张圣春
(山东省路桥集团有限公司,山东济南 250014)
当前,在公路桥梁施工技术的不断发展下,有效提高了公路桥梁工程结构的安全性、稳定性及可靠性。在施工过程中,需要科学采用各种新型施工技术提高施工质量,保证工程结构的各方面性能,满足工程建设需求,确保人们出行安全和稳定。预应力技术是一种非常有效的工程技术,优势显著,在实践应用中已经形成一整套比较完善的工程体系。但还存在部分问题,无法充分彰显自身优势,影响工程结构质量。对此,需要人们加强重视,科学分析公路桥梁施工中预应力技术的优缺点,以此制定可靠的应用对策。
在公路桥梁施工中,应用预应力技术可以大大提高桥梁工程结构的安全性、稳定性及可靠性。在混凝土结构中设置钢绞线,创设预应力状态,操作简单、稳固可靠。预应力技术在公路桥梁中具有非常重要的作用,可以优化钢筋混凝土的使用功能,提升桥梁的承受能力,提高公路桥梁使用的持久度。具体可以分为先张法和后张法[1]。
先张法是在浇筑混凝土前张拉钢绞线,并将张拉的钢绞线临时锚固在台座或钢模上,然后浇筑混凝土。待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%,钢绞线与混凝土有足够的黏结时,放松钢绞线,借助混凝土与钢绞线的黏结,对混凝土施加预应力的施工工艺,如图1 所示。
图1 先张法
后张法是在构件截面中预埋预应力管道,后浇筑混凝土,在混凝土强度达到设计要求后,穿钢绞线并张拉到位的施工工艺。
应用该技术,可以有效节约材料,预防结构裂缝的产生,提高结构的稳定性和使用寿命。当前这种技术主要应用在预制混凝土构件中,如图2 所示。
图2 后张法
在公路桥梁施工中预应力技术和其他工程技术有一定的区别。由于预应力技术目前在我国还处于发展阶段,相关技术人员对该技术的认知不到位,缺乏相关专业知识和技能,在施工过程中会出现预应力张拉控制不到位的问题。加之,施工单位未对施工人员进行充分的培训和教育,造成在混凝土张拉过程中,出现施工人员操作不当、施工过程控制不到位等情况。比如,选用千斤顶时没有科学匹配油表、千斤顶未按规范要求及时校核、张拉时间不符合设计要求、拉应力超标或不足、伸长值和不同步率不符合设计要求等问题,以上这些因素会导致张拉应力出现欠张和超张的问题,最终导致质量问题的发生[2]。
在公路桥梁施工中,应用预应力技术有时会出现孔道堵塞、跑位等问题,大大影响预应力张拉效果和施工进度,需要单位加强重视。造成孔道堵塞的问题主要原因有以下几点:
一是在混凝土配合比设计阶段,设计人员没有根据规范要求、技术指标和现场实际情况对混凝土配合比进行设计、优化、调整,导致混凝土的和易性和坍落度等指标不达标,进而影响孔道受力。
二是孔道定位钢筋没有按设计要求布置,定位钢筋间距过大或固定不牢固,导致在混凝土浇筑过程中,孔道移位严重。
三是振捣棒选用不当,振动力过大或在孔道附近密集振捣,造成孔道出现变形或破裂等问题,导致混凝土砂浆渗入孔道,堵塞孔道。
四是施工人员经验不足、责任意识不强、质量标准不高,导致混凝土振捣和浇筑工艺不合理、不科学,造成孔道破裂问题,因而出现漏浆问题。
第一,科学选择钢绞线。在应用预应力技术时需要科学选择钢绞线,钢绞线的质量、规格和性能等要素直接影响桥梁工程结构的质量和稳固性。常见的钢绞线包括预应力钢绞线、镀锌钢绞线及不锈钢绞线。在施工中,大多数选择预应力钢绞线,操作简单、性能稳定、外形美观度高、造价低,被广泛应用在公路桥梁施工中。第二,科学选择预应力锚具。预应力锚具是一种应用在预应力混凝土中的永久性锚固装置,可以将钢绞线中的张拉力传递到混凝土内部结构中。预应力锚具包括张拉端锚具和固定端锚具,张拉端锚具是安装在钢绞线端部,且可以张拉的锚具,固定端锚具是安装在钢绞线端部,通常埋入混凝土中且不用张拉的锚具。第三,科学选择张拉设备。张拉设备可分为电动张拉和液压张拉两类,前者多用于先张法,后者可用于先张法和后张法。山东省路桥集团有限公司多个公路工程采用的是智能液压张拉设备,通过电脑自动计算,精度非常高,产生的误差小。根据频率判定需要的油压,实现对张力值的正确控制,而且随着设备的移动,可以精确地测量需要的伸长值。另外,该设备建立了报警系统,在实际操作过程中,出现任何故障或张拉结果不符合要求,系统会自动报警,保证设备运行的安全性。施工单位可以优先考虑使用该种张拉设备[3]。
