公路桥梁工程施工预应力技术应用

［摘要］预应力技术可被应用在公路桥梁结构中，也可参与到山体锚固以及工程维修等其他方面中，因此在公路桥梁施工中有着较为广泛的使用。预应力技术的使用要点较多，如果施工不当可能会造成预应力损失，进而影响工程的整体质量。对预应力技术在公路桥梁工程中的表现进行了分析，提出了预应力技术的施工工艺流程和技术要点及预应力施工中的检测技术要点，探讨了预应力的六大损失与措施，通过对预应力技术的综合分析，以期能达到提升预应力技术应用质量的效果。

［关键词］公路桥梁；施工技术；预应力技术

当前我国公路桥梁施工过程中，预应力技术的使用极其广泛，可保证公路桥梁工程的安全性、耐久性及稳定性。如果在应用预应力技术时，没有掌握相应的技术要点，很有可能会影响到公路桥梁工程的使用寿命。公路桥梁工程的建设由于工程建设时间长、工程环节繁杂，如果使用寿命较短，则会造成更多的资金浪费，不利于交通行业的高速发展。因此，在公路桥梁工程施工过程中，须重视预应力技术的有效应用，确保预应力技术的使用效果。

1工程概况

小花特大桥主桥跨水阳江（72+118+72）m连续箱梁采用悬臂现浇。主梁采用变高度预应力混凝土连续箱梁，单箱单室截面，箱梁全宽13m，桥面净宽12m，单箱底板宽7m，两侧悬臂长3m。箱梁顶面设置双向2%横坡，通过顶板顶面倾斜形成，顶板底面为水平；顶板与腹板设置1.8m×0.35m的加腋，底板与腹板设置0.6m×0.25m的加腋。

2公路桥梁工程中预应力技术的应用

2.1在多跨型桥梁中的应用

预应力技术在多跨型桥梁中可实现加固效果，能提升多跨型桥梁的稳定性、抗剪能力及抗弯能力，对于多跨型桥梁后续的使用有重要的积极影响[1]。在实际的多跨型桥梁建设中，桥梁会根据结构的层面进行划分，以正弯矩和负弯矩2种形式存在，为保证多跨型桥梁的荷载能力，需要利用预应力技术进行加固。

2.2在受弯构件中的应用

受弯构件在公路桥梁施工中属于重要的组成部分，为提高受弯构件的应用效果，需要对构件进行加固。在以往的受弯构件加固工程施工中，会使用碳纤维，主要是由于碳纤维具有较高的强度，对于受弯构件的加固效果较好。但在加固施工前，公路桥梁建设中所使用的混凝土就会产生较强的应变拉力，给受弯构件带来较大压力，不利于后续公路桥梁的使用安全性。通过预应力技术的使用可提升受弯构件的加固效果，提升构件承载区域的负荷能力。

3预应力技术的施工工艺流程以及技术要点

3.1模板制作和施工要点

模板的制作和施工是保证后续预应力技术施工效果的重要条件，在制作模板时首先需要保证模板的制作质量[2]。可选择定型钢模板，施工人员需要对定型钢模板进行质量检验，为后续预应力技术的使用打好质量基础。在安装模板和拆卸模板时，需要按照施工设计要求进行施工，提升施工的规范性，保证符合后续施工的需求。

3.2钢筋施工要点

在预应力技术施工过程中需要使用到钢筋材料，预应力技术对于钢筋的强度、韧性系数都有着严格的要求，因此在使用预应力技术时需要保证钢筋的质量，使钢筋具备理想的应用效果。如果钢筋的质量无法得到保障，会影响预应力技术的应用效果，进而给公路桥梁的使用带来安全隐患。首先，要选择符合标准的钢筋，确保钢筋工程使用材料的合格。其次，专业人员要对公路桥梁的长度等多项数据进行计算和评估，计算出钢筋的使用量和使用位置[3]。最后，要在正确的位置对钢筋进行规范的处理和施工，避免出现不必要的钢筋浪费。

3.3预应力孔道施工要点

预应力技术的施工需要拥有相应的孔道，在对预应力孔道进行施工的过程中，需要明确预应力孔道的施工要点。目前在预应力技术施工过程中，多数都使用金属波纹管预留张拉孔道和压浆孔道，施工人员需要注重对金属波纹管的施工操作进行把控，使金属波纹管在后续公路桥梁的使用过程中能够控制预应力[4]。另外，需要对金属波纹管进行性能测试，保证达到预应力技术的施工需求，同时需要保证金属波纹管没有破损的状况，一旦发现有破损的问题应及时采取干预措施。金属波纹管的质量会影响预应力钢筋预埋阶段的施工效果，也是影响预应力技术应用效果的重要方面。

