高速公路桥梁施工中预应力施工技术应用研究

刘荣欣

摘要 高速公路建设中，预应力技术具有抗裂性好、刚度大、节省材料、提高受压力件稳定性等优点，在桥梁工程中得到广泛应用。施工期间，对结构预先施加压应力可抵消荷载导致的拉应力，避免结构发生破坏，提高结构的安全性和稳定性。文章对高速公路桥梁施工中预应力施工技术应用进行研究。结合实例项目从预应力施工技术的优缺点、箱梁结构预应力施工方法等方面进行分析。最后针对预应力施工常见问题提出解决对策。

关键词 高速公路;桥梁施工;预应力技术;解决对策

中图分类号 U415.6 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0148-03

0 引言

桥梁是高速公路工程的常见组成部分，预应力技术在施工中应用广泛。在施工期间，对结构预先施加压应力，服役期间此压应力可抵消荷载导致的拉应力，避免结构发生破坏，提高结构的安全性和稳定性[1]。因受到现场环境条件影响，再加上预应力施工工序复杂，对于技术参数的要求严格，只有加强施工管理和工艺控制，才能满足质量、进度、安全要求。

1 工程概况

某高速公路工程，路线全长120 km。其中，扩容项目T2合同段的起讫桩号为YK47+400～YK56+640，标段长度为9.24 km，该标段桥梁共10座，其中现浇箱梁桥4座，分别是互通式立体叉A匝道桥、互通式立体叉L线桥、互通连接线变更设计L1分离式桥、互通K2+924.136车行天桥。以互通式立体叉A匝道桥为例，桥长108 m，采用（28+45+28）m预应力混凝土现浇箱梁。设计荷载等级为公路-I级，桥面净宽1×15.5 m;上部结构采用预应力混凝土（后张）连续箱梁，下部结构桥台采用肋板式桥台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础。桥平面位于R=310 m的右偏圆曲线上，桥面横坡为单向3%，纵断面纵坡−4%。场区属亚热带季风气候区，年平均气温为14.7 ℃，多年平均降水量为1 037.3 mm。

2 预应力施工技术的优缺点

2.1 优点

预应力施工技术虽然出现时间晚，但发展速度快，表现出诸多优点：

（1）应用范围广。大到桥梁工程，小到边坡锚固，均可以采用预应力技术。对结构施加预应力，运营过程中受到荷载作用，构件不会出现裂缝，或裂缝出现时间推迟，提高结构的耐久性。

（2）施工成本低。为了满足预应力施工要求，必须采用高强度材料，一方面可减少钢筋用量，减小结构的截面尺寸;另一方面可减少混凝土用量，降低结构自重，尤其适用于重荷载、大跨度结构中，有助于降低施工成本[2]。

（3）质量有保证。预应力结构可减小构件的竖向剪力和主拉应力，不仅耐疲劳性能好，而且能提高受压构件的稳定性，从而保证工程质量。

2.2 缺点

预应力施工技术也存在一些缺点：

（1）工艺较为复杂，对质量提出高要求，必须配备专业人员队伍和专门设备，例如张拉机具、灌浆设备、锚具等。

（2）预应力反拱度不易控制，而且会随着混凝土徐变，反拱度不断增大，导致桥面平顺度指标变差，影响行车舒适性。

（3）预应力张拉环节，需要严格控制的技术参数多，例如张拉时间、张力大小等，控制不当容易出现问题，造成管道堵塞、波纹管损坏、钢筋滑丝断丝等。

3 箱梁结构预应力施工方法

该项目中，现浇箱梁采用满堂支架施工方案，预应力施工阶段的工艺流程是：前期准备→安装预应力管道→钢绞线下料→穿束→张拉→压浆封锚，施工技术要点介绍如下：

3.1 前期准备

施工准备主要包括满堂支架工程、钢筋工程、混凝土工程，为预应力施工打好基础。

3.1.1 满堂支架施工

满堂支架施工，按照制作支架→基础处理→搭设支架→安装底座→安装底模→预压的流程施工作业。其中，预压是为了检查支架是否安全，消除地基和支架非弹性变形带来的影响，方便控制桥面线形，技术要点包括：

