預應力施工技術在道路橋梁工程中的應用

喬 鵬 飛

(山西路橋第一工程有限責任公司，山西 太原 030006)

0 引言

目前，大多數道路橋梁施工都采用了預應力施工技術，且應用效果非常好。但要注意預應力施工技術的應用需結合工程情況，靈活選擇應用方式。只有這樣才能充分發揮出預應力施工技術的優勢，保證道路橋梁工程的施工質量。

1 預應力施工技術介紹

之所以要應用預應力是因為普通鋼筋混凝土的抗拉極限應變在0.000 1～0.001 5之間，極其容易發生開裂問題。且鋼筋混凝土不開裂的關鍵是其受拉鋼筋的應力只能達到30 kPa。對鋼筋使用預應力，鋼筋就會被壓縮產生形變，受拉應力就會達到標準。

在實際應用中，預應力施工技術與混凝土結構是結合在一起使用的，稱之為預應力混凝土結構。這種結構在受到外力荷載作用前，若人為對其施加壓力就會產生預應力。這一預應力正能抵消或減小外荷載所引起的拉應力。簡單的說，就是利用混凝土的抗壓強度彌補其自身的抗拉強度，盡可能地延緩受拉區混凝土的開裂速度。其主要優點就是能提高混凝土構件的耐久性；可減輕混凝土鋼筋結構的截面尺寸和自重；可有效提升混凝土結構的跨越能力。 按照預加應力的方式，預應力混凝土可分為先張法預應力混凝土、后張法預應力混凝土。這兩種方式的應用范圍、優點并不相同。首先，先張法預應力混凝土是指在鋼模或后座上，進行先張拉預應力鋼筋的固定及混凝土澆筑，然后根據需要放張、切斷構件外預應力筋。其次，后張法預應力混凝土是指先進行構件的澆筑，然后再進行張拉，最后用錨具固定預應力筋。

2 預應力施工技術在道路橋梁施工技術中的應用

2.1 在受彎構件中的應用

在道路橋梁工程施工中，普通混凝土的受拉性、受彎性比較差，加之混凝土自身的重力較大。若是將其應用在受彎構件中，很有可能會產生混凝土開裂問題。尤其是在大跨度的橋梁中，更無法保證混凝土的穩定。也正因為如此，預應力被引進到受彎構件的應用中。

首先，預應力混凝土受彎構件的設計可依照如下流程：掌握設計資料、截面設計、確認預應力鋼筋和普通鋼筋的使用量、布置鋼筋、截面復核、控制截面的正截面強度復核、斜截面強度復核、截面驗算、應力計算、使用階段的預應力鋼筋應力和疲勞預算、裂縫寬度預算、變形預算、設計計算匯總。其次，需進行預應力混凝土受彎構件的計算，以保證受彎構件的應力能滿足施工要求。其主要計算的內容包括混凝土的法向壓應力及主壓應力、鋼筋的拉應力。另外，還應注意若是預應力混凝土簡支結構，只需計算預應力引發的主效應。若是超靜定結構，除去要計算其主效應外，還應計算預應力引起的次效應。最后，為了進一步提高發揮出預應力的作用，提升受彎構件的受拉力，可以在受彎構件的加工中添加碳纖維材料。這是一種具有高強度的材料。這樣在對混凝土受彎構件施加預應力時，就能很好地保護受彎構件的安全。

2.2 在橋梁加固中的應用

進行橋梁加固的主要目的是優化橋梁結構，提升橋梁的承載力，從而延長橋梁的使用壽命。在這一過程中，使用預應力可以有效減小結構加固初始狀態下的混凝土應變值及構件的受拉應力變形、受壓應力變形，并盡可能地提高鋼筋的穩固性。

