預應力施工技術在高速公路橋梁施工中的應用

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1 預應力混凝土結構相關理論及計算

預應力的增加可以使預應力鋼筋、混凝土和普通鋼筋的共同受力體保持自平衡狀態。但預應力的施加會使構件各階段受力狀態發生改變，截面應力狀態分析難度也會因此而增加。等效荷載法的提出為預應力施工技術更好地應用于高速公路橋梁工程創造了有利條件。文章主要對預應力混凝土結構相關理論和計算方法進行介紹。

（1）直線形預應力筋的等效荷載。預應力鋼絞線和混凝土截面形心軸保持平行狀態，在張拉力施加后，直線預應力筋會在支座左右生成等效荷載，在荷載的作用下，構件的狀態會發生轉變，由平直變為純彎。

（2）折線形預應力筋的等效荷載。如果采用折線布置方式進行預應力鋼筋的布置，一個與混凝土形心相垂直的豎向集中荷載會在鋼筋折點處產生，這個荷載的大小為

式中：Vp為預應力合力點至換算截面重心的距離；Np為預應力筋的合力；α為常數；β為常數。在數學公式中可以將其簡化為Vp(α+β)。

（3）拋物線形預應力筋的等效荷載。在高速公路橋梁工程中，曲線布置的預應力鋼筋，屬于常用的預應力混凝土構件，曲線形狀多以二次拋物線為主。此類鋼筋的跨中矢高為e，可以用下式表示：

依據材料力學可知，彎矩和分布荷載的關系如下：

預加力作用可等效為外荷載，具體計算公式如下：

式中：M為預加力引起的截面彎矩；Np為預加力；a、b為彎矩的待定常數。

2 高速公路橋梁工程施工中預應力技術的應用

2.1 預應力鋼結構技術

（1）做好鋼絞線的選擇和調整。在高速公路橋梁工程施工中應用預應力技術，選擇合適的施工材料至關重要，材料質量的好壞，關系到預應力質量和等效荷載強度。以該工程為例，該工程屬于市級重點工程，對施工質量和效率要求較高。施工單位結合工程實際情況，對等效荷載進行了計算，在綜合成本和質量因素后，選擇了合適的鋼絞線，檢查了其是否具備出廠合格證書，并在施工過程中，對鋼絞線的松弛度進行了控制。在選擇鋼絞線之前，還要確定鋼絞線的定額，其中，鋼絞線的束數設計和計算公式為圖紙給定的束數=重量÷長度，將計算的束數作為依據套用相似定額。如果計算束數與定額束數存在差異，應及時進行定額調整。調整結果應該與設計圖紙給定的束數相同。以該工程為例，某根鋼絞線的設計長度為18m，其組成部分包括直徑為15.24mm的鋼絞線和7孔錨具，其中，鋼絞線的單位重量為1100g/m，則1000÷(7×18×1.1)=7.21束，套用至鋼絞線束長20m、7孔和每噸8.12束中，8.12-7.21=0.91束，施工單位可以將計算結果作為調整依據。

（2）選擇合適的錨具和采取補償措施。在高速公路橋梁工程中應用預應力技術，應選擇合適的錨具。目前，常用的錨固方式為兩種，分別是機械錨固和摩阻錨固。如果選擇前者，施工單位需要利用專用機械設備對預應力鋼材進行固定處理，簡言之，就是施工單位應確保所選錨具機械與預應力施工技術要求相符。摩阻錨固涉及內容較多，在應用過程中必須結合具體的工程要求，選擇合適的方式，并關注錨具參數。

此外，在錨固過程中，施工單位普遍采取穿束的方式進行錨固處理。但就實際情況來看，這種處理方式難度較高，在實際應用過程中產生的損耗較大，建議施工單位以錨板厚度和錨具孔數選擇切入點，使預應力的作用得到充分發揮。錨固損失計算公式如下：

以該工程為例，施工單位在分析后得知，預應力損失主要集中于鋼筋回縮。為減少損失施工單位采取了以下補償措施：（1）超張拉預應力筋，然后進行錨固，通過這種措施抵消部分預應力。（2）在鋼筋張拉錨固后，在梁端混凝土上支撐千斤頂，重新張拉鋼筋，然后將厚度合適的鋼墊板設置到錨夾具和墊板之間。（3）選擇螺紋式錨夾具，究其原因，主要是這種錨夾具的回縮量較小，有利于減少預應力損失。

