公路桥梁施工中的预应力施工技术应用_李宝英.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1预应力施工技术主要内容预应力施工技术是一种向工程结构施加预应力的施工技术，其可借助预应力的张拉及其他作用特性，促使工程结构的承载力、稳定性得到提升。预应力施工技术还可以对工程原始受力情况进行调节，例如，当工程承受外力过大时，可以通过预应力提高结构承载力。相比其他技术，预应力施工技术在道路桥梁工程中具有一定的优势。1）预应力施工技术可以有效减轻结构整体重量，实现轻质化施工；针对弯曲或受拉结构使用该技术，可以使结构本身更加稳定，有效降低混凝土结构开裂的可能性。减少工程裂缝，使工程维护频率、成本降低，进一步延长工程使用寿命，提高工程应用的安全水平。2）道路桥梁工程在投入使用后，由于将长期承受车辆等路面载体带来的动态荷载，有可能导致结构内部变形，而预应力技术的应用等同于提前向工程结构施加了荷载，促使结构的抗变形能力得到有效提升。3）道路桥梁工程作为大体积工程，容易受到地震灾害影响，且影响巨大，因此，施工中要注重提高工程的抗震能力1，针对这一目标，预应力可以抵消一部分地震能，使工程在地震作用的影响延迟破坏时间，为人们的逃生争取时间。2预应力施工技术应用策略不同工程的实际情况不同，预应力施工技术的具体实施方式、标准等也有差异。故下文结合具体案例，对预应力施工技术的具体实施进行论述。2.1案例概况黄河特大桥是济南绕城高速公路二环线西环段的重要组成部分，起点位于德州市齐河县马集镇南方寺村东，终点位于【作者简介】李宝英（1978），女，山东济南人，高级工程师，从事道路与桥梁研究。公路桥梁施工中的预应力施工技术应用Application of Prestressing Construction Technology in Highway Bridge Construction李宝英1，李保莲1，赵成良2，丁志浩1（1.山东省公路桥梁建设集团有限公司，济南 250014；2.山东高速养护集团有限公司，济南 250014）LI Bao-ying1,LI Bao-lian1,ZHAO Cheng-liang2,DING Zhi-hao1(1.ShandongRoad&BridgeConstructionGroupCo.Ltd.,Ji nan250014,China;2.ShandongHi-SpeedMaintenanceGroupCo.Ltd.,Ji nan250014,China)【摘要】预应力施工技术有益于保证道路桥梁工程质量，为人们出行安全提供保障。论文对预应力施工技术在公路桥梁施工中的具体应用进行研究，介绍了预应力施工技术的主要内容，并结合案例分析了该技术的主要施工过程，以及其他应用场景。【A b s t r a c t】Prestressed construction technology is beneficial to ensure the quality of road and bridge engineering and provide security forpeople s travel safety.This paper studies the specific application of prestressed construction technology in highway bridge construction,introduces the main content of prestressed construction technology,and analyzes the main construction process of the technology combinedwithcases,aswellasotherapplicationscenarios.