浅析路桥施工中预应力技术的应用

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　　 摘要：在路桥施工中运用预应力混凝土技术，能够提高路桥施工的质量，使其获得高抗裂能力、高抗渗性能，令路桥结构具有高刚度、高强度等特点。预应力技术在提高路桥施工的质量上的优势使得预应力技术在我国路桥施工中得到广泛的应用。本文就路桥施工中常见的预应力技术进行简要的论述。
　　
　　 关键词：预应力；混凝土；路桥
　　
　　 一、引言
　　 我国路桥施工技术从无到有，路桥施工市场也日益扩大，经济的快速发展不仅扩大了我国路桥施工市场的容量，更对路桥施工的质量提出了更高的要求。因此需要路桥施工企业积极利用现代路桥施工技术来提高路桥施工质量以及提高路桥设计承载力，提高路桥设计使用寿命，降低路桥维护成本，使得路桥工程满足经济、高效、高质的目标，降低我国经济建设的成本，促进我国经济的发展。在路桥施工中运用预应力技术，能够提高路桥施工的质量，使其获得高抗裂能力、高抗渗性能，令路桥结构具有高刚度、高强度等特点，在我国基础建设过程中发挥重要的作用，同时也推动了我国经济建设的发展。
　　
　　 二、预应力技术概述
　　 预应力技术一般是在路桥建设中施加预应力，对混凝土工程进行预应力处理，构建预应力构件，从而提前施加力的作用在混凝土构件上，使得产生的预应力状态能够减小或者抵消外荷载所引起的拉应力。混凝土的抗压强度一般较高，抗拉强度较低，利用较高的抗压强度来弥补抗拉强度的不足，从而能达到增强混凝土抗开裂的能力，推迟混凝土开裂的时间，延长路桥工程的寿命。而路桥工程设计和施工的过程中，采用高强度材料和高强度混凝土来构建预应力混凝土构件，能够推迟混凝土开裂时间，增加抗裂能力，同时经过预应力处理的混凝土抗渗能力有一定的提高，而采用高强度材料、混凝土则提高了路桥工程的刚度和强度，使其拥有优异的抗疲劳性能，并达到节约材料、混凝土、减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度的目的。因此，在路桥工程中应用预应力混凝土技术，可以减少路桥工程所需的混凝土和钢材，使其更经济、轻巧和美观，同时还能增加路桥工程的寿命，减轻路面维护工作的负担。
　　 根据实际应用的经验来看，对路桥工程进行预应力处理，能够获得以下几个方面的好处。
　　 （1）经过预应力处理，混凝土路面板可以做的比较长，板长度的增加，直接减少了板间接缝的数量，使行车时较平稳、舒适。
　　 （2）预应力处理过后的混凝土路面强度较高，因此路面板厚度可以适当降低，根据实际应用经验，一般只需传统混凝土路面板厚的40％-60％，就有足够的抗变形能力和承载能力，不仅可以用来降低普通路面的混凝土与钢材用量，也适合应用在特殊环境下，比如降低机场跑道的厚度。
　　 （3）经过预应力处理，提高了构件的本身刚性，能充分利用材料的高强度性能，减轻结构自重，既满足了设计的要求，也延长了路桥工程的寿命。
　　 （4）预应力处理过后的混凝土构件，不仅减少了混凝土的使用量，而且钢材的使用量也相应减少。
　　 路桥工程建设中使用预应力处理技术，能够减轻路面、结构维护的工作量，根据国内一些使用预应力技术混凝土路面的使用情况来看，三十年不用大修，平时的养护工作量也相对较小，出现的主要问题是长时间行车负载所造成的路面磨损，因此对比普通混凝土路面，不仅使用的寿命大大延长，而且养护、修复的成本也大大降低。虽然预应力技术有着诸多优点，但也不可避免地带来一些缺点，主要的问题如下：
