市政桥梁工程中预应力施工技术的应用研究

程家辉

（北京城建北方集团有限公司，北京101300)

0 引言

在当前的市政桥梁工程中，桥梁的结构稳定性直接影响着使用安全以及使用寿命的长短，我国很多地区的桥梁因为施工技术选择不当导致实际应用过程中出现了裂缝或坍塌等情况，故本文对预应力施工技术的作用与价值进行论述，发现预应力施工技术对市政桥梁的稳定起到了十分重要的作用。在市政桥梁工程施工中，施工人员必须从系统化的角度，科学使用市政桥梁的预应力技术，并建立其应用体系，以保证市政桥梁工程的建设质量和安全。

1 预应力施工技术介绍

1.1 预应力的概念

预应力是指在结构受到荷载前的预应力、结构的预压应力，使受拉区的混凝土承受外部荷载的内力而产生的压力，从而消除因外部负荷而造成的全部或部分的张应力，实现改善结构的目的，避免对结构造成损伤。

1.2 施加预应力的方法

在建设中，预应力的施工方法有以下几种：一是电加热拉伸；二是机械张拉法。机械张拉法又分为两类：一是先张法，即先拉预应力钢筋，再灌注混凝土，通常用于小跨度预应力梁板；二是后张拉法，这种方法的适用范围更广[1]。

1.3 预应力施工技术特点

1.3.1 优点分析

首先，预应力施工技术是一种改善结构力学性能的工程技术，可以使桥梁结构的抗弯、抗拉、抗剪能力得到有效提高，结构的机械性能稳定性可得到良好的保障。其次，如果在市政桥梁工程中采用预应力施工技术，可以在一定程度上调节结构的内部应力，使桥梁的结构更稳固、整体性更高。因此，对于桥梁工程而言，预应力施工技术具有十分重要的作用和意义，特别是对于跨径大的桥梁施工，采用预应力施工技术就更显得十分必要，它不仅可以降低桥梁自重，还可改善桥梁施工质量。

1.3.2 缺点分析

尽管预应力施工技术应用于桥梁施工更具优越性，但从现阶段施工技术水平来看，此技术应用仍存在不足，这些缺点并不针对预应力结构施工质量，但对于其建造过程中的难度提出了一定的要求[2]。

首先，如果预应力施工技术没有在桥梁建设中得到合理应用，那么不仅会造成桥梁工程出现安全隐患，还会导致工程成本增加，甚至无法满足人们日益增长的出行需求。其次，利用预应力施工技术建造桥梁，将比常规的施工方式更困难，许多细节的控制，对于混凝土这种施工材料来说，尤其对性能方面有很高的要求，同时，对桥梁工程的建设，若在桥梁施工过程中没有注意预应力，就不能确保桥梁整体建设水平，甚至造成项目发生安全事故，这是当前预应力施工技术推广应用过程中所碰到的最大难题。

2 市政桥梁工程中预应力施工技术应用方向

2.1 在市政桥梁加固施工中应用

在市政桥梁工程中，加固施工一直是备受关注的问题，预应力加固不仅可以加强市政桥梁的结构稳定性，而且可以最大限度地减少混凝土的变形，提高其承载力（即强度），从而获得较好的抗压应力[3]。在此基础上，在桥梁上采用预加应力，也就是用压应力来消除张应力，可达到更好的加固效果。

2.2 在市政桥梁弯矩构件加工中应用

弯矩结构是市政桥梁的关键部件，它对桥梁的寿命长短有很大的影响，市政桥梁的弯矩结构在施工过程中会产生内力。在市政桥梁工程中，由于受力过大，会造成结构构件断裂、损坏，从而降低结构的使用寿命以及影响桥梁的使用寿命。同时，可以利用预应力方法进行弯矩构件的成形工艺，这样可以有效地降低或消除弯矩加工过程中产生的内应力和压应力，保证构件的强度以及结构的总体质量。

2.3 在多跨连续市政桥梁施工中应用

多跨连续桥是我国市政桥梁中最重要的一种结构形式。由于其本身的特性，多跨连续桥梁的结构存在一定的正、负力矩，正、负弯矩是桥梁的最大值。因此，在市政桥梁中，正、负弯矩是决定其稳定性的重要因素。在多跨连续桥梁中应用预应力施工技术，能有效地提高其抗剪承载能力，并能提高其稳定性。因此，可以降低结构的开裂概率，改善结构的抗弯性，提升结构的安全性。

3 预应力施工技术在市政桥梁工程中的应用

3.1 科学选择材料

在预应力混凝土结构中，钢绞线和波纹管是主要的结构材料，其质量的好坏将直接影响到预应力混凝土的施工质量，所以有关部门要对材料进行质量控制。在施工之前，必须对市政桥梁工程有充分的了解，根据设计方案选择适当的建材，并选择适合且性价比好的材质，如低松弛钢绞线等，不但成本低，而且具有使用方便、美观大方、实用性强等优点，因此，可以广泛采用这种新型预应力施工技术。同时，施工前要严把各种物资关以及预应力钢筋的成批验收，保证各项材料符合市政桥梁工程的质量标准[4]。

