道路橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的應(yīng)用

鄒龍昆

(江西中煤建設(shè)集團有限公司,南昌 330038)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)能夠加強道路橋梁的穩(wěn)定性,避免產(chǎn)生裂縫問題,保證工程質(zhì)量及安全。施工需按照規(guī)范開展作業(yè),保證各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量,發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢,提升工程建設(shè)水平[1-2]。

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋橋長186 m,跨徑2 m×13 m+8 m×20 m,橋?qū)?0 m,上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,采用掛籃懸臂澆筑完成,橋墩為圓端形實體橋墩,鉆孔灌注樁基礎(chǔ),橋面鋪裝層采用瀝青混凝土面層。圖1為此預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁結(jié)構(gòu)。

圖1 預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of prestressed box girder

1 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點

1.1 錨固錨具

預(yù)應(yīng)力施工中,錨固錨具的質(zhì)量及可靠性對結(jié)構(gòu)安全性及使用壽命有著重要影響,必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求選擇合適的錨固錨具,確保其質(zhì)量及性能符合設(shè)計要求。使用錨固錨具時需進行嚴(yán)格的操作及施工控制,確保錨固過程中的張拉力及位移控制符合設(shè)計要求,確保預(yù)應(yīng)力鋼絞線得到有效錨固[3]。

施工前,要確定預(yù)應(yīng)力鋼絞線的布置位置,考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計、荷載要求、施工可行性及效率,確保預(yù)應(yīng)力能夠有效傳遞到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。針對跨中轉(zhuǎn)向橫肋施工作業(yè)與鋼絞線存在偏差的問題,施工過程中要及時調(diào)整,對錨固端橫梁的預(yù)埋位置進行準(zhǔn)確計算及布置,保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線在錨固端橫梁中的錨固長度滿足設(shè)計要求。在橋墩設(shè)置導(dǎo)槽及跨中轉(zhuǎn)彎橫筋時,應(yīng)根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求施工。為保證支護結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力鋼索能被精準(zhǔn)導(dǎo)引至預(yù)設(shè)位置且在受力時能發(fā)揮支護與導(dǎo)引功能,需保證支護結(jié)構(gòu)的幾何尺寸精度。在跨中轉(zhuǎn)向橫肋施工時,需保證鋼絞線的彎折處符合要求,對各端部進行打磨,避免出現(xiàn)卡滑問題,確保鋼絞線的錨固效果及施工質(zhì)量。

1.2 預(yù)應(yīng)力筋

預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉主要分為預(yù)加載和高應(yīng)力張拉。在工程實踐中雖然采用標(biāo)號等方法對鋼絲繩定位進行控制,但張拉時還會發(fā)生鋼絲繩纏繞的現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)此問題,需預(yù)緊張拉,通過適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力來消除鋼絞線的松弛,保持其緊致狀態(tài),從而在高應(yīng)力張拉階段能夠更好地控制鋼絞線的位移及拉力。通過預(yù)緊張拉調(diào)整鋼絞線的張拉位置,使其處于合適的狀態(tài),降低張拉時出現(xiàn)纏繞或錯位的風(fēng)險。在進行預(yù)緊張拉時,由于鋼絞線的長度較長,其下垂量較大。為了保證預(yù)應(yīng)力筋在結(jié)構(gòu)內(nèi)的均衡張拉,應(yīng)從兩端同時進行預(yù)緊張拉并進行對稱處理,以確保鋼絞線下兩端的黏結(jié)長度相差不會過大,保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及均衡性。預(yù)緊張拉的力量應(yīng)控制在設(shè)計張拉力的15%左右[4]。

預(yù)應(yīng)力筋的理論伸長值是評估及控制預(yù)應(yīng)力筋在施工過程中長度的控制指標(biāo)。理論伸長值是預(yù)應(yīng)力筋在受到拉力作用后產(chǎn)生的伸長長度,通過以下公式計算得出：

(1)

式中,ΔL為預(yù)應(yīng)力鋼筋的計算伸長值,m;Pp為預(yù)應(yīng)力鋼筋的平均張拉力,N;L為預(yù)應(yīng)力鋼筋在孔道中的長度,m;Ap為預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積,mm2;Ep為預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量,MPa。

