公路桥梁施工中预应力技术措施及质量控制

杨 磊

(山西路桥第八工程有限公司，山西 运城 044000)

0 前 言

预应力桥梁技术具有明显的应用优势。两者都具有高强度和低强度的组合特性，可以充分利用这两种材料。在桥梁应用中，能有效地防止桥梁间的裂缝，提高桥梁质量，降低桥梁的重量，增加高速公路隧道的桥梁跨度。其次，其在公路建设中的应用优势明显，随着我国公路结构桥梁建设规模的不断扩大，其应用越来越重要。在大型公路结构的施工中得到了广泛的应用。

1 公路桥梁施工预应力概述

1.1 预应力的概念

预应力预压是指在一个结构主体承受外或内荷载之前,预先对其主体在外或内荷载压力作用下的受拉区主体施加一定压力的应力,以改善主体结构通常使用的应力性能的预压结构，按其形式又称之为结构预应力预压结构。

一般看来，预应力是对构件施加初始力，以提高构件的承载力。在高等级公路桥梁施工中，预应力是在桥梁投入使用前对桥下部分加压，使桥上部分被拉紧，桥底被压实，从而达到安全、稳固的受力状态。

1.2 预应力的分类

预应力有两种分类,一种是先张法,另一种是后张法。其中后张法在施工中使用得较多。

1)先张法,就是在混凝土浇筑之前,给钢筋施加一定的拉力,然后浇筑,待凝固到一定程度剪断钢筋。例如预制板。

2)后张法,就是在混凝土凝固之后,给钢筋施加一定的拉力,然后两端锚固,施工工艺是在钢筋上穿上专用的管套,使混凝土和钢筋不粘接,凝固后就可以拉钢筋了。

1.3 我国预应力混凝土在桥梁结构中的发展

我国首座跨度为12 m的预应力混凝土铁路桥于1955年建成。1956年,新沂河大桥跨越28孔24 m。1959年，兰州市建成了七里河黄河桥，是一座七孔跨径37.5 m的悬臂梁桥。大量的大跨度预应力混凝土桥梁是在接近发达国家先进水平的高速公路上建成的。

2 公路桥梁施工预应力技术存在的问题

2.1 波纹管兼容性差

波纹钢筋管的通畅程度直接影响着采用预应力控制钢筋的顺畅通过与运行长度。预应力保护钢筋如果不能完全穿过,其内部预应力保护作用就可能失去,如果一个波纹型钢管没有变形或者是没有钢筋渗漏的地方,波纹管的连续使用时间就可能会不断增长,拉直时,失去其检测数据的准确有效性,或者连续抽拉钢筋不动,无法顺利完成钢筋浇筑。

2.2 预应力钢筋的张拉时间控制

其主要特点是：第一阶后台阶的预应力控制元件、混凝土结构的强度及其使用寿命的质量控制[4]。由于混凝土的膨胀强度是人为不能达到的，混凝土构件曲折，公路桥面铺装不均匀，不符合技术标准，具有普遍性。

2.3 预应力结构破裂

不同的新型桥梁预应力裂缝连接施工构件也应该具有不同的新型桥梁连接裂缝之间的连接施工要求,因此,在大型城市公路高速隧道新型桥梁裂缝连接构件施工中,要特别注意正确选择高质量技术和低质量的新型桥梁预应力裂缝连接施工构件,预防在桥梁连接施工前后大型公路隧道桥梁之间连接出现裂缝连接难和裂缝大的安全问题。公路高速隧道使用桥梁结构中易出现的抗高温耐热裂缝主要表现在隧道桥梁结构受力和同时使用钢筋混凝土支撑桥梁结构过程中的桥梁温度两个方面。公路桥梁隧道中的桥梁内部突然出现巨大的裂缝无疑是导致公路隧道桥梁技术没有使用价值的一个重大技术败笔。因此,要根据不同的桥梁施工技术原因和所可能形成的结构以及桥梁整体裂缝的长期发展变化规律,查找可能形成桥梁裂缝的基本原因根源,从各个源头研究解决桥梁裂缝施工问题,才能有效率地保证目前我国大型公路工程结构桥梁在整体设计施工中的工程质量,保证我国公路工程桥梁的连续使用寿命。

