預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高寨洲小橋施工中的應(yīng)用

周 密,包 山

(九江市公路發(fā)展中心修水分中心,江西 九江 332400)

0 引 言

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)于20世紀(jì)30年代開(kāi)始逐漸出現(xiàn),并被應(yīng)用到各類工程建設(shè)之中。相比于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)承載能力、抗裂性能,并且具有廣闊的應(yīng)用前景。在提升預(yù)應(yīng)力施工工藝水平的同時(shí),不斷優(yōu)化以及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案,被廣泛應(yīng)用在大型土木結(jié)構(gòu)中,如大型重載工業(yè)建筑、中型和大型跨度梁建筑、高聳電視塔、大型特種機(jī)構(gòu)以及海上平臺(tái)等。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的作用

1.1 提高公路橋梁的承載能力

在傳統(tǒng)的橋梁施工中,由于混凝土強(qiáng)度有限,橋梁的自重限制了其承載能力。而通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù),可以在橋梁施工過(guò)程中施加預(yù)先計(jì)算好的壓力,使橋梁能夠承受更大的荷載。不僅可以提高橋梁的承載能力,還可以減少跨度,降低工程造價(jià)。

1.2 提高公路橋梁的抗震能力

地震是公路橋梁面臨的重要災(zāi)害之一,對(duì)橋梁的破壞程度有著重要影響。通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工過(guò)程中施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力,使橋梁在地震發(fā)生時(shí)能夠更好地抵御地震力的作用,減少公路橋梁的震動(dòng)幅度和破壞程度。不僅可以保證公路橋梁在地震發(fā)生時(shí)的安全性,還可以減少地震災(zāi)害對(duì)公路橋梁的交通影響。

1.3 延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命

在公路橋梁進(jìn)行施工的過(guò)程中,由于荷載的作用,公路橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變形和損壞,導(dǎo)致其使用壽命縮短。而通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù),可以在公路橋梁施工過(guò)程中施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力,使公路橋梁結(jié)構(gòu)能夠保持較好的剛度和穩(wěn)定性,從而延長(zhǎng)使用壽命。不僅可以減少公路橋梁的維修和更換頻率,而且還可以降低公路橋梁的交通運(yùn)營(yíng)成本[1]。

2 項(xiàng)目概況

本公路橋梁工程位于江西省撫州市下轄縣,主要為黎川縣繞城公路改建工程。高寨洲橋?yàn)檫B續(xù)跨度橋梁,跨度為48 m+80 m+48 m。本工程施工布設(shè)總體思路為在滿足橋梁使用功能要求的前提下,遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀”的總體原則,結(jié)合本項(xiàng)目的地形、地質(zhì)、自然條件,充分考慮項(xiàng)目施工條件及施工單位的建設(shè)水平、工程投資等因素,科學(xué)合理地選擇橋型方案,滿足實(shí)用性,安全可靠性,經(jīng)久耐用性,施工便捷性及造價(jià)最優(yōu)性要求。基于項(xiàng)目實(shí)際情況,工程梁體設(shè)計(jì)為變截面形式,梁箱頂部為2.4 m,底部寬度為1 m,梁體頂部均為0.5 m;而底部厚度為0.5～1.1 m之間。為確保連續(xù)跨度橋梁施工能有序進(jìn)行以及具有較好的施工質(zhì)量,本項(xiàng)目主要使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行施工[2]。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高寨洲小橋施工中的應(yīng)用

3.1 鋼筋混凝土箱涵設(shè)計(jì)

箱涵涵身為C40混凝土材料;八字墻、鋪砌以及八字墻為C25混凝土材料;箱涵基礎(chǔ)為C20混凝土材料;臺(tái)背回填則采用砂礫。依據(jù)現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》,合理完成混凝土配合比、拌制、運(yùn)輸、澆筑、振搗以及養(yǎng)護(hù)等施工流程,確保本施工滿足質(zhì)量評(píng)定以及質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)本工程施工情況,上述構(gòu)件都使用碎石混凝土,有效提升結(jié)構(gòu)抗裂與抗剪性能。中跨一片預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力材料數(shù)量詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

