陳元城

廣州市第一市政工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

道路和橋梁作為基礎(chǔ)交通設(shè)施的重要組成部分，對于城市的發(fā)展和經(jīng)濟的繁榮起著至關(guān)重要的作用。預應力技術(shù)作為一種先進的施工技術(shù)，在道路和橋梁工程中得到了廣泛應用。預應力技術(shù)通過在混凝土構(gòu)件中施加預先設(shè)計的壓應力，可以有效地提高結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性，同時減小變形和裂縫的產(chǎn)生，提高工程的安全性和可靠性。隨著城市交通的發(fā)展和對交通設(shè)施要求的不斷提高，越來越多的道路和橋梁工程采用預應力技術(shù)進行施工。然而，在實際的施工過程中，預應力技術(shù)也面臨著一些存在的問題和挑戰(zhàn)。因此，對于預應力技術(shù)在道路和橋梁施工中的應用及其存在的問題進行深入研究和探討，具有重要的理論和實踐意義。

1 預應力技術(shù)概述

1.1 預應力概念與發(fā)展歷程

預應力技術(shù)是一種通過在混凝土結(jié)構(gòu)中施加預先確定的軸向拉力，以增強結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性的方法。預應力技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段。在預應力技術(shù)的發(fā)展過程中，隨著對材料和結(jié)構(gòu)性能的深入研究，不斷提出了新的理論和方法。預應力技術(shù)從最初簡單的應力傳遞到混凝土中，逐漸發(fā)展為在結(jié)構(gòu)中施加不同方向和大小的預應力，以實現(xiàn)更好的力學性能和結(jié)構(gòu)效果。

1.2 預應力基本原理

預應力是通過在混凝土結(jié)構(gòu)中施加預先應力，以抵消荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，并增加結(jié)構(gòu)的承載能力和變形能力。預應力的基本原理是利用預應力鋼束或鋼筋施加拉力，通過鋼與混凝土的黏結(jié)力來傳遞預應力，使混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下能夠承受拉應力。預應力的拉應力對混凝土結(jié)構(gòu)起到兩方面的作用：一方面，通過預先施加的拉應力，混凝土在荷載作用下產(chǎn)生的拉應力得到抵消，從而減小了混凝土中的裂縫和變形；另一方面，由于預應力的引入，混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力得到提高，使得結(jié)構(gòu)能夠更有效地抵抗荷載，并延長使用壽命。

1.3 預應力技術(shù)分類

預應力技術(shù)可以根據(jù)施工過程中施加預應力的方式和方法進行分類。根據(jù)施加預應力的方式，預應力技術(shù)可分為預張預應力和預應力張拉兩種類型。預張預應力是在構(gòu)件澆筑前通過預張設(shè)備施加預應力，以抵消混凝土收縮和溫度變形產(chǎn)生的內(nèi)力。預應力張拉是在混凝土構(gòu)件澆筑后，通過張拉預應力鋼束，使混凝土構(gòu)件受到壓應力的作用。根據(jù)預應力施加的方法，預應力技術(shù)可分為直接預應力和間接預應力兩種類型。直接預應力是通過預應力鋼束直接與混凝土構(gòu)件連接，將預應力直接傳遞給混凝土。間接預應力是通過預應力鋼束與混凝土構(gòu)件之間的預應力傳遞裝置（如壓板、錨具等）傳遞預應力[1]。

2 預應力技術(shù)在道路與橋梁施工中的應用

2.1 預應力技術(shù)在道路工程中的應用

2.1.1 道路預應力技術(shù)需求與優(yōu)勢。道路預應力技術(shù)的需求主要源于以下幾個方面：首先，預應力技術(shù)可以有效地增加道路的承載能力，提高道路的耐久性和安全性。其次，預應力技術(shù)可以減少道路的變形和沉降，降低維護和修復成本。此外，道路預應力技術(shù)還能夠提高道路的抗震性能，增加道路的抗震穩(wěn)定性，保障交通運輸?shù)陌踩?。道路預應力技術(shù)的優(yōu)勢在于可以充分利用材料的高強度和高剛度，提高道路的結(jié)構(gòu)性能；預應力技術(shù)可以使道路構(gòu)件之間產(chǎn)生壓應力，增強連接性能，減小開裂和位移，提高道路的整體性能；此外，預應力技術(shù)還可以延長道路的使用壽命，提高投資回報率。因此，道路預應力技術(shù)的需求和優(yōu)勢使其成為現(xiàn)代道路工程中不可或缺的重要技術(shù)手段。

