公路桥梁施工中预应力施工技术的应用分析

钟菁

（赣州市公路发展中心兴国分中心，江西赣州 341000）

0 引言

公路桥梁作为现代交通基础设施的重要组成部分，在连接城市、促进经济发展、改善生活质量等方面扮演着关键的角色。为了确保这些公路桥梁的安全性、可持续性和长期耐久性，工程师们一直在不断寻求创新的施工技术和工程方法，在这个背景下，预应力施工技术的应用已经成为公路桥梁建设中不可或缺的一部分，所以，现阶段工程行业需要继续对预应力施工技术进行深入分析，以促进其更广泛的应用，为公路桥梁的可持续发展和安全性作出贡献。

1 公路桥梁施工中预应力施工技术应用的意义

1.1 提高公路桥梁结构的承载能力

在现阶段的公路桥梁工程施工中，建设单位借助预应力施工在混凝土结构内部引入预加载的张力，有效提高结构的抗弯能力、减少应力和变形，且预应力钢结构抵消了公路桥梁外部荷载，才能够显著增加当前公路桥梁结构的承载能力，为公路桥梁建设提供更安全、更可靠的交通和环境条件。以某公路桥梁工程的建设为例，在提高公路桥梁结构承载能力上，预应力施工的价值主要体现在以下几个方面：首先，建设单位通过预应力施工，加入每段12 组的扣型钢筋结构，使混凝土结构内部引入了张力，该结构可以抵消公路桥梁在使用过程中产生的外部荷载，如交通荷载、风荷载等，降低了道路结构受力的程度。其次，预应力施工中建设的连接结构可以减小公路桥梁混凝土中的应力和变形，在该项目中，道路路面在横向受力情况下，建设单位采用2×7 高强度型预应力基本钢绞线进行预应力施工，选择施工参数为直径17.2mm、抗拉强度为1750MPa、线身重量为1.51kg/m 的材料作为预应力施工的力筋材料，适应公路桥梁建设结构设计复杂、搭设跨度大的施工要求，不仅减小了混凝土的开裂和变形可能性，还提高了结构的耐久性和承载能力[1]。

1.2 降低工程成本

预应力施工在公路桥梁工程中的应用，能够帮助工程建设降低部分维护与材料成本，通过加速施工进程、提升施工材料使用效益，使工程建设的可行性得到保障。如表1 所示，在针对某一公路桥梁施工段进行施工规划的过程中，建设单位基于预应力施工方案及常规施工方案进行可持续性分析，总结出采用预应力施工，不仅能够有效保障工程建设质量，还能够加快公路桥梁工程的建设进度，预应力筋支架定位与路基定位、预应力筋穿束与钢架架设等施工步骤能够在一定程度上出现更迭与创新，使工程方案内的建设成本大幅度降低。其主要的表现有：首先，由于预应力施工中可以通过加入预应力钢束来起到支撑与稳定的作用，所以，该施工工序可以在一定程度上代替道路钢架的埋设这一施工流程，且预应力施工设施的混凝土结构截面尺寸相对较低，所需的混凝土材料及钢筋材料用量相较于一般的施工较少，而这也为减少施工材料成本奠定基础。其次，由于预应力施工的引入，公路桥梁工程施工需要在完成板下层钢筋绑扎、预应力筋穿束、混凝土浇筑养护等少数工序后，便能达到工程方案的设计强度，这样一种技术方法相较于传统的公路桥梁施工而言，能够减少公路桥梁建设当中的工序流程，使公路桥梁能够尽快完成拆模并投入使用，这样一种方法大幅度减少公路桥梁工程施工的时间，从而降低施工成本及项目时间成本[2]。

表1 预应力施工下的工程效益分析

2 公路桥梁施工中预应力施工技术应用难点

2.1 计算分析难点

预应力施工需要经过复杂的工程计算，才能确保正确的张力施加和混凝土结构的设计，其中包括张力的大小、位置、张力锚固点的选择等，正因如此，要想精确计算这些参数，确保结构的稳定性和安全性，公路桥梁施工中预应力施工计算分析必然会伴随一定的困难与问题。首先，在预应力钢束的张力计算上，其工作难点表现在确定适当的预应力力量之上，即工程计算需要考虑张力的大小和分布，这就要求工程师需要综合考虑到桥梁的几何形状、荷载情况、混凝土和预应力材料的特性等因素，才能得出精确的工程计算结果这就增加了施工难度。其次，预应力施工中的材料和结构之间存在相互关系，称为系统效应，这包括钢束、锚固系统、混凝土等各个部分的相互作用，而这些效应必须在计算分析中得以考虑，如：在预应力施工中，混凝土、钢筋和预应力材料的性质会使计算发生非线性变化，特别是在大荷载的影响下出现计算误差，这增加了计算的复杂性[3]。

