预应力施工技术在高速公路桥梁施工中的应用

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1 预应力混凝土结构相关理论及计算

预应力的增加可以使预应力钢筋、混凝土和普通钢筋的共同受力体保持自平衡状态。但预应力的施加会使构件各阶段受力状态发生改变，截面应力状态分析难度也会因此而增加。等效荷载法的提出为预应力施工技术更好地应用于高速公路桥梁工程创造了有利条件。文章主要对预应力混凝土结构相关理论和计算方法进行介绍。

（1）直线形预应力筋的等效荷载。预应力钢绞线和混凝土截面形心轴保持平行状态，在张拉力施加后，直线预应力筋会在支座左右生成等效荷载，在荷载的作用下，构件的状态会发生转变，由平直变为纯弯。

（2）折线形预应力筋的等效荷载。如果采用折线布置方式进行预应力钢筋的布置，一个与混凝土形心相垂直的竖向集中荷载会在钢筋折点处产生，这个荷载的大小为

式中：Vp为预应力合力点至换算截面重心的距离；Np为预应力筋的合力；α为常数；β为常数。在数学公式中可以将其简化为Vp(α+β)。

（3）抛物线形预应力筋的等效荷载。在高速公路桥梁工程中，曲线布置的预应力钢筋，属于常用的预应力混凝土构件，曲线形状多以二次抛物线为主。此类钢筋的跨中矢高为e，可以用下式表示：

依据材料力学可知，弯矩和分布荷载的关系如下：

预加力作用可等效为外荷载，具体计算公式如下：

式中：M为预加力引起的截面弯矩；Np为预加力；a、b为弯矩的待定常数。

2 高速公路桥梁工程施工中预应力技术的应用

2.1 预应力钢结构技术

（1）做好钢绞线的选择和调整。在高速公路桥梁工程施工中应用预应力技术，选择合适的施工材料至关重要，材料质量的好坏，关系到预应力质量和等效荷载强度。以该工程为例，该工程属于市级重点工程，对施工质量和效率要求较高。施工单位结合工程实际情况，对等效荷载进行了计算，在综合成本和质量因素后，选择了合适的钢绞线，检查了其是否具备出厂合格证书，并在施工过程中，对钢绞线的松弛度进行了控制。在选择钢绞线之前，还要确定钢绞线的定额，其中，钢绞线的束数设计和计算公式为图纸给定的束数=重量÷长度，将计算的束数作为依据套用相似定额。如果计算束数与定额束数存在差异，应及时进行定额调整。调整结果应该与设计图纸给定的束数相同。以该工程为例，某根钢绞线的设计长度为18m，其组成部分包括直径为15.24mm的钢绞线和7孔锚具，其中，钢绞线的单位重量为1100g/m，则1000÷(7×18×1.1)=7.21束，套用至钢绞线束长20m、7孔和每吨8.12束中，8.12-7.21=0.91束，施工单位可以将计算结果作为调整依据。

（2）选择合适的锚具和采取补偿措施。在高速公路桥梁工程中应用预应力技术，应选择合适的锚具。目前，常用的锚固方式为两种，分别是机械锚固和摩阻锚固。如果选择前者，施工单位需要利用专用机械设备对预应力钢材进行固定处理，简言之，就是施工单位应确保所选锚具机械与预应力施工技术要求相符。摩阻锚固涉及内容较多，在应用过程中必须结合具体的工程要求，选择合适的方式，并关注锚具参数。

此外，在锚固过程中，施工单位普遍采取穿束的方式进行锚固处理。但就实际情况来看，这种处理方式难度较高，在实际应用过程中产生的损耗较大，建议施工单位以锚板厚度和锚具孔数选择切入点，使预应力的作用得到充分发挥。锚固损失计算公式如下：

以该工程为例，施工单位在分析后得知，预应力损失主要集中于钢筋回缩。为减少损失施工单位采取了以下补偿措施：（1）超张拉预应力筋，然后进行锚固，通过这种措施抵消部分预应力。（2）在钢筋张拉锚固后，在梁端混凝土上支撑千斤顶，重新张拉钢筋，然后将厚度合适的钢垫板设置到锚夹具和垫板之间。（3）选择螺纹式锚夹具，究其原因，主要是这种锚夹具的回缩量较小，有利于减少预应力损失。