2.1.2 道路預應力施工關(guān)鍵技術(shù)。在道路預應力施工中，預應力錨固系統(tǒng)的設(shè)計和施工是主要技術(shù)內(nèi)容，涉及選擇適當?shù)腻^具類型和位置，確保錨固點的強度和穩(wěn)定性。其次是預應力損失與延長的控制，由于材料的彈性變形和外界因素的影響，預應力構(gòu)件可能會發(fā)生一定程度的損失。因此，需要采取措施來控制損失并延長預應力的有效使用期限。此外，預應力構(gòu)件的監(jiān)測和維護也是關(guān)鍵技術(shù)之一，通過監(jiān)測預應力構(gòu)件的狀態(tài)和性能，及時進行維護和修復，確保其正常運行和使用壽命。這些關(guān)鍵技術(shù)的合理應用和改進將對道路預應力施工的質(zhì)量和安全起到重要的作用。

2.2 預應力技術(shù)在橋梁工程中的應用

2.2.1 橋梁預應力技術(shù)需求與優(yōu)勢。橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，需要具備較大的承載能力和穩(wěn)定性。預應力技術(shù)通過在構(gòu)件內(nèi)施加預先的軸向拉力，能夠有效地抵抗橋梁在使用過程中的荷載變形，提高其抗彎能力和承載能力，從而滿足設(shè)計要求。通過施加預應力，可以改善橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度和變形性能，減少裂縫的產(chǎn)生和擴展，提高橋梁的耐久性和使用壽命。同時，預應力技術(shù)還可以減小橋梁結(jié)構(gòu)的振動響應，提高橋梁的舒適性和安全性。此外，橋梁預應力技術(shù)還能夠優(yōu)化橋梁的結(jié)構(gòu)形式和材料利用率，預應力可以減小橋梁結(jié)構(gòu)的截面尺寸，降低自重和荷載引起的應力，從而減輕了橋梁的材料消耗和施工難度。同時，預應力技術(shù)還可以實現(xiàn)跨度較大的橋梁結(jié)構(gòu)，減少了橋墩和橋臺的數(shù)量，提高了道路通行的流暢性和安全性。

2.2.2 橋梁預應力施工關(guān)鍵技術(shù)。橋梁預應力施工的關(guān)鍵技術(shù)包括張拉預應力筋、錨固系統(tǒng)設(shè)計、預應力構(gòu)件制造和安裝等方面。在橋梁預應力施工中，正確的預應力筋張拉過程至關(guān)重要，該過程要求嚴格控制預應力筋的張拉力和應變，以確保預應力構(gòu)件在使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。同時，錨固系統(tǒng)的設(shè)計也是橋梁預應力施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著預應力力的傳遞和錨固的可靠性。因此，合理設(shè)計錨固系統(tǒng)，選擇適當?shù)腻^具和錨固點位置至關(guān)重要。此外，預應力構(gòu)件的制造和安裝質(zhì)量也是影響橋梁預應力施工的關(guān)鍵因素，包括預應力筋的預埋質(zhì)量、混凝土的澆筑和養(yǎng)護工藝等。這些關(guān)鍵技術(shù)的合理應用和控制，能夠有效提高橋梁預應力施工的質(zhì)量和安全性[2]。

3 預應力施工中的問題分析

3.1 預應力錨固系統(tǒng)的設(shè)計與施工問題

設(shè)計階段存在的問題包括預應力錨固點的選擇和布置不合理，錨具類型與預應力鋼束不匹配，以及錨固長度計算不準確等，這些問題可能導致預應力錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性受到影響。在施工階段，存在著預應力錨固系統(tǒng)安裝不規(guī)范、工藝操作不當?shù)膯栴}。例如，錨具的固定力不均勻、預應力鋼束錨固位置的偏移、預應力鋼束損傷等，這些問題可能導致錨固點強度不足、預應力錨固失效或預應力損失增加。此外，施工過程中可能存在的材料質(zhì)量問題，如預應力鋼束的腐蝕、脆化或疲勞等，也會對錨固系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負面影響。

3.2 預應力損失與延長問題

預應力損失是指在預應力構(gòu)件施工和使用過程中，由于材料的彈性變形、材料的流變性以及外部荷載的作用等因素，導致預應力力值減小的現(xiàn)象。預應力的損失會影響構(gòu)件的承載能力和使用壽命，可能導致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或性能不滿足設(shè)計要求。另一方面，預應力延長是指預應力構(gòu)件在使用過程中由于腐蝕、材料老化等因素引起的長度增加現(xiàn)象。預應力延長會導致構(gòu)件的形變與位移增大，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和幾何形狀產(chǎn)生不良影響。因此，預應力損失與延長問題需要引起充分的關(guān)注和研究，以確保道路和橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

3.3 預應力構(gòu)件的監(jiān)測與維護問題

在施工過程中，預應力構(gòu)件可能會受到各種外力和環(huán)境因素的影響，導致構(gòu)件的性能發(fā)生變化或出現(xiàn)損傷。首先，監(jiān)測預應力構(gòu)件的狀態(tài)和變形是一項關(guān)鍵任務。然而，目前存在著監(jiān)測手段不完善、監(jiān)測精度有限的問題。當前的監(jiān)測技術(shù)難以實時、準確地獲得預應力構(gòu)件的變形和應力信息。其次，預應力構(gòu)件在長期使用過程中可能會出現(xiàn)腐蝕、疲勞和裂縫等問題。這些問題可能會導致構(gòu)件的承載能力下降，甚至引發(fā)構(gòu)件的失效。然而，目前對于預應力構(gòu)件的維護措施相對較少，缺乏有效的方法來延長構(gòu)件的使用壽命。因此，預應力構(gòu)件的監(jiān)測與維護問題需要引起重視，以確保預應力構(gòu)件的安全性和可靠性[3]。