　　 （1）预应力技术的运用，需要使用大量的预应力构件，复杂的施工工艺使得手工操作工作量加大，自动化、机械化的设备难有用武之地，这样一来，不仅降低了工程施工的速度，而且也使得工程质量控制的难度加大，对施工队伍的素质要求较高。
　　 （2）虽然预应力混凝土路面板可以做得较长，但随长度的增加，由路基约束所引起的张拉应力也随之增大，另外，板的位移量也会增大，这对横向接缝的设计要求很严，同时对路基摩擦约束要尽可能小。
　　
　　 三、预应力技术在路桥施工的应用
　　 （1）预应力技术在受弯构件中的应用
　　 钢筋混凝土上受弯构件要承受荷载作用下较大的作用力，因此需要采用强度较高的材料对其进行加固。在实际施工中，一般采取施工简单、强度较高的碳纤维，将碳纤维片材粘贴在预制的钢筋混凝土受弯构件上，使其得到加固，提高抗拒荷载作用变形的能力。将碳纤维贴片技术应用到实际设计和施工过程中还要考虑到受弯构件的初始内力，因为加固前混凝土已经具有一定的初始的压应变和拉应变，较大的初始内力的存在会使得受压区压应变达到极限压应变的过程比较短，此时碳纤维片材受到的应力较小，未发挥强度上的优势。因此要根据初始应变的大小来决定粘贴碳纤维片材时对其施加的预应力的大小，从而使得混凝土受压区压应变达到极限应变时提高碳纤维片材的应力，发挥碳纤维片材强度高的特点。
　　 （2）预应力技术在桥梁加固施工中的应用
　　 道路桥梁的加固重点在于改善结构性能和增加构件的强度和刚度，利用预应力技术能够加强薄弱构件的承载能力，利用材料的高强度特性来从整体改善结构性能，从而恢复道路桥梁的承载能力，提高道路桥梁的服役年限。改造的典型办法有，在薄弱构件处使用辅助材料加强强度和刚度、减少作用在薄弱构件的荷载等。而通常加固方法可以用碳纤维布粘贴在构件或者混凝土面上、对薄弱构件进行预应力处理、利用钢板加固等。
　　 （3）预应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁的应用
　　 多跨连续梁有两种，正弯矩区和负弯矩区。一般支座处为负弯矩，跨中为正弯矩。需要加固处理的情况一般是在抗弯承载力与抗剪承载力不足的情况下，进行对梁的加固处理。加固方法有粘贴碳纤维、梁下加大截面等办法，当正弯矩区抗弯承载力不足，碳纤维粘贴法加固简便而且有效。而使用在梁下加大截面的办法来提高梁的承载力，不仅会改变原有的设计和功能，而且结构的自重也增加了。
　　 （4）预应力技术在钢筋混凝土路面上的应用
　　 预应力路面有两种，分为“单独型”路面与“连续型”路面。“单独型”路面的膨胀缝间隔较长，路面之间被膨胀缝隔开，并对路面施工所使用的钢筋进行预应力处理。在预应力处理的过程中，又有两种在钢筋上进行预应力处理的方法，按照施力顺序的不同，可分为先张拉钢筋后浇筑混凝土和先浇筑混凝土后预拉钢筋的办法，一般多采用第二种办法。 连续型的路面因为具有无膨胀缝而得名，经过预应力处理之后的无筋路面的长度较长，按照施加预应力的方法可分为千斤顶加力和自加应力。自应力路面利用膨胀水泥的膨胀作用，混凝土硬化的时候体积增大，受到两端的约束，混凝土就产生了内压应力。千斤顶加力是一般用千斤顶在两个锚固点之间加力固定。
　　 四、预应力技术存在的一些问题及解决办法
　　
　　 （1）目前路桥工程预应力施工技术中存在的问题
　　 1、预应力结构砼张拉时机选择的问题
