路桥施工中预应力技术的应用

秦凯

中铁十四局集团有限公司 广东 广州 510080

引言

预应力混凝土桥梁是一种采用预应力技术施工的桥梁。在施工过程中，将钢筋或钢束预先张紧，然后浇筑混凝土，使混凝土在受力时能够承受更大的荷载。预应力混凝土桥梁具有承载能力强、变形小、使用寿命长等优点，被广泛应用于高速公路、铁路、城市快速路等。

1 工程概况

某城市X路扩建工程中，应用预应力技术以增强桥梁的承载能力和延长使用寿命。本工程中，预应力技术的应用主要包括预应力混凝土桥梁和预制空心板梁。其中，预应力混凝土桥梁跨度为（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，总长为344.5m。预应力混凝土桥梁具有承载能力强、变形小、使用寿命长等优点，被广泛应用于高速公路、铁路、城市快速路等。另外，本工程中还使用了预制空心板梁，该梁采用预应力技术施工，具有结构轻便、施工方便、使用寿命长等优点，被广泛应用于桥梁、隧道、地铁等领域。预制空心板梁总共使用了36块，其中20m预制预应力混凝土空心板梁采用预应力钢束进行预应力张拉，采用锚具进行预应力锚固。全桥边板采用10块，中板采用26块，梁高为95cm。在预应力技术的施工过程中，制定了专项方案，包括预应力钢筋或钢束的选用、预应力张拉方式、预应力锚固方式、混凝土浇筑方式等内容。本工程中，预应力钢筋或钢束选用了高强度钢材，采用了先张后浇的预应力张拉方式，采用了锚具进行预应力锚固，混凝土浇筑采用了振捣浇筑的方式，以确保混凝土密实度和强度。除了预应力技术的应用，该工程中还采用了其他先进的施工技术，如钢箱梁、钢混组合梁等。钢箱梁是一种采用钢材制作的梁，具有结构轻便、施工方便、使用寿命长等优点，被广泛应用于桥梁、隧道等领域。钢混组合梁则是一种采用钢材和混凝土组合制作的梁，具有承载能力强、耐久性好等优点，被广泛应用于桥梁、高层建筑等领域。在施工过程中，本工程采用了先预制后现场拼装的方式，以提高施工效率和质量。同时，还采用了BIM技术进行建模和施工管理，以确保施工过程的精准度和安全性[1]。

2 预应力施工工艺流程

测量放样：根据设计图纸进行测量放样，确定空心板梁的尺寸预制空心板：（3×20，2×20）m，共5跨。修建台座：在预制厂房中修建台座，以支撑空心板梁的模板。绑扎钢筋、安装固定波纹管：在台座上绑扎钢筋，安装固定波纹管，以保证空心板梁的预应力张拉。安装模板：在钢筋和波纹管上安装模板，以形成空心板梁的外形浇筑底板混凝土：在模板中浇筑底板混凝土，以形成空心板梁的底部。安装内芯模板：在底板混凝土上安装内芯模板，以形成空心板梁的中空部分。浇筑梁身混凝土：在内芯模板中浇筑梁身混凝土，以形成空心板梁的梁身。取出模芯：在混凝土达到“取芯强度”强度后，混凝土取芯强度应不小于设计强度的0.75倍，取出内芯模板，形成空心板梁的中空部分。养护：对空心板梁进行养护，以确保混凝土强度达到设计要求。张拉：在混凝土达到一定强度后，进行预应力张拉，以提高空心板梁的承载能力。压浆：在预应力张拉后，进行压浆处理，以保证空心板梁的表面光滑、坚固。存梁：对空心板梁进行存放，以待后续的运输和安装。出坑：在需要使用空心板梁的现场，进行出坑安装，以完成匝道桥工程的建设。在空心板梁预制的过程中，需要注意施工安全和质量控制，确保预制构件的质量符合设计要求。同时，在预制过程中需要进行充分的养护和检测，以确保混凝土的强度和预应力张拉的效果。在出坑安装时，需要注意安全和精度控制，确保空心板梁的准确安装和结构的稳定性。