2.2 预应力混凝土加固技术

在高速公路桥梁工程中应用混凝土加固技术，可以增强路面的承载力，目前常用的预应力混凝土加固技术包括以下两种：（1）钢板黏结加固法。这种加固方法的技术原理是钢板通过粘贴的方式与混凝土结构相贴合，为确保二者贴合的牢固性，施工单位应该选择工业胶作为黏结材料。需要强调的是，在加固前应清理混凝土结构表面，同时保护原有结构，使混凝土结构表面具有一定的粗糙度。如果在处理过程中，发现局部出现问题，应通过凿毛的方式加以处理，然后进行修补，所使用的材料为高性能水泥土砂浆，在修补后对表面进行重新处理。在上述工作完成后，依托千斤顶的力量转移桥梁负荷，降低缝隙出现的概率。此外，还要加强对胶体的检测和处理，处理方式为将胶体放入轴式搅拌机处理，使其颜色均匀分布。同时，控制单次胶体用量，并以重复涂抹为手段，保证钢板与混凝土结构的黏结效果。（2）桥面补强加固方法。这种方法在高速桥梁工程中的应用逐渐广泛，是提升结构承重性能的重要方式。在加固前，施工单位所选择的混凝土材料，必须具备良好的抗收缩性能，从而使其对外界冲击的抵抗能力增强。在表面处理过程中，形成的开凿深度不得超过2cm，并做好浇筑孔道的清理。

2.3 混凝土浇筑

混凝土浇筑属于高速公路桥梁工程预应力施工技术的重要组成部分，与工程整体质量存在密切的关联。施工单位需要将公路桥梁下方孔道作为重点，但孔道具有特殊性，相较于板面，其长度较大，要求施工单位在施工前做好固定，然后使用指定导管向孔口输送混凝土材料，使孔口填充的密实性提升，消除周边区域的疏松现象。在打孔作业过程中，应重视施工深度测量，减少卡管和埋管现象的发生概率。具体措施如下：（1）立足于工程实际，制订桩孔浇筑方案，并确保方案具备可行性。该工程施工单位在研究后，将泥浆护臂机械钻孔方式作为主要选择，所使用的机械设备为钻孔机、吊车和砂泵。（2）选择高强度钢板，通过加工的方式，将其制作成护筒，其厚度为3mm，同时在护筒顶板设置溢浆口。（3）使用正循环换浆法处理孔洞，然后固定下层板面。（4）在上述步骤完成后进行混凝土浇筑，并在此环节结束后，对拉力情况进行检测，完成对工程整体质量的有效评估。

2.4 张拉质量控制

张拉是预应力混凝土结构施工的关键工序，张拉质量与结构安全和施工效率息息相关。因此，施工单位在施工开始前应做好施工组织，为张拉施工的平稳进行创造有利的条件。张拉质量主要控制措施如下：（1）在预应力钢筋张拉过程中，油表压力上升幅度不宜过快；如果油缸发生偏移，应停止钢筋张拉，并对设备进行检查，张拉行程需要保持在设计长度之下。（2）在张拉过程中，应考虑张拉顺序。张拉顺序应该使结构和预应力次梁构件保持均匀的受力，否则容易导致扭转和侧弯现象的出现，同时还要控制混凝土应力，杜绝超应力问题的产生。建议施工单位在钢筋张拉时将同步对称原则作为依据。该工程由于具有较长的预应筋，因此所采取的张拉工艺为两端张拉，简言之，就是在钢筋两端布置设备，然后同时张拉。但如果设备较少，无法实现同时张拉的目的时，采取分次张拉方式亦可，锚固需要在张拉力足够后进行。（3）纹管的铺设应尽量平整，减少弯曲程度，究其原因，主要是过度弯曲，容易导致管壁开裂，同时还要防止电焊火花使管壁受损。在波纹管铺设完成后，及时进行检查，检查内容包括波纹管所处位置、管道曲线形状、固定性能和管壁是否存在缺陷。若管道壁存在缺陷，可使用胶带修补。

3 结束语

综上所述，在建筑技术高速发展的背景下，预应力技术在高速公路桥梁工程中的应用愈加广泛，但预应力施工技术相较于普通施工技术，具有非常高的要求，与工程整体质量关联密切。因此，在实际应用时，施工单位应控制施工的各项环节。建议施工单位立足于工程实际，综合考虑成本、质量和进度等因素设计可行的施工方案，以此保证工程施工的精度和效率。