袁瑞河

（北京市市政專業(yè)設(shè)計(jì)院股份公司山西分公司， 山西 太原 030000）

市政路橋工程在長期的使用過程中， 受外界荷載的影響， 容易發(fā)生形變， 加大養(yǎng)護(hù)難度的同時(shí)， 影響路橋工程項(xiàng)目的使用壽命， 而在路橋工程施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)， 可以一定程度上提升路橋工程的承載力， 增加路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性， 達(dá)成增加市政路橋工程實(shí)際使用壽命的目標(biāo)。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是在路橋施工中， 通過預(yù)先埋設(shè)波紋管后送筋張拉、 或先張拉后澆筑混凝土的方式， 來給路橋混凝土結(jié)構(gòu)施加壓應(yīng)力， 用來抵消實(shí)際運(yùn)營過程中路橋結(jié)構(gòu)所承受的部分荷載帶來的拉應(yīng)力， 以此來達(dá)到提高路橋結(jié)構(gòu)剛度、 增強(qiáng)路橋構(gòu)件耐久性、 延長路橋結(jié)構(gòu)使用壽命為目的的一種施工技術(shù)。 需要注意的是， 在市政路橋工程施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)， 需要在路橋結(jié)構(gòu)承受外荷載前， 依據(jù)橋梁規(guī)模和道路性質(zhì)， 來劃分好橋梁所受荷載等級， 在會受荷載用變形的區(qū)域施加一定的壓應(yīng)力， 進(jìn)而改變路橋結(jié)構(gòu)的使用性能及結(jié)構(gòu)型式， 提升路橋結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性。

2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的分類

預(yù)應(yīng)力技術(shù)分為先張法與后張法兩種， 先張法主要是先設(shè)好臺座， 按照要求水平鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋， 對預(yù)應(yīng)力筋 (鋼絞線) 進(jìn)行張拉， 張拉到設(shè)計(jì)要求后， 開始捆扎非預(yù)應(yīng)力筋鋼籠， 澆筑混凝土結(jié)構(gòu)， 待混凝土達(dá)到應(yīng)用的強(qiáng)度后， 放張并切割預(yù)應(yīng)力筋， 最后拆除臺座。 先張法具有施工簡單、 自身粘結(jié)力強(qiáng)、 錨具可以重復(fù)使用、 大批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定等桌優(yōu)勢， 適用于中小型混凝土構(gòu)件的批量化生產(chǎn)， 缺點(diǎn)是需要一定的施工場地， 且需要事先配好一些列生產(chǎn)設(shè)備， 如坐臺設(shè)備、 養(yǎng)護(hù)池等， 一次性投資較大， 且先張法由于是先固定后澆筑， 因此先張法的預(yù)應(yīng)力筋多為直線布置， 曲線布置較為困難； 后張法是在澆筑混凝土構(gòu)件的過程中先埋設(shè)波紋管， 待澆筑的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求后， 往波紋管內(nèi)送入預(yù)應(yīng)力筋 (鋼絞線)， 使用張拉機(jī)開始張拉， 后張法產(chǎn)生的張拉力能夠高達(dá)幾百噸， 同時(shí)， 與先張法相比， 后張法不需要事先固定臺座、 也不需要另外開辟加工場地， 可以直接在路橋施工過程中開展施工作業(yè)， 且后張法中的預(yù)應(yīng)力筋布置較為靈活， 可以根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求， 直線或曲線鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋， 能夠用來制作大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。 缺點(diǎn)是后張法用來進(jìn)行預(yù)應(yīng)力固定的錨具， 會被永久固定在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中， 成為混凝土結(jié)構(gòu)的一部分， 不僅能夠在張拉的過程中起到一定作用， 還能夠在混凝土結(jié)構(gòu)的日后使用中起到傳遞預(yù)應(yīng)力的作用。缺點(diǎn)是這種方法不適合用于小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，費(fèi)用較高。