2.2 預應力混凝土加固技術

在高速公路橋梁工程中應用混凝土加固技術，可以增強路面的承載力，目前常用的預應力混凝土加固技術包括以下兩種：（1）鋼板黏結加固法。這種加固方法的技術原理是鋼板通過粘貼的方式與混凝土結構相貼合，為確保二者貼合的牢固性，施工單位應該選擇工業膠作為黏結材料。需要強調的是，在加固前應清理混凝土結構表面，同時保護原有結構，使混凝土結構表面具有一定的粗糙度。如果在處理過程中，發現局部出現問題，應通過鑿毛的方式加以處理，然后進行修補，所使用的材料為高性能水泥土砂漿，在修補后對表面進行重新處理。在上述工作完成后，依托千斤頂的力量轉移橋梁負荷，降低縫隙出現的概率。此外，還要加強對膠體的檢測和處理，處理方式為將膠體放入軸式攪拌機處理，使其顏色均勻分布。同時，控制單次膠體用量，并以重復涂抹為手段，保證鋼板與混凝土結構的黏結效果。（2）橋面補強加固方法。這種方法在高速橋梁工程中的應用逐漸廣泛，是提升結構承重性能的重要方式。在加固前，施工單位所選擇的混凝土材料，必須具備良好的抗收縮性能，從而使其對外界沖擊的抵抗能力增強。在表面處理過程中，形成的開鑿深度不得超過2cm，并做好澆筑孔道的清理。

2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑屬于高速公路橋梁工程預應力施工技術的重要組成部分，與工程整體質量存在密切的關聯。施工單位需要將公路橋梁下方孔道作為重點，但孔道具有特殊性，相較于板面，其長度較大，要求施工單位在施工前做好固定，然后使用指定導管向孔口輸送混凝土材料，使孔口填充的密實性提升，消除周邊區域的疏松現象。在打孔作業過程中，應重視施工深度測量，減少卡管和埋管現象的發生概率。具體措施如下：（1）立足于工程實際，制訂樁孔澆筑方案，并確保方案具備可行性。該工程施工單位在研究后，將泥漿護臂機械鉆孔方式作為主要選擇，所使用的機械設備為鉆孔機、吊車和砂泵。（2）選擇高強度鋼板，通過加工的方式，將其制作成護筒，其厚度為3mm，同時在護筒頂板設置溢漿口。（3）使用正循環換漿法處理孔洞，然后固定下層板面。（4）在上述步驟完成后進行混凝土澆筑，并在此環節結束后，對拉力情況進行檢測，完成對工程整體質量的有效評估。

2.4 張拉質量控制

張拉是預應力混凝土結構施工的關鍵工序，張拉質量與結構安全和施工效率息息相關。因此，施工單位在施工開始前應做好施工組織，為張拉施工的平穩進行創造有利的條件。張拉質量主要控制措施如下：（1）在預應力鋼筋張拉過程中，油表壓力上升幅度不宜過快；如果油缸發生偏移，應停止鋼筋張拉，并對設備進行檢查，張拉行程需要保持在設計長度之下。（2）在張拉過程中，應考慮張拉順序。張拉順序應該使結構和預應力次梁構件保持均勻的受力，否則容易導致扭轉和側彎現象的出現，同時還要控制混凝土應力，杜絕超應力問題的產生。建議施工單位在鋼筋張拉時將同步對稱原則作為依據。該工程由于具有較長的預應筋，因此所采取的張拉工藝為兩端張拉，簡言之，就是在鋼筋兩端布置設備，然后同時張拉。但如果設備較少，無法實現同時張拉的目的時，采取分次張拉方式亦可，錨固需要在張拉力足夠后進行。（3）紋管的鋪設應盡量平整，減少彎曲程度，究其原因，主要是過度彎曲，容易導致管壁開裂，同時還要防止電焊火花使管壁受損。在波紋管鋪設完成后，及時進行檢查，檢查內容包括波紋管所處位置、管道曲線形狀、固定性能和管壁是否存在缺陷。若管道壁存在缺陷，可使用膠帶修補。

3 結束語

綜上所述，在建筑技術高速發展的背景下，預應力技術在高速公路橋梁工程中的應用愈加廣泛，但預應力施工技術相較于普通施工技術，具有非常高的要求，與工程整體質量關聯密切。因此，在實際應用時，施工單位應控制施工的各項環節。建議施工單位立足于工程實際，綜合考慮成本、質量和進度等因素設計可行的施工方案，以此保證工程施工的精度和效率。