预应力混凝土梁的施工技术分析

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　　摘要：由于预应力混凝土本身具有很多优点, 因而它在公路桥梁上得到了广泛运用。本文根据预应力混凝土施工的工程实践, 总结了在预应力混凝土施工中应该注意的事项, 并针对常见问题介绍了一些简单的防治方法和处理措施。
　　关键词：预应力混凝土梁施工技术
　　
　　预应力混凝土够改善结构构件的裂缝和变形的性能, 而且该拉应力与混凝土中的压应力正好组成一个自平衡系统, 使得混凝土结构的受力更为合理。由于预加的应力消除了使用荷载下形成的多数裂缝, 相应的增加了混凝土结构的耐久性, 而且预应力的挠度一般与荷载挠度相反, 因此与普通混凝土结构相比, 其总挠度明显减小, 同时, 通过控制裂缝, 使混凝土的截面更为有效, 充分利用了混凝土的优点,从而在实际使用中, 就出现了比较大的跨高比梁。公路桥梁处于外露环境,要经受各种自然、人为因素以及车辆荷载等作用,构件一般都较大且重,限于施工场地和吊装等原因, 大多数公路桥梁采用后张预应力混凝土结构, 其主要形式有板式、梁式以及斜拉桥等。 本文结合某高速公路标段预应力混凝土梁的施工情况，谈谈预应力混凝土梁的施工技术。
　　1 工程概况
　　本标段起点桩号为K0+500, 终点桩号为K18+100, 全长20.383km (断链长 2783.392m)。主要工程量: 大桥 3座, 互通立交 1 座, 分离立交 1 座, 小桥 5 座,通道14 座, 盖板涵洞23 道;路基挖土方17.3万方,挖石方3.74万方, 路基填土方 17.4909 万方, 路基填石方 57.6109 万方; 路面砂砾垫层 97.793 千平米,水泥稳定砂土底基层 304.504 千平米, 水泥稳定碎石基层 300.456 千平米, 水泥混凝土面板269.308 千平米。
　　2 预应力混凝土梁对原材料的要求
　　2.1 对预应力筋的要求
　　a、 必须要求强度高, 因为预应力的张拉应力在构件的使用过程中, 会发生混凝土的收缩和徐变, 钢材松弛等。 这些都会造成预应力的损失, 而强度越高
　　的钢材, 这种损失越小。
　　b、 有较好的塑性与良好的加工性能, 以满足在施工中预应力筋需要的弯曲和转折, 以及在锚夹具中受到较高的局部应力等。 在外型尺寸上需要均匀,既横断面特征值的误差小, 使得控制应力准确。
　　c、 防腐性能良好, 因为预应力筋腐蚀数量级及后果比普通钢筋严重得多。这不只因为强度高的钢材对腐蚀更敏感, 主要是其直径较小, 即使是一个小小的锈点,也能显著减小钢材的横断面, 引起应力集中, 最终导致结构提前破坏。因此, 不但要求预应力筋本身对腐蚀不敏感,而且要加强对其的合理保管与存放。
　　2.2 混凝土的要求
　　同预应力筋一样, 对混凝土重要的条件是要求其本身强度要高, 因为只有这样, 才能与强度高的钢材相适应。 保证预应力钢材充分发挥作用, 满足锚头附近过大的应力, 并能合理有效地减小构件截面尺寸, 减轻自重。
　　要求混凝土强度必须均匀, 因为预应力混凝土结构中产生高应力的情况较多, 在活载减小或增大时截面上都有高应力出现。另外, 为了加快施工进度, 增加设备及模板的周转次数, 对混凝土提前进行张拉,提高经济效益，则要求混凝土具有快硬,早强的性能。与此同时, 还要采取多种措施, 控制施工质量,使得收缩和徐变降低, 尽可能的减少预应力损失。
　　要使成型的混凝土能达到上述要求, 则必须对组成混凝土的原材料进行严格把关, 合理配合, 其具体要求按如下指标分别控制:
　　①水泥要选用普通水泥或硅酸盐水泥, 其标号不低于 42.5R, 并尽可能选用需水量小的水泥, 数量控制在 550kg/m3以下, 一般在 400~500kg/m3即可;
　　②细集料, 以粗砂为宜, 细度模数在 2.6 以上, 避免云母粘土等有害物, 含泥量小于 2.0%, 泥块含量小于 1.0%,砂率控制在 Sp=24~28%内较佳;