3 市政路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值

3.1 延長路橋結(jié)構(gòu)的使用壽命

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在實(shí)際的市政路橋工程施工中，都是按照高標(biāo)準(zhǔn)、 高質(zhì)量的要求， 來對鋼材、 混凝土、 波紋管等建筑材料進(jìn)行選擇的， 能夠充分保障預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的施工質(zhì)量， 進(jìn)而保障路橋工程整體質(zhì)量。 同時(shí)， 混凝土構(gòu)件作為路橋工程主體結(jié)構(gòu)， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中施加的壓應(yīng)力， 能夠?qū)⒌窒糠致窐蚬こ踢\(yùn)營中受到的外部荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止混凝土裂縫的過早出現(xiàn)， 延長路橋結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低路橋工程養(yǎng)護(hù)成本， 能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏的局面， 節(jié)省當(dāng)?shù)刎?cái)政開支。

3.2 增強(qiáng)路橋結(jié)構(gòu)的抗震性能

在市政路橋工程施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)， 主要是使用鋼絞線張拉， 對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件事先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力處理， 并借助混凝土構(gòu)件來增加路橋工程強(qiáng)度。 在實(shí)際的市政路橋工程施工中， 應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)產(chǎn)生的壓應(yīng)力能夠與結(jié)構(gòu)荷載相互抵消， 相關(guān)的技術(shù)人員可以根據(jù)混凝土構(gòu)件的實(shí)際情況， 對預(yù)應(yīng)力的受力方向及力度大小進(jìn)行合理控制， 從而將外部荷載壓力對滬寧土結(jié)構(gòu)的破壞效果降到最低， 增強(qiáng)路橋結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.3 提高路橋結(jié)構(gòu)的整體性

市政路橋工程在設(shè)計(jì)的過程中， 除了要考慮到工程本身的功能性外， 還要結(jié)合整個(gè)城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)來進(jìn)行綜合性考慮， 尤其是在路橋工程建設(shè)難度不斷增加的當(dāng)下， 為了保障路橋工程施工安全， 人們對路橋的施工技術(shù)水平也有了更高要求， 再加上城市土地資源緊缺， 使得路橋工程在設(shè)計(jì)上， 不僅要節(jié)約空間占有率， 還應(yīng)具有更高的承載力， 以滿足城市不斷增長的出行需求。 預(yù)應(yīng)力具有的空間效應(yīng)可以與路橋的彎矩內(nèi)力相互抵消， 能夠在大大提升路橋荷載的同時(shí)，提高路橋結(jié)構(gòu)的整體性。

3.4 提升路橋結(jié)構(gòu)的耐久性

市政路橋工程的實(shí)際壽命與路橋結(jié)構(gòu)的耐久性掛鉤，在市政路橋施工中， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用能夠在最大限度上提升鋼筋混凝土的外部荷載承受能力， 延緩并減少鋼筋混凝土裂縫的產(chǎn)生， 從而提升路橋結(jié)構(gòu)的耐久性。

4 后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的要點(diǎn)

4.1 預(yù)應(yīng)力施工材料選擇

后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)所要用到的施工材料種類較多， 有預(yù)應(yīng)力錨具、 鋼絞線、 波紋管等， 應(yīng)在施工前， 做好各類施工材料的質(zhì)量檢查工作， 確保各類施工材料的性能參數(shù)與設(shè)計(jì)規(guī)范要求相符；

