預應力施工技術在道路橋梁施工技術中的應用

楊海峰

（山西路橋第二工程有限公司，山西臨汾 041000）

0 引言

預應力施工技術能夠防范橋梁工程混凝土裂縫問題，保證橋梁施工質量及穩定性，延長使用壽命。但在實際工程中多個環節會對施工效果產生影響，如預應力鋼絞線斷絲、波紋管堵塞、張拉應力控制不佳等。因此，本文結合實際工程案例，梳理預應力施工技術流程與注意事項，為后續工程施工提供前瞻性指導具有重要意義。

1 工程概況

山西省太原市某道路橋梁工程為雙向6 車道設計，總長度為542m（起始樁號：K4+324；終點樁號：K4+866）。該橋梁單幅寬度為16.0m，左右幅跨徑均為530m，共由6 聯橋梁組成，箱梁斷面為單箱雙室。經多方研討決定，為保證橋梁結構穩定性及耐久性，綜合應預應力施工技術。

2 太原市某橋梁工程預應力施工方案

2.1 預應力施工準備工作

充分的施工準備是保證預應力施工順利進展及施工質量的基礎。該項目在施工前從多維度落實如表1所示的準備工作[1]。

表1 太原市某道路橋梁工程預應力施工準備工作

2.2 配置張拉系統

施工現場應配置智能化預應力張拉系統，包括千斤頂、主機、油泵等設備。通過計算機平臺，實現自動化控制預應力張拉過程。該系統通過傳感器技術采集鋼絞線的伸長量、張拉設備的壓力等數據，并通過信號線將數據向主機傳輸，系統主機分析并研判數據后，泵站接收到相關指令參數，對電機的運行參數予以調整，精準控制張拉力與加載速度。如圖1所示為該項目智能張拉系統構成圖，基礎構成包括千斤頂、高壓油管、限位板、信號線、智能張拉油泵、計算機系統。其中千斤頂型號為YCWZ-150B 型，油管為高壓橡膠管（標準工作壓力＞30MPa），限位板限位6mm 并與工具錨配套使用，千斤頂所配備的油表最大讀數為60MPa，精度為±2%[2]。

圖1 太原市某道路橋梁工程預應力智能張拉系統構成

2.3 孔道施工

該項目施工中以金屬波紋管為圓形鋼束管道。在施工前測量波紋管孔道的位置和尺寸，于端部預留垂直孔道，同時保證孔道的平順性，有效降低了后期在預應力張拉時的摩擦力。在固定連接預應力管道時配合使用φ10 定位鋼筋，以0.5m 的間距設置定位鋼筋，于曲線位置適當增加定位筋數量，確保其在模板的設計位置固定好，以免在澆筑混凝土時出現變形或者位移。施工時使用大直徑但同材質、類型的管道對波紋管接頭進行連接，控制長度為連接管道內徑的8 倍左右，使連接效果更加緊固。在澆筑混凝土時不會出現位移或轉動，為施工質量提供保障。為了防止在澆筑混凝土時出現滲漏問題，使用紗布對管道頂部進行堵塞。在焊點連接位置要求施工人員盡量避免有火花掉入在波紋管中。此外，還需在波紋管上設置壓漿孔，與最低點和最高點位置分別設置排水孔和排氣孔。為保證排水、排氣效率，控制所設置的孔洞內徑在20mm 以上，使用金屬扣件連接兩個管道。管道安裝完成后，為避免雨水或雜物進入其中，于其端部設置封蓋。全面檢查波紋管施工質量，對于瑕疵裂縫位置及時更換或以膠帶纏繞包裹，在完成混凝土澆筑后即將塑料管導管抽出并將準備好的鋼絞線穿入其中。