3.4张拉以及灌浆阶段的施工要点

3.4.1智能张拉系统工作原理及施工智能张拉系统的施工主要包括2部分，第一部分是安装张拉设备，第二部分则是进行智能化张拉控制[5]。智能张拉系统在应力控制方面应保持较好的精度，精度差值在1.5%之内即可，并进行实时的伸长值误差校对，需要保证伸长值偏差在±6%之内。安装张拉设备分为5个工序。（1）安装限位板，在限位板上带有止口以及锚板定位。（2）安装千斤顶，需选择专门应用在智能张拉系统中的千斤顶，将千斤顶的止口和限位板对准。千斤顶之间张拉力所产生的同步误差控制在±2%的差值内最为适宜，并且需要千斤顶最少能够保证5min的持荷时间。（3）安装工具锚，工具锚和智能张拉系统前端的张拉端锚保持孔位一致，使2种锚具呈对称的状态。在工具锚的夹片上涂抹退锚灵，保持涂抹的均匀度。（4）连接好千斤顶，接通油表和油泵电源[6]。（5）开动油泵，使用千斤顶活塞来回打出，将千斤顶中存在的空气排出，避免缸体内部仍然存在残余气体。智能张拉系统的施工过程分为5点。（1）启动系统平台，由现场的管理人员和操作人员进行摄像，启动张拉系统。（2）通过油泵给千斤顶的张拉油缸供油，根据五级加载的原则不断上升油压，将最初的应力值作为伸长值的计算起点，按照1/10,1/5,2/5,3/5,4/5,1的比例分别增加。（3）在张拉的过程中每一级所产生的数据和信息都会被系统自动记录下来，与此同时还会计算伸长值以及计算值之间所产生的偏差。（4）利用系统平台和系统对千斤顶的加载速度进行控制，保证可以正常、有序地向千斤顶供油[7]。（5）如果在使用过程中，实际所得出的伸长值和理论计算中的伸长值有较大差距，如正负值大于6%，系统则会马上停止张拉[8]。以本次工程为例，本桥主桥采用变高度预应力混凝土连续箱梁，为三向预应力结构，分为主梁纵向预应力束、顶板横向预应力束和腹板竖向预应力束。纵向预应力腹板束采用19-s15.2高强度低松弛钢绞线，顶、底板束和合龙束均采用15-s15.2高强度低松弛钢绞线，采用OVM15-19型和OVM15-15型锚具及配套设备。顶板横向预应力束采用每束3股s15.2钢绞线，逐根张拉，张拉控制应力为σcon=0.75fpk=1395MPa，单根钢绞线设计张拉力为195.3kN，采用单端张拉方式。腹板预应力束和中墩横梁预应力束均采用JL32精轧螺纹钢筋，抗拉强度标准值为785MPa，张拉控制应力σcon=0.9fpk=706.5MPa，单根设计张拉力568.2kN，采用梁顶单端张拉方式，相应锚具为精轧螺纹钢锚具JLM-32。

3.4.2智能压浆技术工作原理智能压浆系统由制浆、压浆、测控及循环回路4个部分组成。浆液会在智能压浆系统形成一个持续循环的路径，排出管道内部空气，及时解决管道堵塞的问题。在智能压浆系统中，管道的进浆口和出浆口都会设置监测压力值的仪器，测控系统会收到主机反馈后所发出的指令，并调整压力值[9]。浆液从搅拌到压入孔道的时间需控制在40min之内，搅拌过程中不能出现停顿的现象。对于水平状态或者曲线状态孔道，压浆的压力值需保持在0.5~0.7MPa，超长孔道压浆压力值应控制在1.0MPa，竖向孔道压浆压力值应控制在0.3~0.4MPa。当施工工程是在南京地区的夏天时，由于南京温度较高，如果白天的气温高于35℃，则需要在夜间开展压浆工作。当在气温较低的地区施工时，在压浆的过程中或者在压浆后的2d之内如果气温在5℃以下，就需要对混凝土采取保温措施。在施工过程浆体的配置比例中会出现问题，影响孔道的饱满度和密实度，为提高施工使用普通硅酸盐水泥的效果，灰浆的水灰比例可以取0.3，掺量为内掺15%。