4.1.1 預(yù)應(yīng)力錨具

預(yù)應(yīng)力錨具進(jìn)場時(shí)， 應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求， 對預(yù)應(yīng)力錨具的硬度、 外觀、 尺寸等進(jìn)行仔細(xì)檢查， 并對錨固的錨固性能進(jìn)行檢測， 判斷即將被投入到實(shí)際使用中的預(yù)應(yīng)力錨具的錨固性能夠達(dá)到預(yù)期要求。 其中， 在對預(yù)應(yīng)力錨具外觀尺寸進(jìn)行檢查時(shí)， 抽檢量應(yīng)為預(yù)應(yīng)力錨具總量的10%， 且參與抽檢的預(yù)應(yīng)力錨具數(shù)量不得低于10 套。 針對部分有特殊硬度要求的部件， 如預(yù)應(yīng)力錨具鏈接器 (如圖1)等， 還應(yīng)對其進(jìn)行硬度試驗(yàn)。 需要注意的是， 在對預(yù)應(yīng)力錨具的性能進(jìn)行檢測時(shí)， 如果發(fā)現(xiàn)被檢測錨具的某個(gè)試件測試結(jié)果不達(dá)標(biāo)， 應(yīng)抽取不低于20 套的樣品錨具， 繼續(xù)進(jìn)行檢測， 此次檢測結(jié)果仍舊不達(dá)標(biāo)，那么該批次的所有預(yù)應(yīng)力錨具都應(yīng)被判定為不合格。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨具鏈接器

4.1.2 鋼絞線

在對鋼絞線 (如圖2) 進(jìn)行分批驗(yàn)收時(shí)， 要認(rèn)真核對該批次鋼絞線的包裝、 標(biāo)志、 規(guī)格、 質(zhì)量證明書， 同時(shí)， 向鋼絞線經(jīng)銷商或生產(chǎn)廠家所要對應(yīng)批次鋼絞線的彈性模量值。 通過分批次對鋼絞線進(jìn)行表面質(zhì)量、 直徑偏差、 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)， 獲得相關(guān)的檢測報(bào)告，并比對鋼絞線的彈性模量值， 如果二者誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)， 則判定該批次鋼絞線合格， 反之， 不合格。

圖2 鋼絞線

4.1.3 波紋管

預(yù)應(yīng)力波紋管檢測內(nèi)容應(yīng)包括外觀、 柔韌性、 抗沖擊性、 抗彎曲滲漏、 局部橫向荷載等方面。 如果預(yù)應(yīng)力波紋管為塑料波紋管， 其每批的檢查數(shù)量應(yīng)不大于10000m。 此外， 波紋管的存放時(shí)間不能超過六個(gè)月， 如果是室外存放， 應(yīng)在波紋管底部進(jìn)行支墊并覆蓋保存， 不能讓波紋管與地面接觸， 也不能讓其直接暴露在空氣中。

4.2 預(yù)應(yīng)力施工設(shè)備

路橋工程施工中實(shí)施后張法， 需要用到張拉設(shè)備、 孔道壓漿機(jī)等， 其中， 張拉設(shè)備又分為張拉千斤頂、 張拉機(jī)等； 需要注意的是使用張拉設(shè)備進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉前， 要對張拉設(shè)備的安全性及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢查， 為后續(xù)的預(yù)應(yīng)力施工做好基礎(chǔ)。

在使用過程中， 實(shí)際張拉工作狀態(tài)與標(biāo)定千斤頂?shù)幕钊\(yùn)動方向相同時(shí)， 如果千斤頂出現(xiàn)千斤頂或壓力表異常、 張拉次數(shù)大于300 次、 使用時(shí)間大于6 個(gè)月、 千斤頂檢修或更換過配件等情況， 應(yīng)及時(shí)對其進(jìn)行重新標(biāo)定。

4.3 安裝波紋管

為充分保障波紋管的安裝施工質(zhì)量， 相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)施工圖紙要求， 對波紋管的定位位置進(jìn)行精確計(jì)算， 確保波紋管安裝位置的準(zhǔn)確性。 由于后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)是先將波紋管固定在鋼筋構(gòu)件中，穿越鋼筋管道， 而后進(jìn)行澆筑， 澆筑后在通過應(yīng)力張拉機(jī)， 將應(yīng)力筋穿過波紋管進(jìn)行張拉， 一旦澆筑， 便不能再改變波紋管的安裝位置， 因此為了確保后續(xù)張拉的效果， 波紋管的定位位置必須準(zhǔn)確無誤， 將誤差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 具體的允許偏差參數(shù)如表1 所示。