本混凝土粗骨料使用連續(xù)集配,碎石最大粒徑20 mm,確保混凝土澆筑與振搗環(huán)節(jié)施工質(zhì)量。在施工放樣前準(zhǔn)備階段,需要確定箱涵位置的合理性、準(zhǔn)確性,在檢查無(wú)誤之后方可繼續(xù)施工。應(yīng)采用電焊方法加固處理箱體鋼筋骨架,在此期間,必須確保箱體立墻的模板與立架具有足夠的剛度和強(qiáng)度,以免影響箱涵施工水平。箱涵主要采取現(xiàn)澆成形方式,針對(duì)全涵也可沿著高度方向進(jìn)行二次澆筑,第一次澆筑底板30 cm,第二次澆筑剩余部分,在兩次澆筑混凝土期間,相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行鑿除氣泡、浮漿作業(yè)。在完成箱涵澆筑作業(yè)之后,當(dāng)混凝土材料強(qiáng)度>95%時(shí),方可采用砂礫進(jìn)行涵背回填,確保對(duì)稱均衡、分層夯實(shí),密實(shí)度≥96%。在建成箱涵之后,及時(shí)清除箱涵內(nèi)以及周邊環(huán)境雜物,對(duì)接好箱涵與原有溝渠,以免影響箱涵正常使用。在橋梁施工前準(zhǔn)備階段,應(yīng)注意該地段路基承載力≥200 kPa,若部分地段路基承載力在200 kPa以下時(shí),應(yīng)進(jìn)行地基處理之后方可進(jìn)行后續(xù)施工[3]。

3.2 鋼絞線施工要點(diǎn)分析

(1)下料

在施工作業(yè)前準(zhǔn)備階段,工作人員應(yīng)事先確定鋼絞線空間位置。本高寨洲連續(xù)型跨度橋梁工程,在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)過(guò)程中,為科學(xué)、合理設(shè)置鋼絞線,需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加一定的預(yù)應(yīng)力。完成布置鋼絞線作業(yè)之后,進(jìn)行下料施工在此期間,安排專業(yè)人員檢測(cè)鋼絞線質(zhì)量,確保符合相關(guān)規(guī)定,以免影響工程施工進(jìn)度與質(zhì)量。若橋梁部分鋼絞線存在質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或安全隱患情況,應(yīng)第一時(shí)間標(biāo)注存在問(wèn)題的具體位置,并及時(shí)上報(bào)給管理人員做好報(bào)廢處理工作。

(2)穿束

在進(jìn)行鋼絞線穿束前準(zhǔn)備階段,工作人員需檢查錨具、夾片、連接器等配件是否齊全,并確保這些配件處于良好狀態(tài)。同時(shí),準(zhǔn)備必要的施工設(shè)備和安全防護(hù)用品,如工作平臺(tái)、安全帶、安全帽等。依據(jù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工要求,將鋼絞線穿過(guò)孔道或連接器。在鋼絞線穿束階段,相關(guān)人員應(yīng)做好檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力筋系數(shù)工作,確保其實(shí)際張力與相關(guān)規(guī)定保持一致。在穿束過(guò)程中,應(yīng)注意避免損傷鋼絞線,確保其順利穿過(guò)。穿束完成后,應(yīng)檢查鋼絞線是否順暢,有無(wú)卡滯或彎曲現(xiàn)象。并使用拉緊器等工具,逐步拉緊鋼絞線,使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的張拉力。在拉緊過(guò)程中,如出現(xiàn)異常情況,應(yīng)立即停止操作,進(jìn)行檢查和修復(fù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,調(diào)整鋼絞線在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的位置,以滿足結(jié)構(gòu)受力需求。調(diào)整過(guò)程中應(yīng)注意避免鋼絞線相互交叉或重疊,確保其處于正確的位置。為進(jìn)一步增強(qiáng)鋼絞線的抗拔能力和耐久性,需要對(duì)固定點(diǎn)進(jìn)行加固。常用的加固方法包括增大截面法、粘貼碳纖維布法、體外預(yù)應(yīng)力法等。根據(jù)具體情況選擇合適的加固方法,對(duì)鋼絞線的固定點(diǎn)進(jìn)行加固處理。加固過(guò)程中,應(yīng)注意保護(hù)鋼絞線,避免對(duì)其造成損傷。同時(shí),確保加固效果滿足設(shè)計(jì)要求,以保證預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[4]。

