橋梁施工預應力技術研究

劉 勇 （安徽省引江濟淮工程有限責任公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

預應力結構即在結構中先施加應力，按照結構設計技術來看，預應力的材料規劃、錨固、內部應力控制等都需要規劃在一個合理的程度之內，然后讓混凝土構件能夠在荷載作用下不發生開裂。我國從解放初期就已經開始對預應力混凝土橋梁施工進行研究，包括斜拉橋、懸索條、T形梁等都是預應力結構的表現形式。引江濟淮工程自南往北由引江濟巢、江淮溝通、江水北送段組成，其中引江濟巢末端有小合分線河道輸水。跨引江濟巢、江淮溝通段預應力混凝土橋梁結構形式主要為預應力混凝土連續箱梁（剛構），跨河主橋跨徑布置為（72+120+72）m 或（75+130+75）m，引橋多為30m箱梁；跨小合分線、江水北送段輸水河渠橋梁主要為20m預應力T梁。同類型橋梁數量較多，為保證橋梁順利施工，有必要對預應力技術進行探討分析。

1 預應力設計理論

1.1 預應力變化

對于張拉控制應力的變化趨勢分析，在構件的抗裂性能相同的情況下可以減少鋼使用量，且混凝土中預壓應力增大的情況也能得到相應控制。但需要考慮到鋼絲束可能出現的斷絲情況。由于鋼絲受到的應力不完全相同，按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》的相關要求，對于張拉控制應力進行了明確要求，并設置了相關的安全系數，根據鋼束質量、混凝土出現脆裂的可能性等相關參數來進行控制。

但是在實際的施工過程中，受限于施工材料性能、環境因素與技術條件的差異，預應力變化損失情況不可避免。雖然這一數據的變化對于結構承載能力的影響程度較小，但對于不同荷載下的性能影響卻非常明顯。無論是反拱、變形還是開裂荷載，都會存在相應的損失。一般情況下可以針對橋梁施工的具體要求來進行試驗計算，如果沒有試驗數據的支持，則按照前文所提到的規范要求來計算構件截面應力、鋼束控制應力與錨具變形、接縫等相關參數。

1.2 混凝土預應力變形

預應力混凝土構件的變形情況一部分是因為預加力的作用產生的變形，另一部分則是因為荷載作用而出現撓度變化。在荷載作用下，構件變形也可以按照結構力學的相關知識來進行計算，而構件的抗彎剛度也會隨著荷載的變化而變化。隨著荷載的增加，撓度在增加速度上有著更明顯的趨勢，所以在計算的過程中，可以進行直接雙線性法來簡化曲線，并最終計算出在荷載作用下的變形情況。

在預拱度的設置方面，如果預應力引起的變形能夠具備一定的余量，就需要考慮到向下的預拱度。如果跨徑較大時，則會因為恒載的作用引起程度更大的變形。所以，預拱度可以被考慮成為用于抵消塑性變形的合理方式，并使用結構力學的知識進行計算，預應力鋼束的長期增長系數值可以選擇2.0的標準。

2 預應力技術的相關研究

2.1 材料與設備規劃

從材料與設備類型來看，包括鋼絞線、錨具、夾具、連接器等。

按照《預應力混凝土用鋼絞線》及《預應力混凝土用錨具、夾具和連接器》的相關要求，除了在進場驗收時對其規格進行檢查之外，都應該確定質量與參數要求。例如當鋼絞線的應力松弛性能或最大力總伸長率不符合技術要求時，則需要從未進行試驗的材料中繼續選擇不合格的材料進行重復檢驗[1]。在錨具、夾具與連接器的檢驗工作中，應該圍繞外觀、硬度與錨固能力三個方面展開。尤其是在錨固能力的檢驗方面，當靜載錨固性能試驗的結果不能滿足技術要求時，則需要重新進行檢驗。如圖1所示的錨具。