用于橋梁結構加固的預應力體系主要包括：體外預應力、無粘結預應力、預應力碳纖維板加固、有粘結預應力加固。首先，就體外預應力加固來說，主要就是在橋體外增設預應力索，如以鋼絞線、鋼筋等為施力工具對梁體施力。這樣預應力作用下的反彎作用力會與梁體的部分荷載力相抵。這一方法非常適合大跨徑預應力混凝土接連箱梁的加固。其次，無粘結預應力是指以通過預應力張拉，加大對混凝土的擠壓，從而提高混凝土的抗裂能力。之所以稱為無粘結則是因為預應力筋具有防腐層、外保護套，不會與混凝土直接接觸，從而處于無粘結狀態。其主要優點包括使用性能好、可減輕結構自重、施工方便、抗腐蝕性強、抗震性好。再者，預應力碳纖維板加固是指對碳纖維施加預應力，使其張拉，進而減少構件的變形、裂縫，達到提高構件承載力的目的。此方法比較適用于界面較小或配筋不足的鋼筋混凝土受彎、受拉、受壓等構件的加固。

2.3 在多跨連續梁中的應用

多跨連續梁的施工會涉及到負彎矩、正彎矩區域。此時，采用預應力技術可以解決抗剪力性能不滿足施工要求的問題，有效提高橋梁結構的穩定性，并提升橋梁的承載能力。

利用預應力可以建設預應力混凝土多跨連續梁。這種橋梁的優點包括跨越能力較強、結構剛度大、變形較小、動力性能好、非常利于高速行車。另外，雖然預應力混凝土多跨連續梁都是采用現澆筑混凝土的方法。但是不同工程實際情況下的多跨連續梁的布梁方式并不相同。若是跨度過大、自重較大、無法預知，但可支模的連續梁可采用曲線筋的等截面直梁的布梁方式。若是荷載較大、跨度較大的連續梁，可將預應力筋稍微彎曲，減少摩擦損失。若是用聯結器形成的連續梁，可在完成第一跨的現澆筑時將其拉到規定預應力值，隨后才能澆筑第二跨，接下來用聯結器將這兩跨的預應力筋聯結起來，確認第二跨的混凝土強度達標后再進行張拉。這樣就可以按照這種方式進行后續跨梁的形成。

2.4 在橋梁路面中的應用

就目前而言，我國大多數道路橋梁仍是以混凝土為主。但是混凝土經過長時間運行后會出現開裂現象，影響到橋梁的安全。從上文中能夠得知，利用預應力可以減緩混凝土的開裂。同樣，在路面橋梁中也可以適當地引入預應力技術，應用預應力鋼筋，約束路面結構，并借助鋼筋、混凝土骨料間的粘結力，減緩路面混凝土的開裂速度。但仍需要對路面進行維護，以避免混凝土出現熱脹冷縮現象，造成開裂問題。

一般路橋的預應力混凝土路面施工流程包括：1)施工準備。做好施工資料文件的收集與材料驗收；2)安裝模板。需先對模板進行清理，并上脫模劑，然后根據施工科學放置、綁扎、封堵等操作；3)現澆筑混凝土。注意混凝土原材料要科學保管，避免暴曬。混凝土攪拌要按照相關規程。隨后，在澆筑時可利用水平儀測定高程，并利用全站儀進行墩身預埋鋼筋的復測。在實際操作中，可采用臺階法進行混凝土澆筑；4)路面養護。完成混凝土澆筑后，一定要做好養護工作，避免高溫曝曬、人為破壞；5)張拉預應力筋。在這一環節施工中，應及早對混凝土施加初預應力。另外，在第一次張拉前，需要先進行混凝土試件抗壓強度的試驗；6)封錨及伸縮縫施工。完成預應力筋張拉后，需切除較長的預應力筋。此時，可選擇機械輔助施工，然后進行錨具封閉。對于伸縮縫的施工可根據工程實際，選擇合適的澆筑材料。

綜上所述，預應力施工技術是我國道路橋梁施工的重要組成部分，具有非常良好的應用效果。顯然，在我國道路橋梁建設規模迅速擴大的背景下，加大預應力施工技術的研究是非常有必要的。