公路橋梁施工中預應力施工技術的應用分析

鐘菁

（贛州市公路發展中心興國分中心，江西贛州 341000）

0 引言

公路橋梁作為現代交通基礎設施的重要組成部分，在連接城市、促進經濟發展、改善生活質量等方面扮演著關鍵的角色。為了確保這些公路橋梁的安全性、可持續性和長期耐久性，工程師們一直在不斷尋求創新的施工技術和工程方法，在這個背景下，預應力施工技術的應用已經成為公路橋梁建設中不可或缺的一部分，所以，現階段工程行業需要繼續對預應力施工技術進行深入分析，以促進其更廣泛的應用，為公路橋梁的可持續發展和安全性作出貢獻。

1 公路橋梁施工中預應力施工技術應用的意義

1.1 提高公路橋梁結構的承載能力

在現階段的公路橋梁工程施工中，建設單位借助預應力施工在混凝土結構內部引入預加載的張力，有效提高結構的抗彎能力、減少應力和變形，且預應力鋼結構抵消了公路橋梁外部荷載，才能夠顯著增加當前公路橋梁結構的承載能力，為公路橋梁建設提供更安全、更可靠的交通和環境條件。以某公路橋梁工程的建設為例，在提高公路橋梁結構承載能力上，預應力施工的價值主要體現在以下幾個方面：首先，建設單位通過預應力施工，加入每段12 組的扣型鋼筋結構，使混凝土結構內部引入了張力，該結構可以抵消公路橋梁在使用過程中產生的外部荷載，如交通荷載、風荷載等，降低了道路結構受力的程度。其次，預應力施工中建設的連接結構可以減小公路橋梁混凝土中的應力和變形，在該項目中，道路路面在橫向受力情況下，建設單位采用2×7 高強度型預應力基本鋼絞線進行預應力施工，選擇施工參數為直徑17.2mm、抗拉強度為1750MPa、線身重量為1.51kg/m 的材料作為預應力施工的力筋材料，適應公路橋梁建設結構設計復雜、搭設跨度大的施工要求，不僅減小了混凝土的開裂和變形可能性，還提高了結構的耐久性和承載能力[1]。

1.2 降低工程成本

預應力施工在公路橋梁工程中的應用，能夠幫助工程建設降低部分維護與材料成本，通過加速施工進程、提升施工材料使用效益，使工程建設的可行性得到保障。如表1 所示，在針對某一公路橋梁施工段進行施工規劃的過程中，建設單位基于預應力施工方案及常規施工方案進行可持續性分析，總結出采用預應力施工，不僅能夠有效保障工程建設質量，還能夠加快公路橋梁工程的建設進度，預應力筋支架定位與路基定位、預應力筋穿束與鋼架架設等施工步驟能夠在一定程度上出現更迭與創新，使工程方案內的建設成本大幅度降低。其主要的表現有：首先，由于預應力施工中可以通過加入預應力鋼束來起到支撐與穩定的作用，所以，該施工工序可以在一定程度上代替道路鋼架的埋設這一施工流程，且預應力施工設施的混凝土結構截面尺寸相對較低，所需的混凝土材料及鋼筋材料用量相較于一般的施工較少，而這也為減少施工材料成本奠定基礎。其次，由于預應力施工的引入，公路橋梁工程施工需要在完成板下層鋼筋綁扎、預應力筋穿束、混凝土澆筑養護等少數工序后，便能達到工程方案的設計強度，這樣一種技術方法相較于傳統的公路橋梁施工而言，能夠減少公路橋梁建設當中的工序流程，使公路橋梁能夠盡快完成拆模并投入使用，這樣一種方法大幅度減少公路橋梁工程施工的時間，從而降低施工成本及項目時間成本[2]。

表1 預應力施工下的工程效益分析

2 公路橋梁施工中預應力施工技術應用難點

2.1 計算分析難點

預應力施工需要經過復雜的工程計算，才能確保正確的張力施加和混凝土結構的設計，其中包括張力的大小、位置、張力錨固點的選擇等，正因如此，要想精確計算這些參數，確保結構的穩定性和安全性，公路橋梁施工中預應力施工計算分析必然會伴隨一定的困難與問題。首先，在預應力鋼束的張力計算上，其工作難點表現在確定適當的預應力力量之上，即工程計算需要考慮張力的大小和分布，這就要求工程師需要綜合考慮到橋梁的幾何形狀、荷載情況、混凝土和預應力材料的特性等因素，才能得出精確的工程計算結果這就增加了施工難度。其次，預應力施工中的材料和結構之間存在相互關系，稱為系統效應，這包括鋼束、錨固系統、混凝土等各個部分的相互作用，而這些效應必須在計算分析中得以考慮，如：在預應力施工中，混凝土、鋼筋和預應力材料的性質會使計算發生非線性變化，特別是在大荷載的影響下出現計算誤差，這增加了計算的復雜性[3]。