3.5混凝土施工要点

3.5.1合理拌制混凝土在搅拌混凝土之前要对混凝土进行合理配比，按照施工的要求设定配置比例，选择合适的材料，保证混凝土具有符合要求的强度。施工人员在搅拌混凝土的时候，需要使用电子秤对混凝土进行相关的测量，保证混凝土内部的含水量符合相关要求。如果在雨天进行混凝土搅拌，应及时检测混凝土中的含水量，避免由于空气湿度高导致混凝土出现过多水分，影响混凝土的搅拌效果[10]。

3.5.2混凝土运输要点混凝土主要是运用专门的搅拌车进行运输，且要根据实际的施工情况和自然环境因素确定运输混凝土的时间。如果是在20~30℃运输混凝土，则需要使用无搅拌的设施在30min内运输到施工现场，如果使用有搅拌的设施，则应在60min内运输到施工现场。对混凝土进行再次搅拌时需注意水和其他材料的比例，否则会影响混凝土的质量。

3.5.3混凝土浇筑和振捣工作要点混凝土的浇筑质量需要符合相关的规定要求，其主要要求为：不存在色差、平整光滑、没有漏浆等，应控制好浇筑模板的倾斜高度和浇筑混凝土的坡度[11]。在混凝土浇筑结束之后需立即进行捣实施工，在实际混凝土施工过程中经常使用插入式的方法进行振捣，当发现在振捣时混凝土的表面不再出现冒泡问题时则视为振捣工作合格。插入式振捣可能会导致孔道出现变形，因此在振捣时应注意振捣器是否触及套管，在孔道处采用外部振捣器进行振捣，强化振捣效果。在模板的角落部位或者振捣器不能触及的区域，可以利用插针振捣，保证混凝土表面光滑度。在混凝土捣实之后的24h之内不能受到振动，否则会影响捣实效果。

3.5.4提升混凝土养护效果混凝土的养护工作对于工程质量起着重要的作用，并且还可降低后期混凝土出现裂缝等问题的概率。在完成混凝土浇筑等待混凝土表面收浆之后实施养护措施，可利用洒水或者覆盖塑料膜的方式，养护时间至少需要1周。洒水养护需要使用喷雾器，对混凝土进行不间断的湿养护，进而形成良好的干湿循环。在养护混凝土的同时也需要对预应力钢束留置的孔道进行监管，避免其他杂物进入孔道内部。

3.6钢绞线施工要点

孔道穿束施工是预应力技术实施中的核心环节之一，对于添加预应力的效果有着重要的影响，应根据实际的施工状况对孔道穿束施工方法进行分析[12]。为提升孔道穿束的施工效果，需要先分析钢绞线和钢绞线编束的处理方法，在确保钢绞线处理效果的基础上进行孔道穿束。钢绞线的处理分为钢绞线施工和钢绞线穿束施工，如果没有掌握施工技术要点，会直接影响预应力技术的使用效果。

3.6.1钢绞线的处理当公路桥梁工程在实施锚固作业时，钢绞线的张拉应力对于锚固作业的效果有着重要的作用。但是由于施工步骤的复杂性，公路桥梁的局部区域会产生挤压应力，这就需要保证锚垫板的方向和位置的准确性。施工人员需要对钢绞线弯折位置的半径进行准确测量，并打磨钢绞线的端部，保证钢绞线的平滑性，避免钢绞线在受到张拉力的影响时出现挤压问题。

3.6.2钢绞线穿束施工要点钢绞线张拉施工结束后，需要实施灌浆处理，保证钢管和锚垫板之间存在粘结段，在进行钢绞线下料作业时要对其上方的油脂层进行清洗。在实际施工过程中，施工人员无法有效地对钢管和锚垫板之间存在的粘结段进行精准控制，这是由于在控制期间钢绞线可能会出现下垂的现象[13]。在实施钢绞线穿束施工时，钢绞线需要通过多个转向装置，施工环节稍有难度，因此要使用单根穿索的方法来施工。在进行钢绞线穿束的过程中需要注意钢绞线是否出现缠绕的现象，若出现了缠绕问题需及时进行干预，保证钢绞线的顺直性，否则会影响施工过程中的有效预应力。

4预应力的六大损失与措施

4.1锚固损失

损失因素：锚固损失主要是由于预应力技术在施工过程中锚具出现了变形、锚具滑丝等问题，进而导致预应力钢筋在施工过程中出现回缩或者滑移的状况。解决锚固损失措施：在预应力技术施工时可选择变形程度小的锚具，或者可选择预应力钢筋内缩程度小的锚具，尽可能地减少垫板的数量；对先张法构件，选择长台座。对锚具的滑丝进行检查，如果滑丝失效则应及时更换锚具。

