[摘 要]传统的混凝土桥梁废材料、自重大,不能适应现代大型桥梁的要求,预应力技术充分发挥混凝土抗压强度和钢筋抗拉强度大的特点,减轻自重,提高桥梁混泥土的抗裂度和刚度,增加耐久性和造价。本文主要探讨预应力技术的原理和施工技术,并提出预应力施工过程中的常见质量问题和解决措施。

  [关键词]桥梁工程;预应力混泥土技术 

  中图分类号:[TU997] 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)05-0377-01 

  1.预应力技术的原理 

  预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用,即在外荷载作用于构件之前,利用钢筋张拉后的弹性回缩,通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝土,使混凝土受到一个预压应力,产生一定的压缩变形。当该构件受力后,受拉区混凝土的拉伸变形,首先与压缩变形抵消,然后随着外力的增加,混凝土才逐渐被拉伸,明显推迟了裂缝出现时间,提高了构件的抗裂度和刚度。 

  2.预应力混凝土施加预应力的方法 

  2.1 先张法 

  张拉预应力筋,并将张拉的预应力筋临时固定在台座(或钢模上),然后浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度(一般不低于设计强度的75%),预应力筋和砼之间有足够的粘结力时,放松预应力筋,借助粘结力,对砼施加预应力的施工方法。先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件,如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等,在桥梁工程中应用较小。 

  2.2 后张法 

  先制作混凝土构件,并在预应力筋的位置预留出相应孔道,待混凝土强度达到设计规定的数值后,穿入预应力筋进行张拉,并利用锚具把预应力筋锚固,最后进行孔道灌浆。后张法施工由于直接在钢筋混凝土构件上进行预应力筋的张拉,所以不需要固定台座设备,不受地点限制,也适用于大跨度桥梁的施工。 

  3.预应力施工的工艺流程和工艺控制 

  3.1 桥梁施工工艺流程 

  铺底模→安放钢筋、支侧模→埋管制孔→浇筑混凝土→埋管→养护拆模→穿筋→张拉预应力筋→孔道灌浆 

  3.2 预应力施工工艺 

  在桥梁预应力混凝土施工中,与预应力施工有关的是孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆三部分。 

  3.2.1 孔道留设 

  预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种,其直径与布置根据构件的受力性能、张拉锚固体系特点及尺寸确定,留设方法有钢管抽心法、胶管抽心法、预埋管法。 

  (1)孔道尺寸 

  粗钢筋的孔道直径应比对焊接头外径或需穿过孔道的锚具、连接器外径大10~15mm;钢丝、钢铰线的孔道直径应比预应力束外径或锚具外径大5~10mm,且孔道面积宜为预应力筋净面积的3~4倍。 

  (2)孔道布置 

  孔道至构件边缘的净距不小于40mm,孔道之间的净距不小于50mm;端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线;凡需起拱的构件,预留孔道应随构件同时起拱。 

  (3)孔道成型方法 

  孔道成型有钢管抽芯法、胶管抽芯法和埋管法,成型要求是孔道的尺寸与位置正确,孔道平顺,接头不漏浆。 

  钢管抽芯法是预先将平直、表面圆滑的钢管埋设在模板内预应力筋孔道位置上。在开始浇筑至浇筑后拔管前,间隔一定时间要缓慢匀速地转动钢管;待混凝土初凝后至终凝之前,用卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。 钢管抽芯法只用于留设直线孔道,钢管长度不宜超过15m,钢管两端各伸出构件500mm左右,以便转动和抽管。 

  胶管抽芯法是采用5~7层帆布夹层,壁厚6~7mm的普通橡胶管,一端密封,另一端接上阀门,安放在孔道设计位置上;待混凝土初凝后、终凝前,将胶管阀门打开放水(或放气)降压,胶管回缩与混凝土自行脱落。一般按先上后下、先曲后直的顺序将胶管抽出,用于直线、曲线或折线孔道成型。 

  预埋管法是用钢筋井字架将黑铁皮管、薄钢管或金属螺旋管固定在设计位置上,在混凝土构件中埋管成型的一种施工方法,适用于预应力筋密集或曲线预应力筋的孔道埋设。 

  (4)灌浆孔、排气孔和泌水孔的设置 

  一般在构件两端和中间每隔12m设置一个灌浆孔,孔径20~25mm;曲线孔道应在最低点设置灌浆孔,以利于排出空气,保证灌浆密实; 一个构件有多根孔道时,其灌浆孔不应集中留在构件的同一截面上,以免构件截面削弱过大。 构件的两端留设排气孔,曲线孔道的峰顶处应留设排气兼泌水孔,必要时可在最低点设置排水孔。 