2.2 預應力技術落后

預應力施工技術水平不足可能導致一系列不利影響，包括安全問題、質量問題、額外成本和項目延期，降低了公路橋梁工程的效率和可持續性。結合實際的公路橋梁工程項目中來看，預應力施工技術水平不足的表現主要有：由于正確的錨固是預應力施工技術的一個關鍵部分，其確保張力能牢固地傳遞到混凝土結構中，所以，如果預應力施工技術水平不足，且表現在錨固點的選擇不當、錨固過程的定位出現誤差等工序中，則會影響到預應力結構張力的傳遞和結構的穩定性。其次，如圖1 所示，在實際施工過程中，預留孔道是埋設預應力結構的前提條件，如果圖中顯示的預應力筋位置不能滿足設計要求，則會導致預應力結構的設計與實際施工中的鋪設方法存在誤差，并會出現公路橋梁建設設施的碰撞問題，影響施工的實際效果[4]。

圖1 預應力技術問題之表現

2.3 質量控制難點

預應力施工技術質量控制的難點會對公路橋梁工程產生多方面的影響，包括結構安全、經濟效益等，預應力施工中的質量問題導致預應力結構受損，如預應力損失、材料缺陷或不合格的錨固，大幅度影響公路橋梁結構的安全性和可靠性。典型的表現有：首先，在預應力結構的張力控制上，預應力結構施加的張力必須與設計要求相符，否則會導致結構不穩定，而過度的張力可能損壞混凝土，正因如此，調整和監測張力的準確性是一項復雜的任務。其次，在材料質量的控制上，根據《預應力混凝土結構設計規范》（JGJ 369—2016）的要求，預應力結構建設涉及的材料需要達到公路橋梁工程檢驗認證標準，才能夠正式應用到工程施工當中，如果期間出現材料質量問題，則會導致預應力施工技術的使用效果受到直接影響。例如：在預應力筋的使用中，不同參數及規格的鋼絞線所對應的摩擦系數取值存在顯著差異，如：緩黏結性的鋼絞線摩擦系數取值可達0.12 及以上，無黏結性的鋼絞線摩擦系數則最高可達0.1，而在工程建設中，如果鋼絞線摩擦性能無法達到預期標準，則會使預應力鋼束或鋼筋的錨固質量受到影響。

3 公路橋梁施工中預應力施工技術的應用要點

3.1 明確預應力施工技術參數

在公路橋梁施工中，如果需要選用預應力施工來輔助工程的建設，則建設單位應當提前通過決策來確定預應力施工的各項參數指標，為預應力施工技術的應用奠定基礎。為此，建設單位可以分別從材料設計參數、結構設計參數、工程器械參數等多類型，對施工參數進行詳細分析，如：某建設單位在材料參數的設計上，考慮到單段公路橋梁的跨度較大，因此施工中采用2×6 標準型高強度緩黏結預應力筋進行施工，并配置直徑為16.2mm、單條抗拉強度值≥1800MPa 的材料進行現場施工；而在預應力孔道的灌漿材料選擇中，選取材料強度為50MPa 的高強度硅酸鹽水泥混合為灌注泥漿，保障其水膠比參數在0.25～0.35，最終使建設的預應力混凝土層質量達到預期標準。

3.2 設計完善的預應力施工流程

施工工藝流程的設計是預應力施工規劃的重要環節，建設單位需要著重關注該工作要點，根據公路橋梁工程建設的實際需求，合理調整各項工序以及工藝技術的組成，這樣才能夠盡可能地提高預應力施工在公路橋梁工程建設中的使用質量。參考某建設單位在預應力施工工藝流程中的設計方法：首先，考慮到適用于該公路橋梁工程建設的預應力施工辦法為緩黏結預應力筋施工，因此建設單位全程控制預應力梁在張拉施工前，避免拆除梁底的支撐架構，從而為各項工藝流程的正常實施提供作業條件。其次，為了有序銜接緩黏結預應力固定端的預埋安裝作業，建設單位提前制作相應規格的預應力筋材料，并確保材料規格的偏差系數≤0.03，優化預應力筋的布設效果。此外，在預應力筋張拉端預埋安裝中，為保證多條預應力筋的端頭能有效銜接，建設單位通過模擬計算各路段預應力筋的連接長度，部分計算方法如式（1）所示，并選擇其中連接效果較好的設計方案作為工程既定方案，使埋設后的預應力筋能夠順利完成張拉、封錨等工序流程。