4.2摩擦损失

损失因素：摩擦损失是由于预应力钢筋在张拉时，和孔道壁产生了摩擦，或者也可能是先张法的预应力钢筋和锚具产生了摩擦。孔道过于弯曲，弯曲度越大，则孔道的摩擦损失越大，如果是刮碰或者孔道偏差增加了摩擦损失，很可能是因为孔道的长度和质量所致，弯道和长度两者之间弯道因素所引起的摩擦损失较为严重。解决摩擦损失的措施：为解决摩擦损失，需要减少先、后张法预应力钢筋和孔道壁及锚具之间的摩擦，因此对于长度较长的构件，可在构件的两端采取张拉的措施，或者使用超张拉的措施[14]。为减少摩擦损失需要对孔道的施工技术进行改进和革新，使孔道的线形符合施工要求，在必要的情况下可选择减摩剂。

4.3温差损失

损失因素：先张法预应力钢筋在进行热养护的过程中会引起预应力出现温差损失的问题。具体来讲，是在利用蒸汽等方法开展混凝土养护时，预应力钢筋和台座之间会产生温差，出现温差损失的问题。解决温差损失的措施：当发现先张法预应力钢筋出现温差损失后，可提升温度，重复热养护措施。二次升温养护不会导致预应力出现损失的问题，在养护过程中，初次升温应将升高的温度保持在20℃内，也可选择在常温下进行养护。当混凝土的强度达到1.5~10N/mm2之后可再次升温。在钢膜上对预应力钢筋进行张拉。

4.4预应力松弛损失

损失因素：如果预应力钢筋的长度没有变化，但是在高应力的作用下会出现松弛的问题，导致预应力出现松弛损失。这主要是由于钢绞线的内部出现了断丝的问题，钢绞线松弛率超出限度也会出现预应力松弛损失的状况。预应力松弛的损失和钢材类型、温度变化、初拉应力、持荷时间等多方面因素都有关。在计算预应力松弛损失时应先判断构件属于先张法构件还是后张法构件，前者根据损失总量的50%计算，后者则根据建立预应力后的时间计算。解决预应力松弛损失措施：选择张拉或者松弛小的预应力钢筋，对钢绞线的松弛率进行仔细检查，在张拉的过程中需要采取双向控制，即张拉力控制以及引伸量控制。如果钢绞线断丝率出现了超限的问题，应及时更换锚具以及预应力筋。

4.5混凝土变化损失

损失因素：混凝土变化可分为收缩变化和徐变，这2种状况都会引起预应力损失。当混凝土凝结后，硬度会有所提升，因此会逐渐发生变化，导致构件也逐渐变短，预应力则会随着构件的变化回缩。解决混凝土变化损失的措施：选择高质量的水泥，并在混凝土搅拌过程中减小水灰比以及水泥的使用量。使用标准骨料，强化对混凝土的振捣施工，在混凝土施工之后进行有效的养护，注意振捣器是否触及套管，并利用插针进行辅助振捣。预应力混凝土的养护时间需要适当延长，直至预应力完全施加后方可结束，在混凝土养护期间如果强度在2.5MPa之下，则混凝土上方不可放置工具或者走路。

4.6环形配筋损失

损失因素：螺旋式应力钢筋作配筋的环形构件，由于环形配筋受到混凝土的挤压产生的损失。波纹管线的设计和管理也会影响预应力的损失情况，如在浇筑混凝土时波纹管没有进行有效固定，导致波纹管出现变形和移动等问题。波纹管出现堵塞或者波纹管破损、漏洞都会影响预应力技术施工效果。解决环形配筋损失的措施：提升混凝土的施工质量，对混凝土的施工工序进行严格管理，可适当减少水泥的使用。在施工的过程中需要把握混凝土的施工要点，即搅拌、运输、浇筑、振捣以及养护5方面的技术要点，尽量减少由于环形配筋所引起的预应力损失。在设计时需要保证波纹管符合施工要求，并在进行混凝土浇筑工作时对波纹管采取保护措施，避免出现波纹管破损的状况。

5结束语

预应力技术作为公路桥梁工程中的重点应用技术，对公路桥梁的质量起着重要的保障作用。但是，当前在公路桥梁施工建设过程中由于缺乏有效的监管等多项原因，导致预应力技术的发展受到了一定的限制，降低了工程建设的效率。相关领域需要加快对预应力技术的创新，提升预应力技术在公路桥梁施工中的应用效果，为公路桥梁的建设提供技术支持。

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作者：顾轩 单位：上海地江集团有限公司