公路橋梁施工過程中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用研究

王玉春

(廣東鴻高建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 東莞 523123)

0 引 言

隨著交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，對于道路以及橋梁的安全性提出了更高的要求，使得施工技術(shù)應(yīng)不斷地進(jìn)行提高和改進(jìn)。作為現(xiàn)代橋梁工程項(xiàng)目的重要技術(shù)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的廣泛使用使得橋梁項(xiàng)目工程的施工質(zhì)量有著明顯的提升。橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工及后期運(yùn)營過程中會受到自身和外界環(huán)境的力的影響，可能會導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p害。預(yù)應(yīng)力技術(shù)通過在施工過程中施加一定抵消自身和外界壓力的外力，達(dá)到提高橋梁工程的穩(wěn)定性和使用期限的目的。預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的使用可以大幅度降低裂縫出現(xiàn)的概率，道路的破壞情形明顯減少，橋梁的耐久性大大增加。

1 公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)存在的問題

后張法是現(xiàn)在橋梁項(xiàng)目施工時(shí)較多采用的預(yù)應(yīng)力筋的張拉方法。影響后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)的因素眾多，導(dǎo)致在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算時(shí)會出現(xiàn)一定的誤差，從而使得理論計(jì)算值與施工過程中實(shí)際張拉伸長量存在差異。在橋梁工程項(xiàng)目運(yùn)營階段出現(xiàn)病害的重要原因就是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力損失計(jì)算不準(zhǔn)確。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力損失中占據(jù)較大的比例的就是張拉過程中預(yù)應(yīng)力損失。由于受力復(fù)雜、管道存在偏差等導(dǎo)致理論計(jì)算值與實(shí)際值存在較大偏差的原因如下：

(1)摩阻系數(shù)取值不精確。摩阻系數(shù)μ和管道偏差系數(shù)k很大程度上決定著預(yù)應(yīng)力摩阻損失的計(jì)算結(jié)果。施工中所選擇的管道和預(yù)應(yīng)力筋決定著摩阻系數(shù)μ的取值。但通過日本等國外規(guī)范與我國規(guī)范參數(shù)對比，摩阻系數(shù)μ和管道偏差系數(shù)k的取值存在差異，因此難以準(zhǔn)確確定摩阻系數(shù)的取值。

(2)與橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的理論受力相比，實(shí)際受力過程中，混凝土結(jié)構(gòu)包裹的普通鋼筋由于拉應(yīng)力的存在會會消除部分預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力。

(3)張拉應(yīng)力控制不精準(zhǔn)。在進(jìn)行張拉控制應(yīng)力計(jì)算時(shí)，首先通過人為讀取油壓表數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行回歸分析得到。但這種方式受到人為因素影響，設(shè)計(jì)的張拉應(yīng)力通常會與預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力不相匹配。

(4)測量不準(zhǔn)確。預(yù)應(yīng)力筋伸長量的測量應(yīng)使用千分表，但在實(shí)際項(xiàng)目施工中，千分表應(yīng)用較少，同時(shí)進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)時(shí)會出現(xiàn)誤差，造成預(yù)應(yīng)力筋伸長量測量的不準(zhǔn)確。

(5)波紋管定位。預(yù)應(yīng)力波紋管定位的準(zhǔn)確性與否決定著預(yù)應(yīng)力技術(shù)能否可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。但在實(shí)際工程項(xiàng)目中，對于波紋管的定位通常會與設(shè)計(jì)文件存在一定偏差。雖然在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到這種情形，并利用管道偏差系數(shù)進(jìn)行糾正。但施工技術(shù)的不同，當(dāng)不注重施工質(zhì)量，一旦設(shè)計(jì)理論偏差小于施工實(shí)際出現(xiàn)的管道偏差，預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性會大打折扣，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的安全水準(zhǔn)達(dá)偏離人們的預(yù)期。

2 公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

2.1 受彎構(gòu)件中的應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展以及科技水平的提升，在橋梁工程施工中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平也有了極大的提升。如碳纖維材料在預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)中應(yīng)用逐漸增多，當(dāng)建設(shè)完成后的橋梁受到外界環(huán)境的壓力超過橋梁設(shè)計(jì)承受壓力時(shí)，橋梁的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，甚至損壞。此時(shí)，若在進(jìn)行橋梁施工時(shí)，考慮到這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，使用碳纖維材料施加一定的預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮碳纖維的特點(diǎn)，使得橋梁結(jié)構(gòu)受到外界的壓力時(shí)，可以保障橋梁的安全性。

2.2 在混凝土路面的應(yīng)用

在進(jìn)行橋梁混凝土路面項(xiàng)目施工時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的骨料和預(yù)應(yīng)力筋通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用會產(chǎn)生強(qiáng)大的粘結(jié)力，使得路面在運(yùn)營階段出現(xiàn)裂縫的概率的大大降低。在現(xiàn)階段的項(xiàng)目建設(shè)過程中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁路面施工中的推廣應(yīng)用，對于混凝土路面的抗拉性能有著大幅度增強(qiáng)。在后期運(yùn)營階段，混凝土路面不僅受到溫度的影響，還要受到車輛荷載的作用，路面會產(chǎn)生變形的現(xiàn)象，對于橋梁的運(yùn)營安全造成極大的威脅，因此，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用還應(yīng)對于影響因素進(jìn)行全面考慮。