【关键词】公路桥梁；预应力施工技术；钢绞线【K e y w o r d s】highwaybridgeengineering;prestressingconstructiontechnology;steelwirestrand【中图分类号】U445【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）06-0200-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.265200济南市长清区孝里镇高庄村东，路线由西北向东南跨越黄河。起止桩号为K71+885.5K76+512.5，桥梁全长为4 627 m，由北向南依次包括左岸堤外引桥、左岸跨大堤桥、左岸滩地引桥、主桥、右岸滩地引桥、右岸跨济平干渠桥、右岸渠外引桥。主桥全长1 000 m，为四塔钢混组合梁部分斜拉桥，跨径组合为140 m+3240 m+140 m，主塔桥面以上高度为40 m，斜拉索为中央索面，共120根，扇形布置，建成后，将成为国内最大规模的四塔钢混组合梁斜拉桥。因工程体积庞大，质量要求较高，需要采用预应力施工技术保障质量达标。2.2应用策略结合案例概况，目前该工程预应力施工技术应用策略共分5个步骤，具体内容如下。2.2.1锚固施工为了方便后续施工，预应力施工技术应用中应第一时间开展锚固施工。锚固施工中需事先做好锚固设施选型，该工程主要选择了墩顶导向槽、锚固端部横梁、跨中转向横肋，同时结合测量结果对各锚固设施的规格进行设计与调整，并确认了设施安装具体位置、间隔以及钢绞线安装位置，然后结合测量数据进行分析。目的是减少结构缝隙，缝隙越少越有利于预应力施工技术作用的发挥，且可以避免预应力过大而导致结构受损、坍塌等现象发生2。由于数据分析过程比较复杂，该工程主要使用BIM技术进行建模分析。按照钢绞线、墩顶导向槽等设施的位置，开展锚固端部横梁锚垫板预埋安装工作，安装过程中应保证垫板方向与横梁一致，并避免垫板弯折。安装后要复核安装位置是否准确，误差不允许超过最大允许值。另外，事前应对跨中转向横肋等表面不光滑的结构进行打磨。2.2.2穿索施工穿索施工中，为满足施工强度要求，需要在钢管、锚垫板安装之后进行混凝土灌浆，以便提高结构的整体性，从而提高结构的强度。施工中，先安装钢绞线，为了确保钢绞线能够顺利穿过墩顶导向槽，实现整束穿索，必须确保每一根钢绞线的安装位置足够准确，误差要求比较严格，应反复核查。钢绞线安装完毕后，要确认钢绞线张拉伸长值，然后结合钢绞线下垂力度、放线结果确认张拉位置，并计算张拉加载值，确保实际张拉长度与理论计算一致，然后按顺序进行单根穿索，每完成一根钢绞线穿索，就要根据其实际位置对盖小孔密封，并设置好锚板口。可采用橡胶垫确认法确认钢绞线位置3。2.2.3压浆施工该工程设备准备充分，可以使用智能化设备进行压浆施工。按压浆原理，设备本身为柱塞式压浆，可实现连续压浆、恒压压浆，以避免出现压浆密实度不足、浆液内气孔（指处于压浆设备内部的浆液）问题。该工程压浆操作分5个步骤：（1）对设备进行调试，常态下处于恒压压浆模式，恒压压力值为0.50.7 MPa；（2）按标准模式与参数配置启动设备，正式开始注浆，事前安排专人对注浆位置的浆液情况进行观察，判断其中是否存在气泡，如果存在气泡，要确认具体原因，及时进行处理；（3）压浆遵从由低至高、由外向内的基本原则；（4）压浆设备启动后不能第一时间注浆，需要先确认设备压力值是否达到设定上限值，且管道出浆饱满，确认后可进行注浆；（5）压浆完毕后，要及时开展为期2 d的养护工作，过程中应严格控制浆液温度，若养护期间遇到极端气温，应采取加温或降温措施帮助养护，同时如果压浆过程中遇到极端气温，还应当选择特定时段压浆，例如，在气温较高时，可以考虑在晚间压浆。另外，压浆质量不仅取决于施工技术实施过程，还取决于浆液本身，因此，事前要做好浆液配置工作，要确保浆液稠度达标，通常要求与灌入水泥稠度一致4。2.2.4预应力筋张拉施工预应力筋张拉施工主要依靠张拉系统，因此，施工前应对张拉系统进行设置。