道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力體外索施工技術(shù)研究

何 詠，何 毅

（江西省現(xiàn)代路橋工程總公司，江西 上饒 334000）

0 引言

隨著交通事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，道路橋梁施工數(shù)量和規(guī)模必然迎來一個高峰期。道路橋梁工程中預(yù)應(yīng)力體外索施工技術(shù)已成為保障公路橋梁施工安全的重要技術(shù)手段之一，并在我國國內(nèi)的多項(xiàng)路橋工程中得到成功應(yīng)用。本文將重點(diǎn)對這一技術(shù)在實(shí)際施工現(xiàn)場中的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的分析和探討。

1 工程概況

本文研究的道路橋梁施工工程在第一施工段北引橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境采用了多夸鋼結(jié)構(gòu)－砼組合連續(xù)箱梁來保證整體施工強(qiáng)度（連續(xù)箱梁跨徑組合55m＋85m＋85m＋78m＋21.785m）。在外索預(yù)應(yīng)力施工方面，本工程采用了當(dāng)前較為常見的環(huán)氧絞線體作為主要的技術(shù)手段，而在具體施工過程中，根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，采用了包括保護(hù)罩、夾片以及密封桶在內(nèi)的多種保護(hù)套件。采用27Φs15.20無粘結(jié)高強(qiáng)度低松弛環(huán)氧噴涂鋼絞線作為主要預(yù)應(yīng)力承載對象，相關(guān)參數(shù)符合國家一般技術(shù)要求。低松弛環(huán)氧噴涂鋼絞線Φs15.20，單根鋼絞線直徑為15.20mm，面積Ay＝140mm2，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk＝1860MPa，彈性模量Ep＝1.95×105MPa，張拉控制應(yīng)力為1 200MPa。體外索共12束，共計(jì)58.883 2t。工程施工環(huán)境相對復(fù)雜，具有公路橋梁類施工的一般性特征，地質(zhì)地貌情況多變，常見特殊地貌。

2 道路橋梁工程中的預(yù)應(yīng)力體外索施工技術(shù)

2.1 道路橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)

道路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力體外索技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用，它是道路橋梁高效施工、科學(xué)施工的關(guān)鍵。體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋一般在橋梁結(jié)梁體結(jié)構(gòu)的截面外部，能夠借助工具或轉(zhuǎn)向塊對相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力。在以往的預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)過程中，基本上都是通過對混凝土內(nèi)截面部分進(jìn)行鋪設(shè)，采用焊接和鉚合的方式加固，為后張并沒有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系。相對于傳統(tǒng)意義的施工技術(shù)來說，本文所研究的預(yù)應(yīng)力體外所施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出一些非常明顯的優(yōu)勢。

第一，改變了傳統(tǒng)施工過程中必須通過對混凝土內(nèi)部預(yù)先鋪設(shè)管道進(jìn)行預(yù)應(yīng)力防范的做法，極大地降低了腹板的厚度水平，從而在真正意義上降低了橋梁的整體重量，提高了橋梁的安全系數(shù)；

第二，能夠?yàn)槭┕と藛T更為直觀的了解預(yù)應(yīng)力防范效果提供支持，從而有效降低了二次施工對工程本身預(yù)應(yīng)力水平的破壞；

第三，該技術(shù)能夠通過和其他技術(shù)相結(jié)合而極大地縮短工期，創(chuàng)造更為巨大的社會、經(jīng)濟(jì)價值。

2.2 道路橋梁工程中的預(yù)應(yīng)力體外索施工技術(shù)