表1 后張法預(yù)應(yīng)力管道安裝允許偏差

在預(yù)應(yīng)力波紋管的安裝時(shí)， 選用直徑為5mm的Ⅰ級鋼筋來制作用于固定波紋管的井字形定位架或U形定位架， 波紋管的直線段每隔80cm安裝一個(gè)用來固定波紋管的定位架， 曲線段則每隔40cm裝一個(gè)定位架， 同時(shí)在施工中要確保梁體鋼筋管道與定位鋼筋間的連接可靠、 牢固， 且確保波紋管固定位置與設(shè)計(jì)要求相符合。

其次， 需要注意的是波紋管連接處的接頭不能存在角度變化， 避免在波紋管后續(xù)的混凝土澆筑中發(fā)生移動， 同時(shí)對波紋管接頭處進(jìn)行較為嚴(yán)密的纏裹， 避免水泥砂漿滲入到波紋管內(nèi)， 從而影響后續(xù)的預(yù)應(yīng)力筋穿束或張拉效果。

4.4 安裝鋼絞線

先張法使用的鋼絞線為單根， 多跟鋼絞線水平放置同時(shí)， 用坐臺固定進(jìn)行張拉； 而后張法用的鋼絞線則是多股線扎結(jié)成束， 在實(shí)際的施工中， 鋼絞線的安裝有四個(gè)步驟， 即開盤、 下料、 穿束、 錨固， 為了保障張拉效果， 應(yīng)各個(gè)控制鋼絞線各個(gè)安裝環(huán)節(jié)的安裝參數(shù)與細(xì)節(jié)， 具體如下。

4.4.1 開盤

在開盤前， 要借助支架將鋼絞線進(jìn)行牢固固定，避免鋼絞線在張拉的過程中散開彈傷人。

4.4.2 下料

在用料時(shí)， 鋼絞線離地高度為20cm左右， 防止鋼絞線在穿束時(shí)， 發(fā)生銹蝕。 相關(guān)的施工人員要結(jié)合實(shí)際情況， 對預(yù)應(yīng)力孔道長度、 千斤頂長度、 工具夾具厚度等進(jìn)行詳細(xì)分析， 以此來對下料長度進(jìn)行應(yīng)嚴(yán)格控制， 過長會導(dǎo)致鋼絞線浪費(fèi)， 過短會發(fā)生脫錨。確定好鋼絞線下料長度后， 使用砂輪或切斷機(jī)切斷鋼絞線。

4.4.3 穿束

在穿束的過程中， 為了避免鋼絞線穿破孔道， 降低穿束阻力， 可以用錐形套對鋼絞線進(jìn)行包裹后， 在送入穿束機(jī)穿入端時(shí)， 如果孔道較長， 可以使用穿束機(jī)對鋼絞線進(jìn)行逐根穿入。 為了保障穿束安全， 避免鋼絞線在穿束時(shí)， 因擺動過大而傷人， 必須在穿束作業(yè)區(qū)周邊設(shè)置警示牌， 禁止非作業(yè)人員靠近。 如果孔道較短， 可以對鋼絞線進(jìn)行編束， 而后整體穿入孔道。 在這個(gè)過程中， 要將鋼絞線理順， 確保編束后的鋼絞線松緊一致、 牢固， 不會再穿束過程中散開， 增加穿束難度。 為了防止后續(xù)張拉過程中， 鋼絞線在預(yù)應(yīng)力的作用下刺破管道， 在對鋼絞線編束時(shí)， 用20號鋼絲， 每隔1m對鋼絞線進(jìn)行綁扎， 且鋼絲扣必須插入到鋼束內(nèi)側(cè)， 不得外露。

4.4.4 錨固

固定端錨具安裝應(yīng)在穿束結(jié)束后進(jìn)行， 工程使用的預(yù)應(yīng)力筋、 夾具、 錨具應(yīng)配套使用。 預(yù)埋在混凝土內(nèi)部的波紋管， 在端部設(shè)置了錨墊板與螺旋筋， 在預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束完畢后， 安裝上相應(yīng)的錨具， 進(jìn)行固定， 保障每根鋼絞線都能牢固夾住， 錨墊板與錨具間緊密接觸， 不留間隙。