2.4 鋼絞線穿束施工

該項目所用鋼絞線為低松弛度和高強度的預應力筋。鋼絞線的直徑和截面積參數分別為15.2mm 和140mm2。7 根鋼絞線牢固綁扎后形成一束預應力筋，其標準強度為1860MPa，滿足項目預應力智能張拉需求。為保證施工質量，要求鋼絞線的生產廠家均具有相應資質，在材料進場前進行一定比例的質量抽檢（每60t 抽檢3 盤）。所抽取的鋼絞線均截取檢驗其力學性能、表面質量以及直徑偏差。一旦發現不合格產品則加大抽檢頻率，拒絕接受質量不合格的鋼絞線。

鋼絞線檢驗合格入場后，精確計算鋼絞線長度并使用砂輪切割機進行加工，計算公式如下[3]：

式（1）中：L 為鋼絞線加工長度；L0為預留預應力孔道的長度；L1為鋼絞線的工作長度，取值0.6m。加工后將7 根鋼絞線綁扎成為一束，確保每束鋼絞線均為順直狀態且無纏扭問題。在完成預應力孔道施工后即進行鋼絞線穿束工作。該項目在穿束施工前對事先準備好的張拉端的錨具、螺旋筋以及錨墊板進行安裝。對預應力孔道進行全面清理，確保孔道內無雜物、積水且暢通，通過機械牽引完成穿束工作見圖2。

圖2 太原市某道路橋梁工程預應力鋼絞線施工

2.5 預應力張拉施工

2.5.1 智能張拉施工

在智能張拉施工前對千斤頂及油表予以標定，施工時出現異常問題時及時進行校核。該項目于施工養護7d 后且混凝土強度等級達到85%以上進行預應力智能張拉，智能張拉系統參數見表2。再將限位板、千斤頂以及鋼絞線等配套設施做好固定后，使用高壓油管與數據線對智能張拉設備予以連接。準備工作完成后接通電源，啟動預應力智能張拉儀。根據施工實際對相關參數錄入至系統中，檢查預應力智能張拉儀信號傳輸情況，清零千斤頂位移進行張拉施工。張拉施工時，現場技術人員與橋梁側面進行操作，不僅能夠觀察到橋梁兩端的變化情況，同時避免突發狀況對人員安全產生威脅。針對施工中所出現突發狀況時，第一時間停止張拉，處理完故障后繼續進行張拉。第一孔張拉完成后，系統將生成張拉數據，隨后操作油泵對下一孔進行張拉。所有孔道完成張拉施工后，操作油泵退油，關閉計算機控制系統。

表2 太原市某道路橋梁工程預應力智能張拉系統參數

該項目在完成全部孔道智能張拉后靜止觀察2h，使用砂輪機將多余的鋼束打磨掉，并使用收縮性較差的水泥對錨頭位置進行封堵，為后續孔道壓漿施工做好準備。

2.5.2 計算預應力伸長量

張拉力和引伸量是對鋼絞線預應力智能張拉的重要參數，該項目要求始終將引伸量控制在±6%。一旦超出上述數值范圍及時停止張拉施工，分析產生的原因并進行科學調整繼續作用。該項目以后張拉法進行智能張拉施工，伸長量理論計算公式如下：

式（2）中：P 為預應力鋼絞線平均張拉力；L 為預應力鋼絞線長度；AP 為預應力鋼絞線截面積；EP 為預應力鋼絞線彈性模量。在實際施工中采取分級張拉施工，在施加20%σk 應力的延伸量表示為a，施加40%σk應力的延伸量表示為b，施加100%σk 應力的延伸量表示為c。實際伸長量由下列公式計算：

該項目所用智能張拉千斤頂參數為120t，搭配15mm 低松弛型鋼絞線進行對稱張拉。結合工程實際，預應力束為低松弛形式15.2mm 型鋼絞線，其抗拉強度的最大設計值FPK＝1860MPa，彈性模量EP＝1.95×105MPa，錨口位置的摩擦損失為3%。通過計算，預應力束的設計伸長量為176mm，計算機系統顯示長度為173.9mm，相對誤差-0.34%，在規定值±6%以內，滿足施工要求。