2.3 橋梁加固

常規(guī)的橋梁加固方法將橋梁的自身情形或外界因素，依據(jù)力學(xué)的基本原理實(shí)現(xiàn)橋梁加固的目的。如以付出增加橋梁自重方式為代價(jià)的增大主梁截面面積；使用環(huán)氧砂漿粘貼鋼板或環(huán)氧玻璃鋼等高強(qiáng)度材料增加主梁強(qiáng)度的方式存在應(yīng)力滯后的缺點(diǎn)。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)通過對于預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉從而達(dá)到將截面處恒載或活載內(nèi)力抵消的目的。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的使用一方面極少增加梁體的自重，另一方面卻可以從根本上改變梁體的受力情況，大幅度提高橋梁的承載能力。與此同時(shí)，盡可能避免了橋墩和基礎(chǔ)受到施工因素的影響，不會影響正常通行，項(xiàng)目投入金額少。

3 公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)質(zhì)量控制措施

3.1 原材料選擇

只有對于預(yù)應(yīng)力技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)做好嚴(yán)格把控才可以實(shí)現(xiàn)提高橋梁的承載力和安全性這一最終目的，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)成為提高施工水平的助推劑。原材料的選擇是實(shí)施預(yù)應(yīng)力技術(shù)中的基礎(chǔ)步驟也是關(guān)鍵一環(huán)，直接決定著預(yù)應(yīng)力技術(shù)能否滿足原本設(shè)計(jì)需求。在進(jìn)行原材料選擇時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循實(shí)際項(xiàng)目工程需求把控好質(zhì)量關(guān)，不應(yīng)與材料供應(yīng)能力不足或質(zhì)量不合格的供應(yīng)商簽訂合同，從源頭上提高施工階段預(yù)應(yīng)力技術(shù)實(shí)施水準(zhǔn)，保障施工達(dá)到預(yù)期要求。

3.2 波紋管安裝

波紋管能否準(zhǔn)確安裝決定著后期預(yù)應(yīng)力實(shí)施的效果是否可以完全體現(xiàn)出來。只有對于波紋管進(jìn)行準(zhǔn)確定位才可以保證在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工中可以充分發(fā)揮波紋管的作用。在進(jìn)行橋梁工程項(xiàng)目施工時(shí)，波紋管不可避免會出現(xiàn)磨損，因此需考慮這一影響因素，進(jìn)行波紋管安裝的實(shí)際設(shè)置。在根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循施工要求和波紋管施工標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)和方案，完全了解每一個施工步驟的流程和要求，確保預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用效果可以完全體現(xiàn)。

3.3 摩阻損失計(jì)算

在計(jì)算預(yù)應(yīng)力時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以滿足橋梁結(jié)構(gòu)的要求，需計(jì)算不同的預(yù)應(yīng)力損失，最終得到張拉控制應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算值的準(zhǔn)確性決定著預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的有效性。計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失的方法不盡相同，如基于不同時(shí)間段的時(shí)步分析法，考慮所有應(yīng)力損失的總應(yīng)力損失計(jì)算法。在我國橋梁項(xiàng)目中，往往對于不同階段的應(yīng)力損失進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，主要的應(yīng)力損失是摩阻損失。

(1)彎曲孔道處摩阻損失

在計(jì)算摩阻損失時(shí)，需要對彎曲孔道進(jìn)行微段劃分，如圖1所示。

圖中：T、dT分別為孔道兩端的張拉應(yīng)力；dθ表示彎曲角度；R表示彎曲半徑。

該處的徑向壓力計(jì)算如式(1)所示：

(1)

因此彎曲孔道處摩擦力為：

df1=μdp≈μTdθ

(2)

(2)管道偏差引起摩阻損失

管道偏差會引起直線段出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，假定R1為管道偏差引起的平均曲率半徑，dl為直線段長度，則該處的徑向壓力計(jì)算如式(3)所示：

(3)

此時(shí)摩擦力為：

(4)

3.4 預(yù)應(yīng)力混凝土可靠性檢測

經(jīng)過大量的研究和工程項(xiàng)目建設(shè)案例，無損檢測和局部破損檢測是如今橋梁項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力混凝土檢測的主要方法。在進(jìn)行局部破損檢測時(shí)，首先局部破損部分橋梁結(jié)構(gòu)，接著通過獲取相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終得到相應(yīng)檢測結(jié)果。如對于橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械切割，這種檢測約束應(yīng)力的方法稱為應(yīng)力釋放檢測法，這種方式可以較好的獲取結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的數(shù)據(jù)，通過應(yīng)變前后變化充分獲取橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)。顧名思義，不對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞進(jìn)行預(yù)應(yīng)力檢測的方式稱為無損檢測。比如，大功率的超聲波可以穿透較厚的橋梁結(jié)構(gòu)，然后充分獲取梁體內(nèi)部信息數(shù)據(jù)，操作較為方便，效果也很明顯。預(yù)應(yīng)力混凝土可靠性檢測是以相關(guān)數(shù)據(jù)為支撐，對于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的效果進(jìn)行準(zhǔn)確判定，確保后續(xù)施工順利的完成。

4 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的使用可以大幅度降低裂縫出現(xiàn)的概率，道路的破壞情形明顯減少，橋梁的耐久性大大增加。為了將預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢完全顯現(xiàn)出來，本文對于橋梁施工中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期實(shí)現(xiàn)提高橋梁的承載力和安全性這一最終目的，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)成為提高施工水平的助推劑。