3.2 钢绞线的安置

在预应力施工过程中，钢绞线放置至关重要，由于预应力结构本身所具有的特点，使得钢绞线在桥梁建设过程中必须按照规定的方式来安装，通常在市政桥梁工程中采用先张法放置钢绞线。而由于桥梁结构受力复杂，且其所处环境条件恶劣，因此，对于预应力钢绞线安置过程中及后期养护等方面必须予以足够重视。另外，需要注意的是，施工前，首先要结合桥梁工程实际，选用合适的钢绞线，对于有一定长度要求和较高承载力的桥梁来说，最好选用高强度钢材制成的钢绞线作为主要受力构件。在施工过程中，尽可能使钢绞线放置现场稳定，若钢绞线需要架设于水中，则要使用临时支架并做好防护措施。同时，为避免钢绞线被锈蚀，应尽量避免钢绞线直接和土壤接触，施工人员可以用布或者其他物质把钢绞线和土壤分开，如图1 所示。

图1 市政桥梁工程

3.3 混凝土的浇筑

在预应力施工中，混凝土浇筑是其中最重要的一个环节。市政桥梁工程建设期间，通常采用全面分层的方法，二次鼓捣浇筑混凝土。由于混凝土自身具有一定的收缩性，所以在对其施加应力之前必须先将之冷却到室温以下，才能保证其强度与耐久性能。在浇筑前，施工人员要严格控制搅拌时间（通常为2min），以及在搅拌期间使用的水量，并对泵的设备和管道等进行定期的检查和保养，以确保完全干燥后，结构整体的硬度与规整度可以符合要求，避免由于故障导致整体工程不能顺利进行[5]。浇筑完毕后，施工单位要对整个排水管进行全面检查，并严格按照相关规定对阀门进行关闭。同时，如果出现漏浆情况，应立即进行处置，连续灌浆一般为2～3min，在管内压力达到某一水平，保证工程顺利进行后，可将注浆阀关闭。

3.4 预应力体系设计

在国内，预应力混凝土连续梁桥是经常使用的桥型，由于其具备良好的整体性能、抗震性，尤其当主梁的变形挠曲线较平坦时，桥面伸缩缝处通常只设置两道。而且，这种预应力结构的预应力系统通常采用OVM、XYM 系统，其顶板纵向上的钢束均为水平、垂直向弯曲的组合空间曲线，在腹板的上部支承处设有锚固点，从而尽可能地将基片的钢束固定于齿板附近。此外，由于箱梁顶板与齿板间没有固定连接部位，而是通过设置锚具实现其可靠固连，该顶板的布束使预应力具有最大的拉力，可以在较大的范围内产生更大的机械作用。

因此，更短的传力路径贯穿了整个剖面，在箱形梁翼缘与基座间设置了若干个斜拉索，从而有效地解决了该问题。同时，如果基板上的钢筋按S 形定位，则可以有效地减少由于中心锚固点产生的侧向作用力[6]。

3.5 选择合适的钢绞线

在桥梁工程还没有动工前，必须充分了解城市道路、桥梁的面积、规模、桥梁结构、建设经费等相关信息。同时，还应对工程数据加以分析、加工，以及根据工程计划、设计需要选择合适的钢丝绳，在钢绞线的选用上，要讲究经济、便利、美观、实用和其他因素。低松弛度钢绞线的优点是造价低廉、实用性较强，已被越来越多地用于城市道路桥梁工程；另外，在钢绞线的选用上，在市政公路桥梁工程中，要充分考虑到松弛比与结构参数的关系，并且根据城市道路、桥梁的实际需求，选用适当的尺寸和伸长比，以保证其质量、规格满足桥梁的使用要求，图2 为低松弛度钢绞线细节图。

图2 低松弛度钢绞线细节图

3.6 准确分析预应力影响

在城市道路、桥梁建设等领域，无论工程规模大小，都需要对预应力混凝土结构的影响进行准确的分析。施工人员在不同情况下，需要对预应力资料进行处理，与市政道路桥梁项目进行假定检验，并布置总体结构图，全面地分析桥梁的预应力；另外，要制定相关应急预案，并结合桥梁建设的实际条件来对应急预案的可靠性进行分析，以保证市政道路桥梁工程建设效率整体得到提升[7]。

4 结语

预应力施工技术是当今桥梁工程中应用最广泛的一种方法，其在市政桥梁工程中发挥着重要的作用。由于预应力混凝土的施工技术及施工工艺较为复杂，技术上具有较高的专业性，因此，在工程建设过程中，必须有相应的专业操作人员严格按照技术操作规范来落实技术动作。尽管目前的桥梁施工中还有很多问题，但相信随着相关技术与材料构件的逐渐升级与优化，在不久的将来，此项技术的操作过程难度将降低，同时造价成本也将得到缩减，为桥梁工程建设过程的效率与质量提升提供更多支持。