　　③粗集料,最大粒径为 2.5cm、2cm、 1cm 时均能获得较高的抗压强度, 针片状含量<5.0%, 含泥量<1.0%, 泥块含量<0.5%;
　　④水以饮用水即可, 数量控制在 130kg/m3~140kg/m3之间, 水灰比一般不大于 0.4;
　　⑤为了提高混凝土强度, 减少水泥用量, 对高强混凝土配合比内可掺配一定比例的硅粉或粉煤灰。硅粉要求 SiO2 含量在 90%以上, 细度在 20m2/g~50m2/g 范围内, 掺加量按水泥用量的 1%~3%为最佳。 若用粉煤灰则必须要求是Ι级灰, 烧矢量不大于3%, 较小的细度, 且质量均匀;
　　⑥对预应力梁的混凝土来说, 其外掺挤一般使用性能合格的高效减水剂即可, 用以减少水用量, 增加混凝土的工作度以便提高其强度。
　　3 预应力梁施工中容易出现的问题及防治措施
　　3.1 预应力梁的施工
　　预应力混凝土梁的强度较高, 外掺挤较多, 在配料、 拌和、 运输、 浇筑、 养护及控制等各个工序环节必须仔细的计划安排, 各种施工设备均处于一级运转状态。 因任何原因造成的中途停顿, 对工程质量都产生很大影响。 因此在施工时应该备有备用的震动器,电力及搅拌设备, 在运输和搬运过程中避免产生离析, 尽可能的在浇筑地点附近搅拌。 严格控制搅拌时间及进料程序, 加强震动, 对成型混凝土的养生以不停的洒水养生比麻袋等物覆盖养护要好, 其余方面与普通混凝土区别不大。
　　3.2 预应力混凝土梁经常发生的问题及防治措施
　　3.2.1混凝土的开裂
　　由于混凝土在成型期间甚至成型后, 其内部会发生一系列反应, 受到各种来源不同的应力, 而对预应力混凝土在未加预应力前, 抵抗外来应力, 特别是拉应力的能力很差, 因此产生裂缝是混凝土最容易发生的问题。
　　①沉淀裂缝: 由于混凝土在浇筑结束后, 仍存在着一个沉淀密实的过程, 在这期间, 塑性混凝土由于受到局部的约束而造成在约束部位产生空隙或裂缝。对于这种裂缝, 选用小坍落度的混凝土, 增加保护层厚度, 均可减少裂缝的发生。
　　②塑性收缩裂缝: 这种裂缝是在模板及混凝土的表面, 由于外界湿度低, 温度高, 风吹等作用使混凝土表面水分很快损失而出现的。由于新浇筑混凝土表面水分很快蒸发, 而内部水分又不能及时补给,致使表面混凝土产生收缩( 水泥浆收缩的大小约为干水泥的 1%) 。但下层混凝土与表面又不同步进行,从而产生拉力, 此时混凝土的强度又很低, 因此在混凝土表面就出现裂缝。对于这种裂缝, 要注意混凝土表面的水分损失, 可采取喷雾, 润湿表面的空气, 在最终抹面前采用塑料覆盖降低表面温度等方法。
　　③干缩裂缝: 混凝土在约束条件下干缩是其产生裂缝的常见原因, 高强度混凝土虽然采用减水剂,减少水用量, 但其实际用水量还是超过水泥水化的要求量, 这样, 多余水分的蒸发将使混凝土的整体产生收缩, 这时如果混凝土梁滑动受到阻力 ( 主要是与底模的摩擦) , 便会引起拉应力。当此应力超过抗拉强度时, 裂缝随即出现, 而且此裂缝在很小的应力下扩展、 延伸, 最终贯通全断面。 这种裂缝对于梁来说,主要是解决底模的表面光度, 降低混凝土与底模之间的摩擦, 消除因混凝土干缩而出现的拉应力, 便会避免裂缝的发生。
　　④热变形裂缝: 混凝土遇热膨胀, 温度下降时则收缩。 由于水泥水化或环境温度变化, 使混凝土结构产生温差, 从而导致体积的变化, 当此变化引起的应变超过其本身的极限拉伸时, 混凝土也会开裂。 要防止混凝土温度裂缝的出现, 首先要降低混凝土内部的最高温度, 这就要注意浇筑混凝土所用原材料的温度。若砂石本身的温度很高, 就无疑增加了新拌混凝土的初始温度, 因此, 在炎热的夏季施工时, 必须采取措施保护砂石材料, 避免阳光直射而使其温度升高; 其次, 对浇筑成型的混凝土也要进行保护,防止混凝土梁局部的温度变化, 由于混凝土的比热小, 在太阳直射下, 被射部分温度升高很快。而它又是热的不良导体, 所以没有被射的部分温度又增加很慢, 这样, 受热部分的升温膨胀, 由于受到另一侧的限制而产生拉应力, 从而导致裂缝的发生。相反,温度降低时具有同样的道理。