3 预应力施工技术

3.1 路桥预应力结构设计

在路桥预应力结构设计中，需要参考相关的设计规范标准，如《公路桥梁预应力混凝土设计规范》 《铁路桥梁预应力混凝土设计规范》等，以确保设计符合国家标准和规范的要求。在设计前，需要对预应力承载极限和自身状态进行充分考虑，包括预应力钢筋的张拉和锚固方式、预应力钢筋的数量和布置、混凝土的强度等因素。同时，需要考虑路桥结构支撑条件下的安全性，如地基承载能力、地震作用等，在施工中，需要严格计算材料应力和结构强度，确保预应力钢筋的张拉力和混凝土的应力符合设计要求。同时，需要注意施工过程中的质量控制，如混凝土的配合比、坍落度、振捣等，以确保混凝土的强度和质量。

在设计和施工过程中，还需要考虑预应力结构的使用寿命和维护保养。对于路桥预应力结构，需要注意防止腐蚀和疲劳损伤，定期进行检查和维护，及时处理结构存在的问题，以确保路桥工程在后期使用中的安全和可靠性。

此外，在路桥预应力结构设计中，还需要充分考虑结构的变形和位移。由于预应力钢筋的存在，结构在使用过程中会产生一定的变形和位移，因此需要对结构的变形和位移进行充分的分析和计算，以确保结构的稳定性和安全性。

3.2 预应力效应分析

预应力效应分析的主要目的是确定预应力钢筋的张拉力和混凝土的应力状态，以确保结构的稳定性和安全性。在预应力效应分析中，需要考虑预应力的损失，包括瞬时损失和后期损失。瞬时损失是指预应力钢筋在张拉过程中由于摩擦、弹性变形等原因导致的预应力损失。后期损失则主要出现在钢束的锚具固定之后，包括预应力的束张和混凝土收缩，促使前期钢束纵向的预应力减少和钢束松弛。因此，在预应力效应分析中需要对预应力的损失进行充分的考虑，以确保预应力钢筋的张拉力符合设计要求。

在进行预应力效应分析时，需要考虑预应力钢筋的数量和布置、混凝土的强度和收缩等因素。同时，还需要考虑结构的变形和位移，以确保结构的稳定性和安全性。在分析过程中，可以采用有限元分析等计算方法，对预应力效应进行详细的计算和分析。在预应力效应分析中，还需要对锚具和钢筋进行充分的设计和选择。锚具的设计应考虑锚固力的大小、锚固长度和锚固方式等因素，以确保预应力钢筋的张拉力能够得到充分的保证。钢筋的选择应考虑钢筋的强度、耐腐蚀性和耐久性等因素，以确保钢筋能够长期保持预应力状态[2]。

3.3 波纹管施工技术

波纹管的选材应根据实际情况进行选择，确保其具有足够的强度和耐腐蚀性能。波纹管的安装应按照设计要求进行，包括管道的铺设、连接和固定等。在安装过程中，需要注意管道的坡度和排水方向，以确保排水畅通。波纹管的连接方式采用了法兰连接，确保连接紧密、密封可靠。在波纹管的安装过程中，需要注意管道的保护，避免管道受到损坏或压力过大。在波纹管的使用过程中，需要进行定期的检查和维护，确保管道的畅通和安全。

波纹管的施工工艺包括以下几个步骤：波纹管的铺设→波纹管的连接→波纹管的固定→波纹管的检查和维护。

如发现管道存在损坏或堵塞等问题，需要及时采取措施进行修复和清理。需要注意的是，波纹管的施工需要严格遵守相关的安全规范和标准，确保施工过程中不会对工人和周围环境造成影响。在施工过程中，需要采取相应的安全措施，包括佩戴安全帽、安全绳等个人防护装备，以及设置安全警示标志和隔离带等安全措施，确保施工过程的安全和稳定。

3.4 混凝土浇筑

在该工程预应力混凝土桥梁中，混凝土的强度等级为C50，C50混凝土中水泥的用量为400kg/m³左右，砂子的用量为650kg/m³左右，砂子的粒径应控制在5mm以下。石子的用量为1100kg/m³左右，石子的粒径应控制在20mm以下。水的用量为180kg/m³左右，水的用量应控制在混凝土含水率的范围内，以保证混凝土的坍落度和流动性。