(3)張拉

鋼絞線張拉主要由預(yù)緊張拉以及高應(yīng)力張拉構(gòu)成。在施工前準(zhǔn)備階段,工作人員應(yīng)仔細(xì)檢查已經(jīng)標(biāo)號(hào)的鋼絞線,確保鋼絞線位置的合理性,以免在張拉作業(yè)期間發(fā)生纏繞影響施工進(jìn)度與施工質(zhì)量。因?yàn)楸緲蛄旱匿摻g線較長(zhǎng)、下垂體量大,在預(yù)緊張拉施工過(guò)程中,應(yīng)確保鋼絞線兩端對(duì)稱。在張拉階段,工作人員應(yīng)合理使用張拉設(shè)備,在鋼絞線束上安裝群錨錨具,使用設(shè)備進(jìn)行張拉作業(yè)。在此期間,工作人員需確保設(shè)備兩端同時(shí)運(yùn)行,并計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)量,確保整體荷載量穩(wěn)定利用公式(1)計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)量

(1)

式中:P為鋼絞線平均張拉力;L為分段長(zhǎng)度;A為鋼絞線截面積;E為彈性模量;θ為張拉端到計(jì)算橫截面孔道部分,切線夾角之和;x為張拉端至結(jié)算截面孔道長(zhǎng)度;k為孔道局部偏差摩擦影響系數(shù);μ為鋼絞線與孔道壁之間摩擦系數(shù)[5]。

在計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)過(guò)程中,工作人員應(yīng)嚴(yán)格控制相關(guān)流程,并實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)緊力大小。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的張拉力為16%,預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備抗傾覆安全系數(shù)>1.6,設(shè)定抗滑移系數(shù)為1.4。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),本次張拉橫梁剛度滿足施工要求,受力后最大撓度≤2 mm,鋼絞線合力中心與錨板受力中心保持一致。在完成預(yù)緊力張拉作業(yè)之后,工作人員應(yīng)立即評(píng)估橋梁排氣孔、灌江口以及梁體尺寸,判斷預(yù)埋件位置的合理性、準(zhǔn)確性,在達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后,再進(jìn)行高應(yīng)力張拉施工作業(yè)。

3.3 豎向預(yù)應(yīng)力

本工程主要選用螺紋鋼筋(直徑2.5 cm)進(jìn)行豎向預(yù)應(yīng)力張拉,并依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求制作鐵皮管,確保在預(yù)應(yīng)力鋼筋穿插螺母過(guò)程中,能夠固定結(jié)構(gòu),并進(jìn)行緊密連接。同時(shí),需對(duì)螺母兩側(cè)進(jìn)行密封,避免發(fā)生漏漿問(wèn)題,通過(guò)張拉有效控制整體結(jié)構(gòu)。在預(yù)應(yīng)力下料階段,使用砂輪機(jī)進(jìn)行磨砂操作。按照相關(guān)規(guī)定以及項(xiàng)目情況,合理設(shè)計(jì)油壓表數(shù)值,確保油表誤差≤2%,控制好伸張量誤差,確保其<1%。

3.4 孔道壓漿

在孔道壓漿前準(zhǔn)備階段,工作人員需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行混凝土配置,并確保孔道位置選擇合理性,在此基礎(chǔ)上,合理選擇壓漿施工工序,使用空壓機(jī)清除孔道內(nèi)的雜質(zhì),確保孔道清潔。在水泥漿攪拌過(guò)程中,按照既定要求,合理配置相應(yīng)參數(shù),有效提升橋梁工程施工質(zhì)量[6]。在灌漿過(guò)程中,應(yīng)選用純水泥漿,其技術(shù)條件必須滿足以下要求:(1)水灰比應(yīng)在0.4～0.45;(2)材料選用P·O 42.5的一般硅酸鹽水泥;(3)拌和后3 h內(nèi),泌水率應(yīng)控制在2%以下;(4)灌漿工藝應(yīng)符合要求。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉之前,應(yīng)對(duì)孔道進(jìn)行徹底的沖洗和濕潤(rùn),以確保灌漿孔能夠有效地灌入,并且泌水孔能夠有效地排出水分。應(yīng)盡快進(jìn)行灌漿,如果條件特殊,應(yīng)采用必要的保護(hù)措施,以防止錨固裝置和鋼絞線被銹蝕。此外,還應(yīng)使用砂漿攪拌機(jī)將混合好的水泥漿進(jìn)行濾網(wǎng)篩選后,放入蓄漿桶內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存。