该工程所使用的张拉系统为智能化系统，由千斤顶、油泵、主机组成，运行时会通过传感器感知张拉力，然后反馈给终端，由终端进行调节。按照此原理，张拉前要先完成传感器的安装，并调试好每个传感器的参数，确保传感器读数精确，同时还要对传感器进行检查，避免传感器出现故障。张拉前，要求施工人员按规范要求对预应力钢束、毛圈口摩擦力及孔道内部阻力进行测试，根据测试结果对张拉力进行调整。确认张拉力后要做好相关准备工作：（1）先进行张拉拱度标记，并进行拱直测量，同步完成锚垫板杂物、灰浆清理等工作，此时可使用事前安装的锚具、千斤顶；（2）该工程张拉施工涉及预制小箱梁，因此，在箱梁生产过程中，确认了两孔梁体管道阻力，结合结果对预应力实损值进行了计算（若施工不涉及预制小箱梁，可跳过该内容）；（3）观察钢绞线表面，若存在油污、杂物附着情况，应及时清理；（4）检查锚具张拉槽口宽度是否合理，检查其他工具孔径是否符合设计要求，否则可Construction Technology工程施工技术201Construction&DesignForProject工程建设与设计能导致钢绞线在穿孔过程中交错、夹锚；（5）进行试张拉时应两头同步进行，否则会导致钢绞线两端黏结长度不一5。试张拉过程中，应每间隔5 MPa进行一次核对，若成果良好，可按照相同标准正式张拉。正式张拉过程中，需要用到大量的钢绞线，为了进一步降低钢绞线相互纠缠的概率，应设定好张拉设备参数，确保以统一参数进行张拉。张拉过程中，可以采取预张紧拉方法，促使钢绞线直线相接，完成张拉。2.2.5混凝土施工道路桥梁工程体积庞大，随着施工的不断推进，横向混凝土结构在重力、自重等因素作用下会逐渐弯曲，如果弯曲达到一定程度，会使混凝土产生裂缝，这对工程整体质量有极大的威胁。针对这种情况，预应力施工技术能够增强桥梁横向混凝土结构的抗弯性能（即混凝土结构抗弯性能主要取决于结构的剪力、拉力水平），对混凝土结构进行拉伸，促使混凝土受力减小，结合混凝土本身的剪力、拉力说提升，有利于工程整体质量。需要注意的是，要发挥预应力施工技术的作用，必须保障混凝土施工在非弯曲状态下不存在严重质量问题（即虽然混凝土施工不属于预应力施工技术环节，但混凝土施工的成果对技术实施质量有很大影响）。如果混凝土结构存在裂缝，预应力施工技术的作用就难以充分发挥，甚至可能造成反作用，因此，在技术实施过程中要重视该环节的质量。该工程中，混凝土施工的主要施工内容为：（1）科学选择混凝土原材料，确保所有原材料级配、强度等复合要求，然后按比例、顺序投入搅拌池拌和，若采用人工搅拌方式，应确保拌和方向一致、速度均匀。（2）工程强度要求较高，普通混凝土原材料强度不达标，因此，在搅拌过程中投入了适当比例的外加剂，如凝固剂、减水剂等。（3）拌和后进行混凝土浇筑施工，要求每次浇筑不可中断，以免两段凝固时间不同引发裂缝。浇筑需匀速进行，避免浇筑过程中混凝土断开，或厚薄不均引发裂缝的情况。（4）浇筑后迅速进行振捣施工，确保混凝土凝固时的水化热效应合理，即水化热效应不合理会使得混凝土内外温差过大，不利于混凝土坍落度，甚至会使得混凝土离析。此类情况必然会导致混凝土强度不足，并产生裂缝。（5）振捣后对混凝土进行了保温养护，该工程由于遭遇炎热天气，所以，在养护中定期对混凝土表面洒水，以避免内外温差过大。养护时间为12 d。3预应力施工技术其他应用场景道路桥梁工程中，预应力施工技术不仅可应用于工程主体结构，还可用于其他结构，有多种应用场景。主要场景有：（1）将预应力施工技术用于混凝土箱梁，能够有效提高箱梁支撑力、强度，应用方式即通过钢筋焊接、切割技术将预应力筋与箱梁连接。（2）针对混凝土空心板，可使用预应力施工技术的预拉拔形式对单根钢绞线，这种施工方式能进一步提高钢绞线的紧绷程度。但这种方式只能在道路桥梁跨径为1625 m的情况下使用。其他情况应采用后张法，按工程吨位通过平接、锚定组合进行张拉。（3）在受弯构件中使用预应力管桩提高整体外荷载、局部反力的平衡，该应用方式应使用高强度碳纤维材料进行预拉，以有益于工程局部的使用寿命。（4）在道路桥梁钢柱施工环节中