2.2 预应力技术落后

预应力施工技术水平不足可能导致一系列不利影响，包括安全问题、质量问题、额外成本和项目延期，降低了公路桥梁工程的效率和可持续性。结合实际的公路桥梁工程项目中来看，预应力施工技术水平不足的表现主要有：由于正确的锚固是预应力施工技术的一个关键部分，其确保张力能牢固地传递到混凝土结构中，所以，如果预应力施工技术水平不足，且表现在锚固点的选择不当、锚固过程的定位出现误差等工序中，则会影响到预应力结构张力的传递和结构的稳定性。其次，如图1 所示，在实际施工过程中，预留孔道是埋设预应力结构的前提条件，如果图中显示的预应力筋位置不能满足设计要求，则会导致预应力结构的设计与实际施工中的铺设方法存在误差，并会出现公路桥梁建设设施的碰撞问题，影响施工的实际效果[4]。

图1 预应力技术问题之表现

2.3 质量控制难点

预应力施工技术质量控制的难点会对公路桥梁工程产生多方面的影响，包括结构安全、经济效益等，预应力施工中的质量问题导致预应力结构受损，如预应力损失、材料缺陷或不合格的锚固，大幅度影响公路桥梁结构的安全性和可靠性。典型的表现有：首先，在预应力结构的张力控制上，预应力结构施加的张力必须与设计要求相符，否则会导致结构不稳定，而过度的张力可能损坏混凝土，正因如此，调整和监测张力的准确性是一项复杂的任务。其次，在材料质量的控制上，根据《预应力混凝土结构设计规范》（JGJ 369—2016）的要求，预应力结构建设涉及的材料需要达到公路桥梁工程检验认证标准，才能够正式应用到工程施工当中，如果期间出现材料质量问题，则会导致预应力施工技术的使用效果受到直接影响。例如：在预应力筋的使用中，不同参数及规格的钢绞线所对应的摩擦系数取值存在显著差异，如：缓黏结性的钢绞线摩擦系数取值可达0.12 及以上，无黏结性的钢绞线摩擦系数则最高可达0.1，而在工程建设中，如果钢绞线摩擦性能无法达到预期标准，则会使预应力钢束或钢筋的锚固质量受到影响。

3 公路桥梁施工中预应力施工技术的应用要点

3.1 明确预应力施工技术参数

在公路桥梁施工中，如果需要选用预应力施工来辅助工程的建设，则建设单位应当提前通过决策来确定预应力施工的各项参数指标，为预应力施工技术的应用奠定基础。为此，建设单位可以分别从材料设计参数、结构设计参数、工程器械参数等多类型，对施工参数进行详细分析，如：某建设单位在材料参数的设计上，考虑到单段公路桥梁的跨度较大，因此施工中采用2×6 标准型高强度缓黏结预应力筋进行施工，并配置直径为16.2mm、单条抗拉强度值≥1800MPa 的材料进行现场施工；而在预应力孔道的灌浆材料选择中，选取材料强度为50MPa 的高强度硅酸盐水泥混合为灌注泥浆，保障其水胶比参数在0.25～0.35，最终使建设的预应力混凝土层质量达到预期标准。

3.2 设计完善的预应力施工流程

施工工艺流程的设计是预应力施工规划的重要环节，建设单位需要着重关注该工作要点，根据公路桥梁工程建设的实际需求，合理调整各项工序以及工艺技术的组成，这样才能够尽可能地提高预应力施工在公路桥梁工程建设中的使用质量。参考某建设单位在预应力施工工艺流程中的设计方法：首先，考虑到适用于该公路桥梁工程建设的预应力施工办法为缓黏结预应力筋施工，因此建设单位全程控制预应力梁在张拉施工前，避免拆除梁底的支撑架构，从而为各项工艺流程的正常实施提供作业条件。其次，为了有序衔接缓黏结预应力固定端的预埋安装作业，建设单位提前制作相应规格的预应力筋材料，并确保材料规格的偏差系数≤0.03，优化预应力筋的布设效果。此外，在预应力筋张拉端预埋安装中，为保证多条预应力筋的端头能有效衔接，建设单位通过模拟计算各路段预应力筋的连接长度，部分计算方法如式（1）所示，并选择其中连接效果较好的设计方案作为工程既定方案，使埋设后的预应力筋能够顺利完成张拉、封锚等工序流程。