1.3 壓力灌漿

預(yù)應(yīng)力鋼筋失去保護后會以非水平彎曲或傾斜狀態(tài)存在,且水泥漿自身的水蒸發(fā)會導(dǎo)致空隙形成。在高應(yīng)力張拉操作過程中,預(yù)應(yīng)力鋼筋容易發(fā)生腐蝕,腐蝕部分會出現(xiàn)缺損,嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,進而影響公路橋梁的施工效果。在灌漿過程中需控制水泥漿的配合比及澆筑時間,嚴(yán)格按照施工規(guī)范及要求進行操作[5]。

2 橋梁施工監(jiān)測及控制

為保證梁體的線形控制,在正式施工前需對其進行初算。利用Midas Civil有限元軟件,建立橋梁整體結(jié)構(gòu)模型,進行固結(jié)模擬。

2.1 截面應(yīng)力

主跨跨中與箱梁根部截面縱向應(yīng)力結(jié)果分別如圖2(a)、(b)所示。

圖2 主梁截面應(yīng)力實測值Fig.2 Measured stress values of main beam section

由圖2可知,主跨跨中與箱梁根部頂板截面為受壓狀態(tài),底板截面為受拉狀態(tài),隨加載等級的增加,應(yīng)力逐漸增大,但均未超出容許限制,表明在施工過程中梁體結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫等病害。

2.2 位移

為了保證本橋線形的優(yōu)美、平順及合龍口兩端的高差達到一定的標(biāo)準(zhǔn),在施工過程中需對每個梁段的撓度變化進行測量,在進行豎向撓度測量時,需對相同斷面的各個測點間的高差進行測量,以確保中線走向及平面的穩(wěn)定性[6]。按照施工需要在每個分段的縱向方向兩端20 cm處分別設(shè)5個測點,沿0#塊水平方向設(shè)水平測量參考點,梁端測點的埋置應(yīng)考慮梁段的特點及施工條件,避免因吊籃行走軌跡遮擋而造成影響。

2.2.1 梁體自重荷載下變形

以1#墩最大懸臂狀態(tài)為例,進行自重荷載下的梁體變形計算,在自重荷載作用下,梁體結(jié)構(gòu)的變形情況如圖3所示。

圖3 自重荷載作用下的位移變形Fig.3 Displacement and deformation under self-weight load

由圖3可知,在自重荷載作用下,隨著懸臂長度的增加,懸臂段的變形逐漸增大。在節(jié)點11處,由于與支撐的連接方式不同,局部約束導(dǎo)致應(yīng)力集中,令端頭附近梁體位移最大。故在進行橋梁設(shè)計及施工時需綜合考慮懸臂長度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、局部約束等因素,保證橋梁的安全性及穩(wěn)定性,確保其在使用壽命內(nèi)滿足設(shè)計要求。

2.2.2 預(yù)應(yīng)力荷載下的變形

隨著鋼束的不斷張拉,在預(yù)應(yīng)力荷載作用下,梁體各節(jié)點的撓度變形情況如圖4所示。

圖4 預(yù)應(yīng)力荷載作用下節(jié)點的位移變形Fig.4 Displacement and deformation of joints under prestressed load

由圖4可知,支座處節(jié)點位移值為0,這是由于支座起到固定梁體的作用,使其在該位置不發(fā)生位移。懸臂距離端部越遠,需要張拉的鋼筋越多,導(dǎo)致梁體總體變形越大。在墩頂兩側(cè)隨著鋼束的張拉及預(yù)應(yīng)力的施加,梁體變形逐漸增大。當(dāng)接近梁端部時,梁體變形又逐漸減小。

2.2.3 材料收縮徐變作用引起的位移

收縮徐變作用下的各節(jié)點累計位移情況如圖5所示。

圖5 材料收縮徐變作用下的位移變形Fig.5 Displacement and deformation of materials under shrinkage and creep

由圖5可知,混凝土的變形情況主要集中在橋梁的中間位置,由墩頂部到墩兩邊逐步增加,到1/2L左右(L為橋跨)時又逐漸減少,在徐變作用下,最大變形絕對值為1.74 mm。表明在橋梁整個服役過程中徐變行為對其造成很大的影響。施工期間,徐變導(dǎo)致的變形會影響施工的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性,而在成橋后的使用階段,混凝土的長期徐變會導(dǎo)致橋梁的長期變形。

3 結(jié)束語

在市政道路橋梁施工中,采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可改善橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,防止出現(xiàn)裂縫,提高工程質(zhì)量,延長使用壽命。以某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋工程為例,對橋梁施工預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工要點及監(jiān)測控制等進行研究,為市政道路橋梁工程提供技術(shù)參考。