（1）根据梁体自重分布曲线图变化，确定堆载钢筋的数量，促使预压荷载、梁体荷载的分布是吻合的。

（2）三级加载，加载荷载分别是60%、80%、100%，当支架顶部监测点12 h沉降量均值<2 mm，进入下一级加载[3]。

（3）监测点的布置，分别是跨中、1/4处、1/8处、每跨两端，每个断面的底板边线、底板中線，以及对应地基基础上。

（4）预压荷载施加完毕后，间隔24 h监测一次，记录各监测点的标高并计算沉降量。

（5）卸载6 h后，复测各监测点的标高并计算弹性变形量。

3.1.2 钢筋工程施工

钢筋工程施工顺序：进场检验→核对种类、型号、数量→提供质量保证书或检验合格证→抽样开展试验分析。钢筋加工时，按设计图纸控制加工形状、尺寸，标准弯钩要满足规范要求。钢筋安装时，按照主筋→箍筋→架立筋的顺序进行，根据图纸位置、保护层厚度完成安装。质量标准见表1。

3.1.3 混凝土工程施工

混凝土工程主要分为拌和、运输、浇筑、养生四个环节，其中浇筑是重中之重。以腹板混凝土为例，技术要点包括：

（1）两侧腹板对称均匀浇筑，分层厚度30～40 cm，过厚会导致箱内侧面气孔多、内模偏移、形成色差或冷缝等。

（2）严格控制灌注厚度，提高灌注速度，高温季节施工时应提高混凝土的坍落度至上限。

（3）腹板外侧混凝土的振捣，遵循密插、短振、勤振的原则;内侧振捣应适当延长振捣时间。

3.2 安装预应力管道

预应力管道使用塑料波纹管，技术要点包括：

（1）安装前，对波纹管进行灌水试验，确保没有渗漏才能使用。

（2）安装时，按照设计曲线布设，间隔50～100 cm架立定位筋，用于固定波纹管。

（3）钢绞线的坐标偏差≤5 mm;在波纹管周围，不能进行电焊作业;空隙较大使用海绵泡沫填塞。

（4）使用定位钢筋固定钢束管道，定位钢筋和钢筋骨架焊接在一起，定位钢筋的间距≤0.6 m，钢束曲线段加密到0.3 m[4]。

（5）排气孔位于波纹管的最高点，和波纹管的连接处使用胶带密封处理，注意保护成品。

3.3 钢绞线下料

钢绞线下料时，严格按照设计图纸计算下料长度，并且预留工作长度，且实际下料长度要超过设计长度20 cm以内。下料长度（L）的计算方法是：

3.4 穿束

该项目的预应力筋，选择直径为15.2 mm、截面为140 mm2的低松弛钢绞线，其弹性模量为1.95×10 MPa，标准强度值为1 860 MPa。穿束技术要点包括：