式（1）中：L表示预应力筋施工设计长度；P表示单一路段所需的预应力总值；fp表示预应力筋的张力应力；Ap表示预应力筋的截面参数。

3.3 落实施工中的质量管理工作

施工过程中的质量管理，对于保障工程建设质量与效率、优化预应力施工效果具有关键作用，在施工过程中，建设单位应针对每一道工序设置相应的质量管理与监控工作，保障运力施工的有序进行。以预应力钢束的预埋安装工序为例：首先，由于预应力张拉端的张拉方式根据施工要求发生变化，因此，施工过程应当对预应力钢束的张拉方式及其可行性进行质量分析，针对质量不合格的工艺方法，在作业面板端处采用突出板面法，以便浇筑后的预应力钢束能够实现精准定位。其次，考虑到预埋过程中的浇筑混凝土需要达到一定强度后才能保障张拉质量，即混凝土强度应当达到设计强度的100%、浇筑位置的张拉总应力应当达到混凝土强度的75%及以上、张拉伸长值偏差应≤6%，控制以上指标达到施工设计标准的基础上，才能够继续进行浇筑工作，保障预应力施工的有序进行。

3.4 执行施工全过程中的计算分析工作

为了得到能够用于预应力施工的施工数据及工程参数，施工中应当由建设单位带头对实际施工的数据进行采集与分析，将获取的施工参数进行汇总，并对比施工方案及图纸中提供的数据信息，以便及时排查预应力施工中存在的风险问题，保障预应力施工的安全性。参考某施工单位在预应力施工中的做法：为了确保预应力结构的最终形态、承载能力及性能能够达到预期要求，施工中应时刻对预应力筋的伸长值数据进行计算，并综合考虑其在荷载作用下的变形、应力分布等因素的影响，获取准确度较高的施工数据。如式（2）所示，基于该公式对施工中的预应力筋伸长值进行计算，得出的计算结果能够用于确定预应力筋的初始长度，为施工时的正确安装提供基础条件。

式（2）中：ΔL 表示预应力筋的伸长值；P 表示预应力筋的施加预应力；L 表示预应力筋长度；A 表示预应力筋的截面积；E 表示预应力筋弹性模量。

3.5 预应力混凝土的配制及浇筑方法

预应力混凝土浇筑环节中，建设单位需采用合适的混凝土材料进行材料配制，并按照预应力设施的建设需求进行浇筑，这样才能确保公路桥梁工程的预应力施工效果达到预期要求。首先，在预应力混凝土的配置上，公路桥梁工程中常用的预应力混凝土材料包括普通硅酸盐水泥、粗骨料混合混凝土等进行级配，并确保混凝土的粒径在5～18mm 之间，使浇筑后的设施整体更加均匀、稳定。其次，在浇筑方法的使用上，针对大型公路桥梁预应力混凝土的浇筑，施工中应当采用分层浇筑的方式，即提前铺设混凝土试组块，并加铺一层砂浆来增加其稳定性，在混凝土完全作用的基础上，继续进行深层浇筑，直到预应力混凝土设施完全成型，这样才能使建设的公路桥梁设施强度等级达到设计要求。最后，在振捣过程中，施工人员需要保持振捣器在混凝土中逐渐移动，以确保整个混凝土体积都得到均匀的振实，避免将振捣器长时间停留在一个位置，导致混凝土分层或剥落。

4 结语

综上所述，预应力施工技术的应用在公路桥梁建设中已经成为一项不可或缺的工程创新。通过这一技术，建设单位能够创造更加坚固、耐久和高性能的桥梁，为城市的互联互通提供了更可靠的基础设施，所以，预应力施工技术为公路桥梁建设带来显著的改进，提高了桥梁的质量和可持续性。在未来，工程行业需要对该技术的应用进行不断的研究和创新，以克服其所面临的挑战，并确保其可靠性。