需要注意的是，C50混凝土的配合比应根据实际情况进行设计和调整，以满足混凝土的强度等级和使用要求。在进行混凝土浇筑前，需要进行充分的试验和检测，以确保混凝土的质量和强度符合要求。

3.5 钢筋的张拉

钢筋的张拉是预应力结构中预应力钢筋施加预应力的过程。预应力钢筋的张拉是通过千斤顶和锚具等设备施加力来实现的。在钢筋张拉前，需要对钢筋进行预处理，包括清洁、涂覆防锈剂等。这些处理措施能够保证钢筋表面的洁净度和耐腐蚀性，从而确保钢筋的质量和性能。在钢筋预处理后，将钢筋的一端固定在锚具上，另一端固定在千斤顶上。然后，通过千斤顶施加力，使钢筋逐渐拉伸，直至达到预定的预应力值。在张拉过程中，需要注意控制张拉速度和张拉力的大小，以确保钢筋的稳定性和安全性。在钢筋张拉后，需要对钢筋的伸长进行测量，以确保钢筋的预应力状态符合设计要求。测量伸长需要使用专用的测量仪器，如伸长计等。在测量伸长时，需要保证测量的准确性和可靠性，避免误差的产生。在钢筋张拉和测量伸长后，需要对钢筋进行锚固，以保证钢筋的预应力状态能够长期保持。锚固通常采用锚板和锚固套筒等设备，将钢筋的端部固定在混凝土结构中，以防止钢筋的移动和松弛。

3.6 路桥工程中预应力技术的应用策略

选择合适的预应力方案：在进行路桥工程设计时，需要根据工程的特点和要求选择合适的预应力方案，包括预应力钢筋的数量、布置方式、张拉方案等。同时，还需要考虑预应力钢筋的材料和规格等因素。严格控制施工质量：在进行预应力施工时，需要严格按照设计要求和施工规范进行操作，包括预处理、张拉、测量伸长和锚固等环节。同时，还需要对预应力设备进行配套标定和定期校验，以确保设备的质量和性能符合要求。

根据该工程提供的桥梁跨度和类型，预应力钢筋的数量、布置方式和张拉方案应该如下：钢箱梁（3×23（23，25，23））m：由于钢箱梁的跨度较大，荷载也较重，因此需要较多的预应力钢筋。预应力钢筋的布置方式采用的是纵向布置和斜向布置相结合的方式，以提高整个梁体的承载能力。张拉方案采用多次张拉的方法，先进行初张拉，再进行二次张拉和三次张拉，以确保预应力钢筋的张拉均匀和稳定。

预制空心板（3×20，2×20）m：预制空心板的跨度较小，荷载也较轻，因此需要较少的预应力钢筋。预应力钢筋的布置方式采用纵向布置和横向布置相结合的方式，以提高整个板体的承载能力。张拉方案采用一次张拉的方法，即先进行一次张拉，然后进行持荷和锚固等工作。钢混组合梁（20，22，24.5）m和（12，16，10）m：钢混组合梁的跨度较小，荷载也较轻，因此需要较少的预应力钢筋。预应力钢筋的布置方式采用纵向布置和横向布置相结合的方式，以提高整个梁体的承载能力。张拉方案采用一次张拉的方法，即先进行一次张拉，然后进行持荷和锚固等工作[3]。

4 结束语

综上所述：在路桥施工中，预应力技术是一种广泛应用的技术，其应用可以提高桥梁结构的承载能力和使用寿命。预应力技术主要通过施加预应力，使混凝土结构在使用过程中具有更好的承载能力和稳定性。预应力技术的应用主要包括预应力混凝土桥梁的设计和施工、预应力钢筋的使用以及预应力张拉设备的使用等方面。在预应力混凝土桥梁的设计和施工中，需要注意预应力的大小、位置和方向等要素，以确保桥梁结构的强度和稳定性。预应力钢筋的使用需要注意预应力的大小、位置和方向等要素，以确保混凝土结构的强度和稳定性。同时，预应力张拉设备的使用也需要注意设备的质量和性能，以确保预应力的施加效果和安全性。