4 解決預應力施工中存在問題的途徑

4.1 預應力錨固系統(tǒng)設(shè)計與施工改進措施

首先，應加強對預應力錨固系統(tǒng)材料的選擇和研發(fā)，合理選用高強度、耐腐蝕的錨固材料，例如優(yōu)質(zhì)的預應力鋼束和高性能的錨固膠粘劑，以提高錨固系統(tǒng)的承載能力和耐久性。其次，改進錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)實際工程需求和受力特點，合理設(shè)計錨固系統(tǒng)的構(gòu)造，包括錨固裝置的幾何形狀、大小和布置方式。通過優(yōu)化設(shè)計，可以提高錨固系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，減少錨固力的變化，從而提高系統(tǒng)的整體性能。再次，在施工過程中，應嚴格按照設(shè)計要求進行操作，確保錨固設(shè)備的正確安裝和調(diào)整。同時，加強對施工工藝和操作規(guī)程的培訓，提高施工人員的技術(shù)水平和質(zhì)量意識。此外，建立完善的質(zhì)量監(jiān)控體系，定期檢查和測試錨固系統(tǒng)的性能和可靠性，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。最后，開展深入的理論研究和實驗研究，探索新型錨固系統(tǒng)的設(shè)計理念和施工技術(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，積極引入先進的技術(shù)手段，如計算機模擬和數(shù)字化監(jiān)測，以提高錨固系統(tǒng)的設(shè)計和施工效率。

4.2 預應力損失與延長的控制方法

在道路和橋梁施工中，預應力損失直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。為了有效控制預應力損失并延長預應力構(gòu)件的使用壽命，選擇合適的預應力材料是關(guān)鍵，預應力材料的選擇應考慮其力學性能、耐久性能以及與混凝土的相互作用。常用的預應力材料包括鋼束、鋼絲和碳纖維等，通過合理選擇預應力材料，可以降低預應力損失率，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。設(shè)計階段應注意減小預應力損失的因素，如減小錨固長度、降低張拉損失等。在施工過程中，要嚴格控制張拉力和錨固長度，并確保預應力構(gòu)件的受力均勻和穩(wěn)定。合理的設(shè)計和施工能夠最大限度地減小預應力損失，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。此外，定期進行預應力構(gòu)件的檢查，包括檢測預應力力值、應力均勻性以及錨固系統(tǒng)的狀態(tài)等。對于發(fā)現(xiàn)的問題，及時進行維修和加固，以防止進一步的預應力損失。

4.3 預應力構(gòu)件的監(jiān)測與維護技術(shù)的發(fā)展

隨著道路與橋梁工程中預應力技術(shù)的廣泛應用，對預應力構(gòu)件的監(jiān)測與維護需求日益增加，近年來，針對預應力構(gòu)件的監(jiān)測與維護，出現(xiàn)了一些新的技術(shù)和方法。首先，利用超聲波、雷達、紅外熱成像等無損檢測技術(shù)，可以實時監(jiān)測預應力構(gòu)件的應力、變形和裂縫等情況，從而判斷其結(jié)構(gòu)安全性和健康狀況。這些無損檢測技術(shù)具有高效、非破壞性和全面性的特點，能夠提供準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，幫助及早發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取相應的維護措施。其次，智能監(jiān)測系統(tǒng)利用傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時監(jiān)測預應力構(gòu)件的狀態(tài)并傳輸數(shù)據(jù)至中心控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對預應力構(gòu)件的長期、連續(xù)監(jiān)測，并通過數(shù)據(jù)分析和模型預測，提供及時的結(jié)構(gòu)健康評估和預警。智能監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展不僅提高了監(jiān)測的準確性和可靠性，還實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和智能化的管理，為預應力構(gòu)件的維護提供了更多便利。

5 結(jié)束語

本文通過對預應力技術(shù)的基本原理和常用方法進行介紹，分析了預應力施工過程中的問題，包括預應力錨固系統(tǒng)設(shè)計與施工、預應力損失與延長、預應力構(gòu)件的監(jiān)測和維護等方面。針對這些問題，提出了解決途徑，包括改進預應力錨固系統(tǒng)設(shè)計與施工、控制預應力損失與延長、發(fā)展預應力構(gòu)件的監(jiān)測和維護技術(shù)等。預應力技術(shù)在道路和橋梁施工中仍有廣闊的發(fā)展前景，需要進一步研究和應用，以提高工程的質(zhì)量和安全性。