2.4 预应力钢筋和损失管的选择错误

在预制板中,顶应力钢筋已经起到了主导地位。但由于企业的经营管理措施做得不到位和盲目地追求盈利,使得顶应力钢筋和预制板失效管的选型与设计方法出现了很大的区别,预应力钢筋的强度与其设计需求差之千里,失效管采用劣质的PVC管，致使预应力钢筋不能够对混凝土结构起到其他方面的作用，从而严重降低了高速公路桥梁工程施工质量。

3 公路桥梁施工预应力技术的改进措施

3.1 改进管道故障的措施

所有专业管材的生产和使用品种和质量都必须严格保证符合标准，加强质量监督，断掉的专用管不能再利用。如果在钢梁施工过程中不能及时更换新型的开梁钢管，或者发现存在井漏、井封堵塞等质量问题时，必须进行谨慎、及时的处理。

3.2 拉紧时间控制的改进措施

通过现场施工的实际情况绘制混凝土强度、龄期和温度关系图，指导预应力构件的拉伸时间，用回弹构件确定强度。后张法：控制张拉预应力筋不能超过控制力的+3%，供现场操作人员进行技术说明。

3.3 公路桥梁预应力裂缝的改善措施

高速桥梁顶张应力干涉结构中应力可能发生的断裂主要由张拉接头质量与应力温差的关系决定。所以必须从这个来源使用人力来控制，模板的预应力构件在温度上可能有很大的差异。在高温下，可以考虑使用一些低水热塑性塑料或水泥。预铸铸钢构件与基模基座之间的接头处应及时用有效的固体隔离剂进行摩擦，有效防止其压缩和粘接焊缝，使预制件钢构件对铸钢件底模不会承受较大的热胀力和冷缩。在预应力混凝土主体浇筑前的施工准备工作中，应特别注意放松和安装保护应力隔离保护装置，对采用长线焊接的高级张拉钢梁构件应及时松绑、安装应力保护钢筋，以有效地减小其应力约束。严格管理，加强质量监督和验收，使用符合国家规定的预应力原材料预应力混凝土结构施工过程管理的第一步是实现最重要的材料管理过程。只有高质量的预应力材料，才能建成高质量的预应力公路桥梁。因此，施工企业需要加强管理力度，建立健全监督机制，加强材料入库验收，对预应力材料进行入仓后的验收和取样验收符合规定的标准。从基本材料的角度来看，预应力技术已在我国公路桥梁建设中得到了充分的应用。

4 预应力技术在公路桥梁施工中的应用

4.1 预应力对混凝土空心板施工的影响

在高架桥的结构设计中，当桥梁跨度为16～25 m时，可以优先考虑预应力混凝土空心板。值得注意的是，经过多年的施工统计分析，当一种预应力钢筋混凝土空心楼板钢跨度达到30～35 m时，由于自旋直径的大幅变化，钢的强度可能会显著降低，因此，在实际施工中，一般不宜超过25 m。

4.2 预应力在混凝土箱梁中的应用

预应力在混凝土箱梁中的应用，应重视混凝土配比的设计、试验和优化。施工人员和管理人员负责箱梁施工现场的整体科研技术[3]。严格遵守设计要求和施工工艺图纸，并对钢筋的卸载、焊接等施工技术和方法有严格的规范。

4.3 预应力技术在柔性构件中的应用

由于碳纤维薄板抗震性能好，结构简单，可以考虑采用一种特殊的、多样化的加固技术，即在纤维增强混凝土上接上碳纤维板，以增强钢增强塑料板的抗弯构件。由于在加筋结构中留下了一些初始内力，如果初始应变较大，当构件受到严重损伤时，这些碳纤维板材的内部力和强度变异性的影响相对较小，不能充分发挥高强度的优势[1]。通过对碳纤维原理的分析和研究，发现在施工过程中，如果将预应力应用于碳纤维薄板，可以提高和充分利用其抗拉强度。

4.4 预应力技术在钢筋施工中的应用

通过对主体构件的修补和结构特性的改良来完成了公路桥梁的建设和加固,从而得到了恢复或提升现有的公路桥梁的承载量和延长使用寿命,更好地满足了现代化交通运输中的要求。通常桥体加固结合技术主要方法包括梁体桥面应力补偿加强法、体外加压预应力桥体加固结合法、胶粘应力结合法和钢板应力加固术等。为了有效减小其在钢筋施工加固后后期施工中钢筋混凝土的初始受力应变,可预先对施工构件内部施加一定的初始预应力,主要目的也就是预先使施工构件在最大受压时的部位不会产生不可拉伸的应力,通过预先减少施工构件在最大弯矩承载作用下的拉伸力应变和减少受压部位应力,提高施工构件在受压达到最大弯矩承载力时的初始应变控制性能和应力增量,同时这也使得钢筋加固后施工钢筋的初始应力控制性能也因此得以大幅度地改善。