在壓漿過(guò)程中,應(yīng)從灌漿孔注入濃漿,直至全部泌水冒出孔即可。壓漿的同時(shí),應(yīng)做好水泥立方體試塊,并進(jìn)行28 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),以此作為水泥漿強(qiáng)度質(zhì)量評(píng)定的依據(jù)。在灌漿結(jié)束后的24 h內(nèi),應(yīng)該對(duì)全部的泌水孔采用人工補(bǔ)漿,并且要反復(fù)實(shí)施,直到泌水孔的漿體達(dá)到飽滿狀態(tài)方可。預(yù)應(yīng)力梁在灌漿完畢24 h后,應(yīng)該切除剩余鋼絞線,并且暴露在錨具外的鋼絞線寬度不得低于30 mm。在封堵前,應(yīng)先對(duì)孔洞內(nèi)的水泥加以鑿毛和清理,然后用同等硬度的細(xì)石混凝土將張拉端的孔洞封閉,在施工過(guò)程中,針對(duì)已經(jīng)固定好的錨具,只需振搗混凝土,無(wú)需直接振搗錨具。

3.5 科學(xué)定位預(yù)應(yīng)力筋

在工程實(shí)際施工過(guò)程中,相關(guān)施工人員需要根據(jù)工程的需求以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,合理確定預(yù)應(yīng)力筋位置,通過(guò)準(zhǔn)確的位置布設(shè),保證平面整體完整性。另外,需要注意的是,在張拉端布置施工時(shí),應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把控預(yù)應(yīng)力筋位置,確保其與錨板保持一定的垂直度,隨后才能夠進(jìn)行張拉承壓裝置安裝施工,以此來(lái)避免預(yù)應(yīng)力筋在混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)位移,影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與此同時(shí),需要根據(jù)各筋實(shí)際坐標(biāo)位置進(jìn)行預(yù)應(yīng)力、非預(yù)應(yīng)力核對(duì)。在實(shí)際工程施工中,通常會(huì)出現(xiàn)普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)干涉的情況,應(yīng)當(dāng)以預(yù)應(yīng)力筋為主,調(diào)整普通鋼筋位置。捆扎鋼筋之前,需要標(biāo)注鋼筋與梁的實(shí)際位置,并按照施工圖紙標(biāo)注順序進(jìn)行施工。常規(guī)情況下,紋管與預(yù)應(yīng)力筋安裝質(zhì)量對(duì)預(yù)應(yīng)力體系質(zhì)量有著直接影響,因此,在施工過(guò)程中,需要嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量,避免混凝土澆筑過(guò)程中波紋管出現(xiàn)位移、堵塞等問(wèn)題。更需要注意的是,在施工之前應(yīng)嚴(yán)格檢查波紋管質(zhì)量,另外,施工過(guò)程中,需要合理控制波紋管定位,其與鋼筋網(wǎng)之間的距離應(yīng)保持在3 mm以內(nèi),按照曲線段在0.5 m以內(nèi),直線段在1 m以內(nèi)進(jìn)行布設(shè)。在此期間,采用的穿束工藝為整束,預(yù)應(yīng)力筋加工時(shí),允許偏差見(jiàn)表2。

表2 預(yù)應(yīng)力筋加工允許偏差

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用存在結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、預(yù)應(yīng)力筋布置困難和張拉控制難度大等難點(diǎn)。重點(diǎn)在于鋼絞線下料和穿束的精度,以及張拉控制設(shè)備的采用和計(jì)算實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí),需要嚴(yán)格遵守施工流程規(guī)范,控制施工進(jìn)度和溫度等因素,確保預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量和安全。預(yù)應(yīng)力技術(shù)是橋梁工程中重要的技術(shù)手段,可以提高橋梁的承載能力和使用壽命。