  3.2.2 预应力筋张拉 

  一般应对称张拉,不能同时张拉时,一般应采取分批分阶段对称地进行。安装张拉设备时,对于直线预应力筋,应使张拉力的作用线与孔道中心线重合;对于曲线预应力筋,应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线方向重合。 

  (1)张拉方法的选择 

  对于曲线预应力筋和长度大于24m的直线预应力筋,应采用两端同时张拉的方法;长度等于或小于24m的直线预应力筋,可一端张拉,但张拉端宜分别设置在构件两端。对预埋波纹管孔道曲线预应力筋和长度大于30m的直线预应力筋宜在两端张拉,长度等于或小于30m的直线预应力筋可在一端张拉。 

  (2)伸长值校核 

  校核伸长值可综合反映张拉力是否足够、孔道摩阻损失是否偏大、预应力筋是否有异常现象等。因此,张拉时应对伸长值进行校核,实际伸长值与计算伸长值的偏差大于±6%时,应暂停张拉,在采取措施调整后,方可继续张拉。 

  3.2.3 孔道灌浆 

  采用应有足够的粘结力, 灌浆前应全面检查构件孔道及灌浆孔、泌水孔、排气孔是否畅通,对抽芯成孔的孔道采用压力水冲洗湿润,对埋波纹管孔道可用压缩空气清孔。宜先灌下层孔道,后灌上层孔道。灌浆工作应缓慢均匀进行,不得中断,并应排气通顺,在出浆口冒出浓浆并封闭排气口后,继续加压至0.5~0.7N/mm2稳压2min,再封闭灌浆孔。对孔道直径较大且不掺减水剂或膨胀剂进行灌浆时,可采取“二次压浆法” 或“重力补浆法”。超长孔道、大曲率孔道、扁管孔道、腐蚀环境的孔道可采用“真空辅助压浆法”。 

  4.桥梁工程预应力混凝土技术常见质量问题和处理办法 

  4.1 孔道位置不正 

  由于芯管未与钢筋固定牢,井字架间距过大,或浇筑混凝土时,振动棒的振动使芯管偏移,导致孔道位置不正。所以施工时确保井架位置要正确,绑扎在钢筋骨架上,其间距不得大于1.0m;灌注混凝土时,防止振动棒振动芯管偏移,需起拱的构件,芯管应同时起拱。 

  4.2 孔道塌陷、堵塞 

  由于抽芯过早,混凝土尚未凝固;孔壁受外力和振动影响,如抽管时,因方向不正而产生的挤压和附加振动等;抽管的速度过快等原因造成孔道塌陷或堵塞,预应力筋不能顺利穿过,不能保证灌浆质量。预防措施:抽芯在砼初凝后、终凝前;浇灌砼后,钢管每隔10~15min同向转动一次,宜先上后下,先曲后直;抽管速度要均匀;抽出后及时检查孔道,塌陷处及时疏通。 

  4.3 预应力值不足 

  当采用重叠方法生产构件,阻止上、下层构件张拉时的弹性压缩,当构件起吊后,层间摩阻力消除,从而产生附加预应力损失。为防止预应力不足,应做好隔离层;浇捣上层混凝土时,防止振动棒触及下层构件。 

  4.4 孔道灌浆不密实 

  由于水泥强度过低,灌浆顺序不当;灌浆压力过力过小;未设排气孔,部分孔道被空气阻塞;灌浆未连续进行,部分孔道被堵等施工因素,导致孔道灌浆不密实。预防措施:在水泥浆中掺入0.01%的铝粉或0.25%的减水剂;灌浆先下后上,直线孔道一端到另一端,曲线孔道应从最低点开始向两端进行;合理控制灌浆压力,中途不应停顿。 

  5.小结 

  预应力混凝土是近几年发展的新技术,充分利用了钢筋与混凝土的性能,在高层建筑和较大跨度桥梁施工中得到广泛应用。为提高施工质量,应加强每个工序、施工阶段的质量控制,总结施工检验,不断引进新技术和施工工艺,提高施工水平。 

  参考文献 

  [1] 房兴华.路桥工程中预应力混凝土技术的应用[J].中国建筑金属结构,2013(09); 

  [2] 李君.路桥工程中预应力施工技术的应用探析[J].科技传播,2014(04);