2.5.3 預應力施工異常狀況處理

斷絲和滑絲是預應力施工時常見的異常問題，結合既往工作經驗發現，這一問題的出現與夾具、錨具規格不符、鋼絞線直徑大于設計值、焊接工藝不規范等因素有關。對于滑絲問題通過千斤頂對單根鋼絞線進行張拉，兩端同時替換夾片進行張拉錨固作處理。斷絲問題的處理方法包括如下三類：一是加強其他鋼絞線的張拉力予以補償。二是更換鋼絞線束重新進行張拉施工。三是預先準備備用鋼絲束，及時處理斷絲問題。

2.6 孔道壓漿施工

在對孔道進行壓漿施工之前檢查灌漿泵和真空泵的性能，檢查抽真空端、壓漿端位置的壓漿管、球閥及三通接頭等連接件的連接暢通性。上述準備工作完成后，開啟壓漿泵并將壓力調整至0.7～1.2MPa，對所排出的漿體的黏稠度予以檢驗。漿體性能滿足施工要求后，對壓漿泵輸送管與錨墊板壓漿管進行緊密連接，有序開展壓漿施工。為保證壓漿質量，該項目在檢查排氣閥流出水泥砂漿的稠度和灌入的水泥砂漿稠度相同時，持續進行20s 左右的跑漿。發現壓漿壓力為0.8MPa 后，繼續2min 的壓漿施工，隨即關閉壓漿泵的閥門，完成此次壓漿施工。完成所有孔道的壓漿施工后，全面清洗被泥漿污染的設備，以備后續使用。

2.7 封錨施工

完成預應力孔道壓漿施工后，對橋梁中埋設的錨具予以沖洗、鑿毛，設置鋼筋網進行封錨施工。在封錨施工階段對橋梁體長度予以嚴格控制，為裸露在外的錨具做防腐蝕處理。在對梁體予以吊運裝配前，再次檢查孔道內水泥砂漿的強度，確保強度已經達到設計強度的85%以上。該工程在完成預制拼接后及時開展濕接縫施工處理，于底模位置根據拋物線的原理設置2.5cm 的反拱度，能夠有效防范橋梁起拱問題。

3 太原市某橋梁工程預應力施工常見問題及處理對策

3.1 波紋管堵塞

在施工時極易出現損壞現象，澆筑混凝土時泥漿可進入孔道內部，影響預應力筋穿束，加大施工難度并延誤施工工期。針對這一問題，該項目在施工時優選優質鋼材作為材料，嚴格根據施工規范加工制作。在澆筑混凝土期間加強波紋管保護，對于發現的波紋管堵塞問題，借助于沖擊鉆鉆孔，將堵塞的雜物徹底清理掉，確保鋼絞線能夠順利穿過波紋管。

3.2 張拉施工應力控制不佳

張拉施工的應力準確性將直接影響預應力張拉效果，預應力筋伸長量、張拉力、千斤頂的精準度等因素均會影響到張拉應力。該項目在施工時為防范這一問題出現，根據施工工法，精準計算預應力張拉的伸長量。經計算預應力伸長量誤差在±6%以內時方可安排預應力施工，保證預應力施工參數合理性。另外，在使用千斤頂前對其計量予以預先標注，明確張拉施工時每一束的張拉力，將測量壓力降至最低。

3.3 預應力結構縫隙

在應力作用下橋梁預應力結構存在較高的結構縫隙風險。同時在混凝土結構干縮、內外部溫差等因素影響下，部分結構在預應力張拉前也可產生裂隙。該項目為避免這一問題，在施工過程中應加強結構保護，對其表面適當灑水以保持濕潤，調節內外部溫差。

4 結語

預應力施工是道路橋梁工程的重要工法，在預應力鋼絞束作用下使橋梁工程的承載能力及穩定性得以提高，保證橋梁施工質量。太原市某道路橋梁工程中運用了預應力施工技術，通車運行至今，橋梁結構仍保持良好的穩定性，無明顯質量病害，為當地交通運輸產業的發展做出相應貢獻。