　　 预应力混凝土强度的增长和弹性模量增长的速度一般都是不一致的，特别是近几年，为了提高混凝土早期强度而使用的早强剂，虽然能加速水泥水化速度、促进混凝上早期强度的发展，但是也进一步加剧了强度增长与弹性模量增长速度的差异。通常在浇注砼3d后就开始张拉预应力，不同步的强度增长和弹性模量增长导致张拉预应力的过程中砼的变形过大，使预应力损失， 降低混凝土结构的承载能力。
　　 2、预应力超长束采用何种张拉工艺的问题
　　 在大跨度(3―5跨，每跨30～50m)浇筑施工的过程中，连续箱梁底板预应力束处理多采用一端张拉的工艺。由于大跨度的预应力处理过程中需要面对很长的孔道，中间跨越了若干道箱梁的横隔板，只有经过试验才知道孔道摩阻。因此在大跨度（大于或等于30m）的桥梁在进行预应力施工过程中，要采用两端张拉的工艺，才能保障足够的跨中承载力，避免正截面裂缝的产生。根据交通部专门调查资料，已通车的公路桥梁中，几乎都出现过由于张拉工艺不适合而产生大量裂缝的现象。

　　 3、对张拉力的控制问题
　　 张拉操作的伸长量规范要控制在±6％的范围之内，才能保证预应力施工作业的质量和效果。在实际施工过程中，施工队伍操作不够规范，预应力施工时对张拉力的控制不严，常采用1.5级油压计量张拉力，引起较大的误差，施工队伍的素质也是影响预应力施工作业质量的重要因素。一般张拉作业采用张拉力和预应力筋伸长量同时控制，有些张拉人员未经过培训就进入张拉作业施工中，不具备读表的能力，而计算预应力筋的伸长值也不准确，仪器选用的不当再加上人员的素质跟不上，使得张拉力极其容易失控，破坏了预应力作业的施工效果。
　　 4、预应力钢筋孔道堵塞问题
　　 先浇筑水泥混凝土，达到一定的设计强度后再张拉预应力钢材以形成预应力混凝土构件，利用这种方法，常会出现钢筋孔道堵塞问题，预留的预应力孔道堵塞，致使无法使预应力筋顺利穿过孔道，因此就会严重影响张拉的效果。出现这种问题，一般是因为水泥砼尚未凝固就抽芯，孔道强度过小而坍塌，或者水泥砼早已凝固，拔出的橡胶管断裂。
　　
　　 （二）解决路桥工程中预应力技术相关问题的要点
　　 对水泥砼进行预应力处理的时候，要找出预应力筋曲线坐标，定位孔道堵塞的位置。确定孔道堵塞的位置之后，要避开梁的主筋位置开孔，清除管内残留的水泥浆块。当预应力筋能顺利穿过孔道的时候，就可以开始张拉水泥砼，张拉完毕后使用膨胀水泥封闭打开的孔。要预防预应力钢筋孔道堵塞问题，可在施工前对施工的材料进行详细的检查，重点是检查波纹管有无质量问题，同时在施工过程中遵守操作规范，规范安装波纹管。为了控制好张拉力，可以对施工人员进行培训，使其具备一定的专业操作技能。为了避免预应力超长束处理出现问题，可以采用两端张拉的工艺，解决这个问题。而预应力结构砼张拉时间的选择应该根据混凝土强度增长和弹性模量增长的实际情况来决定。
　　
　　 五、结束语
　　 因为路桥施工预应力施工工艺具有一定的复杂性，因此需要在预应力施工之前做好相关施工人员的技能培训工作。在编制施工方案的过程中，不仅要注重科学合理，也要大胆引进新技术、新材料。预应力技术从理论到工程实践已经经过几代人的研究和不断创新，实践证明，只要制定了科学合理的施工方案，并严格要求按照操作程序施工的情况下，预应力技术是一项较为成熟和可靠的技术。在实际应用中出现的问题，大多是因为张拉工艺不适合、孔道和锚具质量不合规范等，才会造成预应力施工中的不足。因此企业应该主动制定科学的规划，提高自身的技术水平，引入预应力技术，提高路桥施工技术水平，以在市场竞争中立于不败之地。

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