在道路橋梁施工中，施加預(yù)應(yīng)力所需的機(jī)械設(shè)備和儀表都要由專業(yè)人員進(jìn)行使用和管理，并要定期維護(hù)、檢查。對于千斤頂、壓力表需要進(jìn)行科學(xué)的配套標(biāo)定，準(zhǔn)確確定壓力表以及張拉力之間的關(guān)系曲線。標(biāo)定和校準(zhǔn)需在經(jīng)權(quán)威計(jì)量部門授權(quán)的法定機(jī)構(gòu)定期、有效地進(jìn)行。張拉的機(jī)械設(shè)備需與錨具配套使用。施工人員根據(jù)體外索類型選用不同型號的千斤頂和油泵設(shè)備。當(dāng)施工材料和器械都進(jìn)入施工現(xiàn)場后，經(jīng)過運(yùn)行確保其能夠正常使用后，才能調(diào)到工作臺面用于施工。長期沒有得到使用的張拉機(jī)具和設(shè)備，需要在使用前進(jìn)行全面校驗(yàn)和檢查。鋼絞線和錨具進(jìn)入施工現(xiàn)場時，相關(guān)人員需要分批驗(yàn)收。驗(yàn)收時，施工人員需要對這些材料和設(shè)備的質(zhì)檢證明書、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品標(biāo)志和產(chǎn)品規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查。通常情況下，如果常規(guī)檢驗(yàn)合格，即可應(yīng)用于施工。在具體施工過程中，在錨具和夾具進(jìn)入現(xiàn)場之時，必須按照相關(guān)要求，經(jīng)由生產(chǎn)部門為其提供相應(yīng)的機(jī)械型號等數(shù)據(jù)，從而為設(shè)備的安全性提供一個有效的保障。同時，除了上述內(nèi)容之外，還應(yīng)該嚴(yán)格的進(jìn)行檢查，保證檢查的有效性。在外觀檢測過程中，一般采取15%的抽取率來進(jìn)行檢測，對具體材料的外觀進(jìn)行人工檢測，保證其性能指標(biāo)符合要求，尺寸符合施工標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能夠基本保證錨件的整體強(qiáng)度，從而保證工程整體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)。在檢測過程中一旦發(fā)現(xiàn)錨具外表存在一定的裂紋或者某些數(shù)據(jù)表文和施工設(shè)計(jì)參數(shù)之間存在不符合偏差范圍的差距時，則要求施工人員以及技術(shù)人員需要對錨具進(jìn)行雙倍比例的二次檢測。如果通過這一步驟之后仍然留存部分不符合要求的錨具，那么這批錨具不可進(jìn)入施工場地。鋼絞線在廠內(nèi)下好料后，直接運(yùn)輸?shù)焦さ兀诖诉^程中不存在其他的流程，從而保證所提供的鋼絞線在外觀上能夠達(dá)到相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)。在下料方面，通常情況下需要經(jīng)過技術(shù)人員按照施工標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行多次檢查，認(rèn)真核對其中的具體性能指標(biāo)。

下料長度計(jì)算公式為：

式中：M0——兩端墊板底面中心弧線的長度；

A1——錨固端錨具的長度；

M1——錨固端張拉時其工作的長度；

M3——有圓管限制時垂度的影響長度；

M4——施工誤差影響長度。

用防潮布鋪墊好放料場地上需直線固定機(jī)械的下料線和卷揚(yáng)機(jī)，沿線測量好所需要下料的長度，校對后用彩色的油漆進(jìn)行標(biāo)記。與此同時，對其采用放線機(jī)架來進(jìn)行牽引，并利用砂輪機(jī)來加以切割，使之符合實(shí)際使用需求。在下料過程中如果出現(xiàn)保護(hù)套破損情況，則要求相關(guān)操作人員必須按照相應(yīng)的施工要求，通過焊槍對其加以修補(bǔ)，如果破損嚴(yán)重，則應(yīng)馬上改用其他鋼絞線。在實(shí)際的施工過程中，為了最大限度地保證所應(yīng)用的鋼絞線長度符合要求，應(yīng)該在確保相關(guān)操作完全符合規(guī)范之外，還應(yīng)該為其軌跡一直保持直線提供必要的技術(shù)支持。當(dāng)鋼絞線下料施工完成后，施工人員需要將鋼絞線的兩端護(hù)套按照設(shè)計(jì)長度進(jìn)行剝除。操作過程中，剝皮方面要求施工人員使用專用鋸片，保證對線體本身傷害符合要求。在清洗過程中，需要從其實(shí)際情況出發(fā)，將端頭打散，然后配合專用的清洗劑來去除其中的防腐防銹油。同樣值得我們注意的還有，在單根張拉設(shè)備的應(yīng)用和操作方面，必須嚴(yán)格做好錨具的準(zhǔn)備工作，這就要求相關(guān)操作人員對這一過程中的重要工具——千斤頂和油泵進(jìn)行試機(jī)，從而保證這些設(shè)備在后續(xù)的使用過程中能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用。與此同時，體外錨具的準(zhǔn)備同樣有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅僅能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工提供便利，更是保證工程施工安全目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)的重要前提。實(shí)際上，體外索穿束時將符合施工要求的鋼絞線料盤放置在放線架上，然后按照一般性的處理方法，首先找到其中的線頭，然后進(jìn)行牽引操作，從而保證錨墊板和體外索之間能夠達(dá)成良好的銜接。在此之后，可以按照轉(zhuǎn)向器、預(yù)埋的鋼管、密封的板層順序，最終通過多個轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用來和另一端的錨固區(qū)達(dá)成連接。