圖1 錨具示意圖

2.2 預應力鋼束的安裝過程

安裝環節的首要工作是進行預拉力鋼束的下料工作。在構件長度與錨具長度確定之后，按照技術標準的要求，如果預應力鋼束的長度小于25m，可直接在一端張拉，反之，則可以在兩端張拉。兩者的公式表達如下：

其中，為構件孔道長度，l1為工作錨厚度，l2為千斤頂長度，l3為工具錨厚度。下料過程中建議使用砂輪切割機來進行切割，不得使用電弧切割。如果在切割前存在機械損傷情況，那么需要按照預應力束的長度進行分批切割，然后利用標簽來區分具體的長度與部位。

另外，在預應力鋼束進入波紋管之前，需要按照錨板的排列類型進行編束，考慮到施工時的技術簡便要求，可以選擇金屬波紋管按照預應力鋼束的長度要求來截取相應的長度，接口處需要裹緊，減少水漿滲透的可能性[2]。另外，在預應力束穿管完畢后還應該保障安裝的合理性。例如P型固定端的制作，如圖2所示。

圖2 P型固定端制作模式

按照工程要求，對于混凝土的澆筑步驟應該以底板、腹板、頂板的順序來展開，按照施工圖紙與技術要求來對非預應力鋼束進行綁扎，并結合應力鋼束曲線來采取固定安裝模式。安裝環節需要避免反復彎曲而產生的管壁變形，且需要將鋼筋骨架與定位鋼筋焊接在一起。另外，安裝就位環節中還需要保障其重疊，沿著長度方向設置好定位鋼筋。另外，如構造鋼筋和管道互相干擾時，則應該對鋼筋進行調整，并保障管道位置的準確程度。

安裝結束后的保護工作應該考慮將開口進行密封，從而防止濕氣進入。另外，需要進行全面檢查，重點巡查可能出現損壞的管道，并且在混凝土澆筑前，將管道上本身存在的損壞區域進行重點修復。

2.3 預應力混凝土澆筑

澆筑應該保持上文所提到的底板、腹板、頂板的順序。在材料選擇上水泥的水化熱比應該保持較低的水平，例如礦渣硅酸鹽水泥。骨料方面則按照混凝土配合比的要求，選擇碎石、粗骨料，并維持混凝土的可泵性。外加劑的選擇方面需要考慮水泥水化作用下的水含量，所以在保障和易性不變化的前提下加入合理含量的減水劑，并控制單位用水量，可以在一定程度上減少水泥用量。

實際澆筑過程中與混凝土接觸的一面需要涂刷脫模機，按照結構的形狀與鋼筋布置方案，按要求分層進行，下層混凝土初凝前需要將上層混凝土澆筑完畢。澆筑結束后可以使用薄膜法進行掩護工作，并按照規定留置試塊作為試驗備用[3]。

2.4 鋼束張拉

對于長度小于25m的預應力鋼束采用一段張拉，需要考慮到孔道摩擦阻力與管道的曲率半徑與長度有著密切聯系，同時應考慮到鋼束回縮可能產生的應力損失。因此在實際的技術控制中，考慮到錨具變形與接縫處的預應力損失情況，損失會沿著構件長度進行減少，最大值在張拉端區域。如果趕緊回縮值太大，那么預應力損失值同樣較大，此時可以通過張拉后的錨固工作來抵消損失，或是選擇會縮量相對更小的錨具進行控制。對于長度大于25m的鋼束，張拉時應采用2臺以上的千斤頂實施對稱張拉，當張拉至控制應力時，還需要保證千斤頂有足夠的持荷時間。

3 結語

在橋梁的施工過程中，預應力技術的應用需要進行合理規劃與組織施工。文章結合預應力技術的理論基礎，介紹了具體的施工技術方案，保障工程滿足質量要求，具有一定的應用合理性，為引江濟淮工程跨河預應力混凝土橋梁順利實施提供技術支持。在未來的橋梁施工中，預應力技術的應用范圍也會增加，并隨著應用領域的拓寬來促進規模化，朝著高強度、輕質量的方向發展。