孔道摩阻大小直接影响预应力的作用能否在公路桥梁上充分体现。孔道内径不得小于2 倍钢绞线面积,孔道的强度必须满足设计要求,一般选择金属波纹管,且在波纹管内加装PE 内衬管,在浇筑混凝土后,再抽拔内衬管。安装内衬管前,应对其进行检查,若发现破损及时更换。在波纹管安装前,应充分熟悉设计图纸,严格按照图纸中所示坐标安装定位钢筋。曲线段定位钢筋应加密,在每一个起弯位置必须安装一道定位钢筋,定位钢筋内径一般比波纹管外径大1cm,太小会影响波纹管的穿束,太大会影响波纹管的精度。另外,须特别注意波纹管连接处的固定,一般选用大一号的波纹管进行连接,连接管的长度须满足规范要求,连接后用胶带进行缠绕。钢绞线应上盖下垫,严禁使用生锈的钢绞线,钢绞线下料时,一般用砂轮切割,不得用电焊机焊割,以免影响钢绞线的性能,下料时两端应留有余量,防止在张拉过程中脱顶。为方便钢绞线穿束,在穿束前应将端头做成尖状,一般采用穿束机单根下料,编好束再用卷扬机整体拖拽。在穿束过程中,应避免钢绞线相互缠绕或交叉。否则张拉后,相互缠绕或交叉的钢绞线将彼此提供垂直于线长方向的作用力,造成钢绞线受力不均,张拉数据存在偏差,而且容易导致钢绞线断裂,使预应力丧失,影响结构安全。钢绞线穿束完成后,对钢绞线裸露部分采用防雨套进行保护,防止雨水或露水侵蚀钢绞线,影响预应力的效果。
在张拉前,混凝土强度、龄期、弹性模量均需达到设计要求。终张前,混凝土强度应达到该构件混凝土强度等级的100%。对于龄期,夏季混凝土一般需要养护3~4d,冬季混凝土一般养护4~5d 方可进行张拉。如果强度或龄期未达到设计要求就进行张拉,则会使混凝土前期产生较大的收缩徐变,造成预应力损失较大,导致桥梁下挠过大的不良后果。在施工过程中,为提高混凝土早期强度,缩短张拉时间,加快施工进度,施工单位可以在混凝土预制构件中加入早强剂。一般而言,在混凝土中加入一定量的早强剂,可将张拉时间提前1d 左右,有效提高工作效率。另外,弹性模量大小同样影响张拉效果,如果弹性模量过大,则会造成桥梁徐变减小,松弛应力的作用减弱,进而造成混凝土内部的应力得不到有效释放,最终导致混凝土结构产生裂缝。如果弹性模量不够就进行张拉,造成钢绞线与预留管道壁的摩阻力增大,导致预应力不够,影响梁体受力,严重的可能造成梁体开裂。总之,在预应力混凝土张拉中,应严格控制混凝土强度、龄期和弹性模量,任一指标达不到设计要求,都会影响预应力张拉效果[4]。
在钢绞线张拉完成后,48h 内进行孔道压浆。压浆料应根据设计要求和环境条件进行选择:在-5℃以下进行压浆作业时,须选择低温型压浆料,在低温下具有流动性好、早强、高强、无收缩等优点。若选用常温型压浆料,在低温下易结冰,严重影响钢绞线的受力性能,造成钢绞线应力损失过大。压浆前,由试验室专业人员对压浆料进行试配,水泥、压浆剂、水等各种材料的称量应准确到±1%。压浆前,应抽真空,使管道内的真空度稳定在-0.08~-0.06MPa。真空度稳定后,应立即开启管道压浆端阀门,同时开启压降泵进行连续压浆。同一管道压浆应连续进行,一次完成,中途不得停歇。从浆体搅拌到压入结构体的时间不得超过40min。压浆后,应从进浆孔和出浆孔检查压浆的效果,若不密实,应及时补浆,以保证浆液充满整个管道[5]。
在公路桥梁施工中,预应力对于确保桥梁工程的整体质量具有至关重要的作用。因此,在实际施工过程中,施工单位需掌握预应力技术的应用要点,通过科学施工,提升桥梁工程的施工质量。
第一,在钢筋混凝土多跨连续梁中的应用。多跨连续梁包括正和负弯矩区,其中在支座中的弯矩值是负值,在跨中部的弯矩值为正值。在梁柱抗弯承载力和抗剪切承载力不达标的情况下,可以应用预应力技术对梁进行加固处理,不但可以提高结构的抗弯承载力和抗剪承载力,而且操作简单,省时省力。
第二,在桥梁加固施工中的应用。可以通过补强构件、扩大截面积,提高桥梁的承载力,提高其使用寿命,满足交通运输的需要。但这种方法不仅浪费材料、拖延工期,而且当桥梁跨度达到一定值后并不适用,为此,预应力技术显得至关重要,可以通过在结构内施加预应力解决以上问题。
第三,在混凝土路面中的应用。在公路桥梁的使用过程中,经过车辆碾压,加上风雪等恶劣天气的侵蚀,混凝土内部结构易发生变化,导致路面出现变形、裂缝等现象。为避免这种问题的出现,在公路桥梁施工中,根据施工现场实际情况,合理应用预应力技术,将混凝土的抗压性能发挥至最大值[6]。
第四,在混凝土空心板中的应用。在公路桥梁施工中,混凝土空心板使用特别普遍,其特点是有多道圆孔形状,大大降低了自重,有利于安装拆卸和交通运输。在小跨径的公路桥梁施工中应用更为广泛,效果更佳。若公路桥梁的跨径小于规定尺寸,采用张拉法对松弛度较低的钢绞线进行单根张拉,可以有效降低承载力。
总之,预应力技术是一种非常先进、可靠的工程技术,将其应用在公路桥梁施工中,可以预防混凝土裂缝产生,提高混凝土结构的稳定性和耐久性。在应用时,需要掌握张拉时间、张拉力大小、孔道堵塞等问题,科学选择施工材料和设备。最大化发挥该技术的优势,以此提高公路桥梁施工的安全性。