式（1）中：L表示預應力筋施工設計長度；P表示單一路段所需的預應力總值；fp表示預應力筋的張力應力；Ap表示預應力筋的截面參數。

3.3 落實施工中的質量管理工作

施工過程中的質量管理，對于保障工程建設質量與效率、優化預應力施工效果具有關鍵作用，在施工過程中，建設單位應針對每一道工序設置相應的質量管理與監控工作，保障運力施工的有序進行。以預應力鋼束的預埋安裝工序為例：首先，由于預應力張拉端的張拉方式根據施工要求發生變化，因此，施工過程應當對預應力鋼束的張拉方式及其可行性進行質量分析，針對質量不合格的工藝方法，在作業面板端處采用突出板面法，以便澆筑后的預應力鋼束能夠實現精準定位。其次，考慮到預埋過程中的澆筑混凝土需要達到一定強度后才能保障張拉質量，即混凝土強度應當達到設計強度的100%、澆筑位置的張拉總應力應當達到混凝土強度的75%及以上、張拉伸長值偏差應≤6%，控制以上指標達到施工設計標準的基礎上，才能夠繼續進行澆筑工作，保障預應力施工的有序進行。

3.4 執行施工全過程中的計算分析工作

為了得到能夠用于預應力施工的施工數據及工程參數，施工中應當由建設單位帶頭對實際施工的數據進行采集與分析，將獲取的施工參數進行匯總，并對比施工方案及圖紙中提供的數據信息，以便及時排查預應力施工中存在的風險問題，保障預應力施工的安全性。參考某施工單位在預應力施工中的做法：為了確保預應力結構的最終形態、承載能力及性能能夠達到預期要求，施工中應時刻對預應力筋的伸長值數據進行計算，并綜合考慮其在荷載作用下的變形、應力分布等因素的影響，獲取準確度較高的施工數據。如式（2）所示，基于該公式對施工中的預應力筋伸長值進行計算，得出的計算結果能夠用于確定預應力筋的初始長度，為施工時的正確安裝提供基礎條件。

式（2）中：ΔL 表示預應力筋的伸長值；P 表示預應力筋的施加預應力；L 表示預應力筋長度；A 表示預應力筋的截面積；E 表示預應力筋彈性模量。

3.5 預應力混凝土的配制及澆筑方法

預應力混凝土澆筑環節中，建設單位需采用合適的混凝土材料進行材料配制，并按照預應力設施的建設需求進行澆筑，這樣才能確保公路橋梁工程的預應力施工效果達到預期要求。首先，在預應力混凝土的配置上，公路橋梁工程中常用的預應力混凝土材料包括普通硅酸鹽水泥、粗骨料混合混凝土等進行級配，并確?；炷恋牧皆?～18mm 之間，使澆筑后的設施整體更加均勻、穩定。其次，在澆筑方法的使用上，針對大型公路橋梁預應力混凝土的澆筑，施工中應當采用分層澆筑的方式，即提前鋪設混凝土試組塊，并加鋪一層砂漿來增加其穩定性，在混凝土完全作用的基礎上，繼續進行深層澆筑，直到預應力混凝土設施完全成型，這樣才能使建設的公路橋梁設施強度等級達到設計要求。最后，在振搗過程中，施工人員需要保持振搗器在混凝土中逐漸移動，以確保整個混凝土體積都得到均勻的振實，避免將振搗器長時間停留在一個位置，導致混凝土分層或剝落。

4 結語

綜上所述，預應力施工技術的應用在公路橋梁建設中已經成為一項不可或缺的工程創新。通過這一技術，建設單位能夠創造更加堅固、耐久和高性能的橋梁，為城市的互聯互通提供了更可靠的基礎設施，所以，預應力施工技術為公路橋梁建設帶來顯著的改進，提高了橋梁的質量和可持續性。在未來，工程行業需要對該技術的應用進行不斷的研究和創新，以克服其所面臨的挑戰，并確保其可靠性。