（1）先检查锚垫板和孔道，要求锚垫板位置符合设计要求，孔道内干净通畅。

（2）接口处容易松散，穿束时应多加注意，要求前端扎紧、裹上胶布，方便顺利通过孔道，安装后进行检查，看有无损坏管道。

（3）浇筑混凝土时，安排专人在两端拉动钢束，防止漏浆堵塞孔道。

（4）钢绞线安装后，对波纹管两端进行封堵，包裹外露的钢绞线，避免生锈。

3.5 张拉

项目中，张拉设备选择500 t和20 t的穿心式千斤顶，进场前配套校验，安排专人使用保管。其中，引伸量、张拉油表读数是两个关键参数，需要仔细计算得到。

3.5.1 引伸量计算

3.5.2 张拉油表读数计算

张拉技术要点包括：

（1）张拉前，检测锚口摩阻、管道摩阻、钢绞线回缩量;张拉时以应力控制為主，以校核伸长量为辅。

（2）实际伸长量和计算值，两者误差应在±6%以内，误差过大要查明原因并处理。

（3）每一联进行张拉时，遵循“三同心、两同步”的原则，防止构件发生变形扭曲。

（4）张拉顺序：腹板索→底板索→顶板索，同类型钢束先张拉边腹板、后张拉中腹板。

（5）张拉条件：混凝土强度达到设计强度90%，龄期≥7天[5]。

（6）发现锚环有裂纹，切割钢绞线，或压浆时发生滑丝，应更换钢绞线重新张拉。

（7）张拉机具安排专人保管，张拉时千斤顶后方不能站人;发现设备运转异常，及时停机检修;张拉全部完成后，按照设计要求作防锈处理。

3.6 压浆封锚

压浆工序的技术要点有：

（1）时间选择在张拉完成后24 h，先清理管道内的杂质和积水，一次压浆作业完成。在浆体材料中，加入适量阻锈剂、减水剂，根据试验结果确定添加量。

（2）对浆液的要求：水泥抗压强度≥C50，具有良好流动性;浆体温度控制在30 ℃以内;初凝时间>5 h，终凝时间<24 h等。

（3）根据现场施工需求制备水泥浆，拌制到入孔时间控制在40 min以内，按照从下到上的顺序压浆，一个孔道要一次压浆完成。

（4）压浆时，从一端灌入，观察出浆情况，如果出浆流畅稳定，且稠度与盛浆筒浆体一致，此时可关闭阀门和压浆泵。再次启动后，灌浆压力达到0.5～0.7 MPa，持续2 min后关闭。

封锚工序的技术要点有：

（1）作业前，对锚具、预应力筋等进行防锈处理。

（2）对混凝土表面凿毛处理，并用高压水冲洗干净后晾干。

（3）在锚穴内，按照设计要求布置钢筋网，并且复核无误。

（4）检查封锚使用的混凝土类型、强度、保护层厚度，确保满足设计要求。

（5）封锚后对混凝土养护，保持一定温度和湿度，并对表面作防水处理;留下试件进行试验，保存数据在竣工验收时使用。

4 预应力施工常见问题和解决对策

4.1 常见问题

第一，张拉时间和张力问题。为满足预应力张拉要求，会在混凝土中使用早强剂。而现场施工中，混凝土强度提升过快，和弹性模量的提升速度不一致，会影响施工质量，导致箱梁结构的承载力不满足设计要求，增加裂缝发生风险。

第二，管道阻塞问题。预应力施工虽然工序明确，但实际操作起来存在一定难度，任何一个环节均可能出现问题。例如：预应力筋通过管道时，可能引起阻塞问题，造成张力限制，伸长量实际值和理论值之间偏差过大，继而影响工期、成本、质量等。

第三，滑丝断丝问题。张拉过程中，钢束滑丝断丝问题的发生概率较高，主要原因是钢束受力不均匀。在这种受力特点下，无法提供足够的预应力，无法发挥出抗渗、抗裂等功能，影响结构的整体性能。

4.2 解决对策

第一，完善质量保证措施。1）在项目经理和项目书记的领导下，建立完善的质量保证体系，明确各层级的职责，做好现场管理工作。2）落实技术交底制度、工艺试验制度、工艺过程三检制度。3）制定质量指标具体控制措施。4）针对模板偏位和漏浆、混凝土表面露筋等质量通病，采取针对性的防治措施。例如：合理选择钢绞线，下料和穿束严格按照规范作业;针对滑丝断丝问题，一束出现少量滑丝时，可用单根张拉油顶进行补拉;一束出现多根钢绞线滑丝时，须放松钢绞线束，重新装夹片整束补拉。5）结合施工环境、工程结构特点、气候环境及施工方案，制定事故应急措施，防止安全质量问题发生，降低问题带来的损失和影响。

第二，推行智能张拉技术。随着信息技术发展，智能张拉技术在预应力施工中的应用更加广泛。使用网络、计算机、智能控制等技术，对钢绞线自动张拉;实时采集张拉力、伸长量等数据，调整油泵实现精确控制。

5 结语

综上所述，高速公路桥梁施工中，预应力施工技术得到广泛应用，具有施工成本低、质量有保证等优点。文章结合工程案例，从前期准备、安装预应力管道、钢绞线下料、穿束、张拉、压浆封锚等方面介绍了施工技术要点。针对施工中存在的问题，完善质量保证措施，加强现场施工管理;推行智能张拉技术，实现施工技术的创新，获得更高的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]吕日飞， 黄忠水. 高速公路桥梁施工中预应力施工技术的应用探究[J]. 交通建设与管理， 2021（6）： 107-109.

[2]张克长， 麦高. 智能张拉和压浆技术在公路桥梁工程中的应用研究[J]. 交通世界， 2021（25）： 31-32.

[3]任海鹏. 公路桥梁工程建设中的预应力箱梁施工技术要点研究[J]. 科技与创新， 2021（14）： 44-45+ 48.

[4]张礼祝. 高速公路桥梁施工中预应力管桩施工技术的应用[J]. 住宅与房地产， 2020（4）： 222.

[5]吴骏生. 公路桥梁工程项目施工预应力技术应用问题及策略[J]. 黑龙江交通科技， 2020（7）： 136+138.