4.5 预应力技术在多跨度连续桥梁中的应用

该多跨连续梁有正弯矩区和负弯矩区。负矩通常产生在轴承的上部和在跨度中的正力矩。当高速公路桥梁的挠曲荷载和剪力荷载不能满足设计要求时，需要进行相应的加固处理，但如果高速公路跨区间的弯曲应力不能满足要求，这种施工方法相对容易。

5 施工期间的质量控制

第一步施工的主要目的之一是控制波浪形曲线整体形状的质量定位，即所有经线曲线控制点的形状高度控制应尽可能准确和牢固。

施工过程中各阶段张拉、灌浆施工质量的监督和管理，保证了整个施工设计过程各材料的张拉伸长应力能完全满足工程设计规范的要求，并能在工程设计和规范规定的最大限度内，充分地控制张拉力值的异常变化。注浆时，孔内施工浆液测量值小，精度高。

各种工艺的质量控制正在得到加强。预应力孔板的接头、管道和上部注浆的接合点、脱气的两端以及喷水管内外的外露管和脱气孔，必须用灌浆将其严密封闭[2]。混凝土施工和浇筑时，保护混凝土不与水直接接触或发生振动的金属振动棒部件不得以一定的预应力冲击孔穴和与混凝土连接的锚固物，以避免坑洞损坏或混凝土锚杆移位。模板有一个特殊的部分，如预应力孔和钢锚固，由于钢板的密度而难以振动，并且在后期施工中容易同时出现。混凝土密封施工是在开孔施工完成后及时紧固封孔的法兰端和充孔、通孔口，以防止任何固体异物直接进入施工人员体内，有效地保护和保证了井眼连续的密封和关闭过程顺利进行。

普通专用钢筋基层绑扎时,切忌突然直接插入、防止将没有预应力的钢筋的基层外皮直接插入刺破。普通钢筋基层焊接工程施工时,严禁直接使用没有预应力的钢筋焊接当作材料搭建焊接线,切勿对没有预应力的钢筋附近的普通钢筋焊接采取任何安全保护措施。先无缝绑扎的是梁的无缝预应力筋,后面才是无缝绑扎板的无缝预应力筋,梁内的无缝拉筋定位应该必须等到板的预应力受拉筋被完全铺设好后再对其进行无缝绑扎,以便于保证预应用受力筋在被贯穿时拉筋的准确定位。待梁筋就位后方便即可开始绑扎梁筋模板上的底筋。板面正负筋绑扎应该必须是在最后待所有预应力筋的全部铺设绑扎工序基本完成后,才能重新开始进行绑扎(此时即称为正负筋)。混凝土在连续浇筑的运行过程中,在结构张拉端和梁柱节点等重要的关键环节地方,混凝土结构需要同时进行连续浇捣密实。

必须严格限制泥浆搅拌过程中使用的水、水泥和各种添加剂的数量。如果混合物每次都是完全装卸的，在所有泥浆全部装卸之前，不得允许任何人将未装填的原料放入废物管或以任何其他方式添加材料[5]。

所有原材料在现场验收时，试验报告中的数据是否完整，施工前记录是否完成，验收程序是否完备，质量要求评估是否符合标准[6]。

竣工后，张拉应立即停锚两天。在锚固前，应使用手持磨料切割机切割多余长度的预应力筋。剩余长度不得少于30 mm。锚杆和锚固孔必须按照设计要求进行清洁和密封。

6 总 结

预应力技术在我国公路桥梁建设中得到了广泛的应用，无论是小公路还是大公路的建设，都将充分地应用于钢筋混凝土框架结构。至于高速公路桥梁工程，后期的维护保养费用很大。然而，随着预应力技术的引入，该工程的一些缺陷得到了解决。可见，预应力技术的发展前景非常广阔，随着科学技术的不断发展和应用，我国工业机械设备技术也将得到进一步的改进和完善。

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