钢绞线在预应力管道内直线段一半的长度；L2—钢绞线在预应力管道内曲线段的长度；L3—钢绞线在预应力管道出口至张拉顶末端的长度。e—自然对数底，取2.71828；θ—张拉端钢绞线弯起角之和（弧度）；μ—钢绞线与预应力管道壁的摩阻系数；x—张拉端至计算截面的预应力管的道长度；k—预应力管道对其设计位置的偏差系数。

张拉时取ΔK时的钢绞线实际伸长减去0.15ΔK时的实际伸长，再加上从0～0.15ΔK的理论伸长值，最终与钢绞线理论总伸长值比较，误差允许范围在6%以内为合格。

4.3 张拉程序及实施

4.3.1 安装检查设备

先安装好限位板，然后起吊千斤顶[5]。进行工具锚、夹片的安装。对工具夹片，如果未起到作用就会导致最终的延长量也产生较大的误差。在千斤顶与张拉仪的数据线进行链接操作，借助于梳编穿束工艺来保持钢绞线的受力处于均匀的范围内，最后需要对仪器天线进行安装。

在设备电源接通后进行调试操作，其中的位移线和压力线需要保持水平顺直的状态移动，如果出现了偏差，则需要对数据连接线进行检查，查明其中原因。对各个仪器的位移伸缩杆进行拉动，如果其位移的数值产生了变化，则连线属于正常范围，可以开始进行张拉。在对1 号机、2 号机进行进、退油手动控制时，需要对相对应的红、绿灯的亮起状态进行查看，其中红灯对应进油，绿灯对应回油，保证其操作无误之后结束调试。

4.3.2 检查预热设备

再次检查以确定一端的千斤顶安装是正确的，然后启动该端的设备，注意电机的运转是否正常。仪器应预热5 min，如温度低于10 ℃时，进行15 min～30 min 预热。

4.3.3 张拉注意事项

开始张拉时注意观察电脑上压力值和位移值是否正常，如有异常应立即停止张拉并检查异常原因。操作人员应专心观察各项数值，不得离开控制台或做其他工作。

4.3.4 张拉操作

相关人员在整个张拉的过程中应该注意张拉设备及千斤顶的工作情况，如果出现了异常状态则需要停止张拉作业，排除异常情况之后才可继续张拉操作。每束张拉完成后，张拉设备退顶并保存原始数据，准备进行下一步张拉作业。在下一步张拉作业开始之前，操作人员应重新检查千斤顶、工作锚具及限位板等是否正确嵌套及工作，数据连接线是否松动，千斤顶是否位置正常等。

重复以上工作至全部孔数张拉工作完成。最后关闭程序、电机，切断电源，拆卸千斤顶、油管等各种工具。

4.3.5 张拉作业结束

结束每束张拉之后，需要退出设备保存数据，进行下一步张拉作业，在下一步作业开始之前需要确保其千斤顶、工作锚具及限位板等都处于正确嵌套及工作状态内，数据连接线属于正常连接的范围内，千斤顶等设备的位置都处于正常位置内。

5 孔道压浆施工

5.1 设备及材料选择

预应力管道采用智能循环压浆的方式，来进行循环操作，采用专用压浆料进行压浆操作，其中的水泥浆需要按照40mm×40mm×160cm 的立方体试件来进行设计，且在28 天的养护期限范围内，抗压强度需要保持在50 MPa 以上，且其中的抗折强度需要在无掺加氯盐、铝粉的状态下保持10MPa 以上。

5.2 孔道压浆工艺

孔道压浆可以采用真空的灌浆工艺来进行：①对球阀、排气阀等各部件进行连接。②在抽真空的过程中，需要关闭排气阀和灌浆阀，打开抽真空阀。之后借助于真空泵来抽真空，其中需要对真空的压力表数值进行读取，这个过程中需要保持1 min 的停泵时间，在停泵期间如果压力保持不变则充分证明其孔道可以维持真空状态。③在搅拌机当中加入计量好的水泥、水和膨胀水泥维持2 min 的搅拌时间，加入减水剂之后需要维持3 min 的搅拌时间。④灌浆。在灌浆泵中加入水泥浆液，浆液在灌浆泵的出口打出，其浓度和泵中的浓度保持一致的状态下时就需要关闭灌浆泵，还需要橡胶管和灌浆管连接并且固定。灌浆泵关掉之后需要启动真空泵，如果真空度处于-0.06MPa～-0.09MPa 的状态下时，需要启动灌浆泵对其进行灌浆操作。如果浆液流经空气滤清器时，需要关闭真空泵及抽气阀的同时打开排气阀，在这个过程中需要注意排气管中的出浆情况，在浆液的稠度和灌入前稠度一致的状态下需要关闭排气阀且保持2 min 的灌注时间，对孔道内来说可以形成一定的压力。⑤清洗。拆下各种接头和管道，清洗灌浆泵、搅拌机、阀门、空气滤清器及其他工具。

6 封锚施工

在压浆之后进行梁端封端砼的操作，在浇筑封端混凝土的过程中需要注意梁间缝隙尺寸、伸缩预埋件。对锚头位置处存在的纵向钢筋需要保持伸出状态且和封锚钢筋连接。对于端部钢筋的施工来说，由于其密集，因此需要采取适当的措施，增强其端部的密实程度。

在封锚混凝土施工前，要先将锚槽处梁端压浆时压出的水泥浆和杂物清除，并将梁端砼凿毛，同时清除锚固工具及混凝土的表面污垢，再进行浇筑封锚混凝土，并做好养护。封锚材料必须将锚固工具、外露钢绞线全部封锚堵密实，不得留有空隙，不得外露封锚应采用与梁体同强度等级的混凝土。封锚混凝土养护结束后，采用专用防水涂料对封锚交接处进行防水处理。锚固端须注意波纹管封头，防止浇筑混凝土时混凝土进入波纹管，导致预应力损失。

7 质量控制要点

质量控制要点有3 个：1）材料的选购必须符合设计要求，应经严格检测合格后方可进场，预应力钢绞线张拉、锚固、灌浆等相关机具使用前必须进行标定和检测。2）浇筑空心板混凝土前应严格检查，保证预应力管道及钢筋位置准确，当两者有冲突时考虑少许移动钢筋的位置，应保证预应力管道的位置不变。3）对控制应力的实施方面，需要保持钢绞线两端的实际张拉伸长值之和和其理论的伸长值的偏差在6%以内。

8 结语

该项目已顺利通过验收，新建匝道桥目前正常使用。综上所述，在市政路桥工程建设中，预应力技术的应用对提高工程质量起到了重要的作用，有很高的探析和应用价值。在实际应用中，则要根据实际情况来制定出相应的预应力施工技术方案，根据预应力施工中的影响因素，来采取有效的防范和控制措施，从而提高市政路桥的总体施工质量。