穿索時須注意鋼絞線不能打絞，同時要注意保護(hù)鋼絞線的PE層使之免受損傷。穿束時應(yīng)注意在鋼絞線下設(shè)置塑料滾輪、麻袋等保護(hù)措施，保證體外索保護(hù)層不受損壞。在具體的施工過程中，對于體外索的處理主要采用大家較為熟悉的應(yīng)力控制方法進(jìn)行張拉處理的，通過這種方法能夠更為有效地對其伸長值進(jìn)行檢驗(yàn)和校對，從而保證后續(xù)工程施工中能夠有足夠的預(yù)應(yīng)力支持。通過這一方法也能夠更有效地對實(shí)際拉伸長度和理論長度進(jìn)行對比，從而保證其差值符合設(shè)計(jì)要求。如果對這一數(shù)值在設(shè)計(jì)中并沒有做出明確的要求，那么一般將差額控制在±5%之內(nèi)，這樣才能夠保證最終的施工結(jié)果符合設(shè)計(jì)需求，保證工程的整體強(qiáng)度。

體外索理論伸長值ΔN按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：PP——體外索平均張拉力；

N——體外索長度；

AP——體外索截面的面積；

EP——體外索彈性的模量；

x——錨固點(diǎn)到計(jì)算截面的距離；

k——每米孔道局部偏差對摩擦影響系數(shù)；

μ——預(yù)應(yīng)力索與孔道壁之間的摩擦系數(shù)；

θ——從張拉端至計(jì)算截面（中跨跨中截面）曲線孔部分切線

式（2）中，最初伸長值的測量應(yīng)該從初應(yīng)力時開始進(jìn)行。當(dāng)然，具體應(yīng)用過程中，除了上文所提及的伸長值之外，還必須對初應(yīng)力情況下的伸長值進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和推導(dǎo)。實(shí)際上，在公路橋梁預(yù)應(yīng)力體系外的施工過程中，由于施工環(huán)境和設(shè)計(jì)要求的不同，所選擇的轉(zhuǎn)向塊也有一定的差異，而作為道路橋梁體外的預(yù)應(yīng)力索在跨內(nèi)的核心構(gòu)建，對于工程整體強(qiáng)度和設(shè)計(jì)效果的順利實(shí)現(xiàn)都有著非常重要的意義。道路橋梁的轉(zhuǎn)向裝置需要安裝在橋梁箱梁的內(nèi)部。北引橋的體外索利用單根的張拉技術(shù)，體外索張拉時應(yīng)力需要能夠雙控，并以張拉力為主，主要采用對稱的交叉形式進(jìn)行張拉。1＃和2＃體外索、3＃和4＃體外索、5＃和6＃體外索采用單端張拉的形式進(jìn)行。在PN4墩頂安裝千斤頂，先對稱張拉2＃束，2＃束張拉完成后對稱張拉1＃束。每束內(nèi)，張拉順序?yàn)閺纳贤拢瑥淖笸覇胃鶑埨苑乐逛摻g線纏繞。在實(shí)際應(yīng)用過程中，作為一種簡化的曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋技術(shù)，由于體外索和梁體之間并沒有形成大規(guī)模的接觸，因此預(yù)應(yīng)力的傳導(dǎo)更為簡單和容易計(jì)算，同時也能夠得到更小的摩阻損失，因此能夠有效提升橋梁整體強(qiáng)度，并且對于道路的整體通行能力所造成的負(fù)面影響相對較小，具有施工效率高、工期短的特點(diǎn)，因此在我國當(dāng)前的公路橋梁施工過程中得以推廣，這促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展和更新。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，道路橋梁工程施工技術(shù)和施工所用材料、機(jī)械工具都在不斷更新和進(jìn)步。本文所研究的預(yù)應(yīng)力技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，能夠極大地提升公路橋梁施工效率，提高整體施工質(zhì)量。

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