除上述几种裂缝, 还有由于其它原因产生的裂缝，如化学反应, 风化作用, 钢筋腐蚀等, 这些裂缝一般都会发生在结构使用阶段, 针对上述几种裂缝来说, 沉淀裂缝与塑性收缩裂缝在终凝前即可结束,它相对来说对混凝土的质量影响并不重要, 而干缩裂缝从浇筑结束至强度形成一直在发生, 热变形裂缝在强度形成后还会发生, 且后两种裂缝对混凝土的整体破坏较严重, 应特别注意。 在采取上述简单措施防止裂缝发生的同时, 还应从其它方面着手进行控制, 加强质量管理, 选择性能良好的原材料, 在满足了强度及和易性的前提下, 尽可能减少水泥和水的用量, 并及早开始养护等。

　　对已发生裂缝的修补, 要根据裂缝产生的部位,开裂程度及裂缝产生的原因, 选择修补方法, 对沉淀、 干缩裂缝待其稳定后马上进行修补, 对由于热变形或干缩形成的混凝土整体开裂, 则可用环氧灌浆,加设钢筋等来回复它的抗拉强度。
　　3.2.2 预应力管道有效空间的减小
　　①预应力管道的波浪线形: 在混凝土浇筑前对管道均进行了定位控制,但在施工结束后,管道往往不是设计的圆骨曲线,反而成了波浪形状。直接影响了预应力筋的顺利穿束及张拉效果, 这主要是由于管道阻碍了混凝土的下流, 在有定位环的位置基本保持原设计位置, 而在两定位环之间由管道直接承受其上部的混凝土,虽然在最终管道的上下部均充满混凝土,但在混凝土初始进入时, 首先将其压出挠度, 若不注意, 则此挠度始终存在。而且在混凝土振捣结束后,混凝土又有一个沉淀过程, 使得管道与其下部混凝土之间存在缝隙,在其上部混凝土的自重作用下,管道还要下移。为了防止这种现象的出现,首先要加密定位环,尽可能由定位环承受上部压力, 使两定位环之间管道的本身挠度减小,另外, 在施工过程中, 注意管道上的混凝土不能一次进入太多,要边进混凝土边震动,使其流入管道下方,待其下方振满密实后,再灌满上部。
　　②管道内的漏浆堵塞: 对波形铁皮管成孔的预应力管道, 经常会发生因漏浆等原因造成的管道不顺畅, 由于设计预应力管道本身的预留空间不大, 稍有漏浆会造成预应力筋无法穿过和以后的压浆困难。 因此在施工过程中应随时检查孔内情况。 可以加工成一外型尺寸小于管道尺寸的锥头, 在混凝土浇筑过程中反复穿孔将可能外漏的水泥浆散开, 也可用高压水从管道一端加入冲散孔内水泥浆。
　　③排气孔的堵塞: 在预应力张拉完后, 对有粘结预应力均要立即进行压浆, 若在压浆时发现排气孔不通, 待检查找出原因时, 压浆孔又被新注入的水泥浆堵塞。 因此在压浆前要用高压水或高压空气对所有管道进行检查, 在确定畅通后再进行压浆。但要特别注意水泥浆的稠度, 因为, 压浆咀一般很小, 且是弯管,相对阻力较大,一旦由于浆稠堵塞则处理很困难。
　　3.2.3 预应力的损失
　　预应力的损失对结构的正常使用很不利, 它会减小预应力梁的拱度而使桥面整体变形, 甚至使混凝土开裂, 最终造成结构的破坏。 而由于混凝土结构的复杂性, 预应力的损失不可避免, 如由于混凝土收缩、 徐变等引起的预应力损失; 在施加预应力时, 由于张拉锚具的变形, 预应力筋的内缩造成的锚具损失; 还有由于孔道质量造成的孔道摩擦损失等。 对于预应力的损失一般采用超张拉方法, 既预先张拉一部分供其损失用, 具体方法是: 从 0 应力开始张拉至1.05 倍的设计拉力, 持荷 2 分钟后, 再卸荷至设计拉力; 或者从 0 应力直接拉张至 1.03 倍的设计拉力。
　　5 结束语
　　预应力混凝土是社会经济发展中必不可少的结构材料, 预应力混凝土梁在公路领域内已有不可替代的地位, 因此掌握一套熟练的预应力混凝土施工技术, 意义很大。预应力混凝土的质量取决于很多因素, 无论是组成的哪一种材料, 还是施工的任何一个环节出了问题, 都会直接影响混凝土的质量, 因此在预应力混凝土施工时, 自始至终要仔细、认真、严格要求, 只要使用的各种材料符合要求, 施工工艺合理、正确,完成合格的混凝土产品并不困难。
　　参考文献
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