4.5 張拉施工

預(yù)應(yīng)力鋼絞線安裝固定后， 也要對端部留出的鋼絞線長度進(jìn)行仔細(xì)檢查， 確認(rèn)其是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求， 如果鋼絞線的長度不符合要求， 應(yīng)及時(shí)調(diào)整混凝土構(gòu)件兩段伸出的鋼絞線長度， 使其長度符合預(yù)期要求。 在張拉施工時(shí)， 相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)， 對工具錨、 限位板、 千斤頂?shù)仍O(shè)備進(jìn)行安裝， 盡可能讓千斤頂、 工具錨、 限位板扥設(shè)備的中心點(diǎn)位于同一水平軸線上， 只有這樣才能讓應(yīng)力筋中心線與張拉方向保持一致。 張拉前， 技術(shù)人員應(yīng)對混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測， 鋼筋混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度與彈性模量必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求， 符合設(shè)計(jì)要求， 且達(dá)到合同要求， 并經(jīng)過現(xiàn)場檢驗(yàn)人員復(fù)檢合格后， 才能進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉， 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行張拉。

張拉完畢后， 待鋼絞線回縮達(dá)到設(shè)計(jì)要求后， 用砂輪機(jī)切除多余鋼絞線， 需要注意的是錨段外鋼絞線預(yù)留長度不得低于3cm， 最后用水泥砂漿封閉錨頭。

4.6 孔道壓漿

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的目的是防止鋼絞線銹蝕， 減輕錨具負(fù)擔(dān)， 充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋與混凝土應(yīng)有的作用，為充分保障預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量， 應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

4.6.1 確保水泥漿制備質(zhì)量

通常選用強(qiáng)度大于42.5 的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥， 來制備孔道壓漿用的水泥漿， 同時(shí)，制備泥漿用水中的氯化物含量應(yīng)低于350mg/L， 且水中不能含有會破壞水泥性能與預(yù)應(yīng)力筋性能的有害成分選用鈣礬系膨脹劑或復(fù)合型膨脹劑來制備水泥漿，同時(shí)， 孔道壓漿用水泥漿的水灰比為0.3 ～0.35。 最后， 水泥砂漿在制備完成后3h 的泌水率為2%～3%，而且水泥砂漿能在24h 內(nèi)將泌水全部吸收。

4.6.2 嚴(yán)把孔道壓漿施工細(xì)節(jié)

壓漿前要對孔道進(jìn)行清理， 待壓漿泵口流出的漿體稠度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)， 開始壓漿作業(yè)。 如果孔道屬于水平類型或彎曲較短時(shí)， 壓漿泵壓力為 0.5 ～0.7MPa， 如果孔道較長時(shí)， 壓漿泵壓力最大值為1.0MPa。 為了保障孔道壓漿， 在對同一孔道進(jìn)行壓漿時(shí)， 應(yīng)確保漿體的連續(xù)、 均勻、 緩慢進(jìn)行， 必須一次完工， 不得中途斷掉。 當(dāng)壓漿充盈度達(dá)到規(guī)定要求后， 要及時(shí)關(guān)閉出漿口。

4.6.3 壓漿施工注意事項(xiàng)

壓漿應(yīng)從低到高、 由下向上有序進(jìn)行； 同一孔道壓漿必須一次完成， 中途不得打斷， 如果中間停頓超過20min， 必須將已壓入的水泥漿清洗干凈， 重新進(jìn)行孔道壓漿。

5 結(jié)語

綜上所述， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用， 能夠在最大限度上提升市政路橋結(jié)構(gòu)的使用壽命、 抗震性能、 整體性、 耐久性， 為此， 我們要在不斷的摸索與研究中，進(jìn)一步提升預(yù)應(yīng)力技術(shù)在市政路橋工程中的實(shí)際應(yīng)用效果， 更好地保障市政路橋工程的安全質(zhì)量。