摘 要: 隨著橋梁工程的迅速發展,混凝土橋粱在國內外日益顯著的應用前景,尤其是預應力混凝土以高承載能力在橋梁建設中被廣泛應用。本文介紹了預應力混凝土的發展及在橋梁施工中的應用和技術要求。
關鍵詞: 公路橋梁; 預應力混凝土; 質量控制
Abstract: With the rapid development of bridge engineering, concrete bridge shows the increasingly significant application prospects at home and abroad, especially the prestressed concrete with widely application in bridge construction for its high carrying capacity. This paper describes the development of prestressed concrete and the application and technical requirements in bridge construction.
Key words: roads and bridges; prestressed concrete; quality control
中圖分類號 : O213.1文獻標識碼： A 文章編號：
1 引言
對于公路橋梁工程廣泛開展的今天，人們也逐漸重視起道路橋梁工程的施工技術以及施工材料的質量。我國的預應力混凝土結構是在2O世紀5O年刊發展起來的，最初試用于預應力鋼筋混凝土軌枕，之后預應力混凝土在全國范圍內推廣。隨著我國高等級公路建設的不斷發展，預應力混凝土技術在公路橋梁工程中發展最快，在橋梁建設上得到普遍的應用。
2 預應力混凝土在橋梁建設中的應用
現代預應力混凝土是用現代設計概念和方法設計，采用高強度鋼材和較高強度的混凝土經先進的生產工藝制作的。在橋梁建設中主要有以下四個應用類型：
第一種，是逐跨預制節段施工的長橋。該類型以Long Key橋為代表，體外預應力束采用與體內預應力同樣的普通多股鋼絞線和錨具，同樣采用水泥灌漿。因而預應力成本較低。這種體外預應力結構通常在預制節段采用干接縫和復式剪力鍵。當整跨所有的預制節段在支撐結構上安裝就位后，施加體外預應力，形成一跨的整體結構。體外預應力束在跨內的轉向塊處偏折，體外束外套采用聚乙烯管或鋼管，管道在轉向快處與主粱澆筑成整體，這種體外束只能拆除不能更換。
第二種，是采用懸臂施工或頂推施工的預應力混凝土連續梁橋，通常采用體內、體外混合配束。該形式中用體外預應力索替代原本配置在腹板內的大量預應力筋，簡化了腹板構造，降低了其厚度。采用懸臂施工時，懸臂束為直線的體內預應力，成橋后張拉的連續束采用大噸位體外預應力，從而免除了大量的穿束和灌漿工藝，易于控制施工質量。
第三種，是第二種類型的衍生物，特點是將混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架或采用鋼結構。該類型往往是集創新性的結構構思與美觀的外表與一體，形成體外預應力結構的代表之作。
第四種，稱為坦拉式體外預應力結構。它把過去那種預應力筋的偏心距被控制在主梁的有效高度之內的體外筋，放在了梁的有效高度之上。因此它具有梁橋和斜拉橋的雙重特性，可看作介于預應力混凝土箱形梁橋到預應力混土斜拉橋之間的結構體系。它采用了部分索結構幫助主梁承擔豎向荷載，從而達到降低梁高的目的。
3 預應力混凝土橋梁施工常見問題分析
預應力混凝土橋梁施工中最常見問題就是裂縫，產生裂縫主要有以下原因：
3.1材料質量問題引起裂縫
較常見的原因是水泥、砂、石等質量不好，而且特別注意的是水泥的細度問題和石子的含泥量問題。水泥的細度越細，混凝土越容易開裂。
3.2由于施工不當造成裂縫
混凝土質量好壞的一個重要標志是成型后混凝土的均勻性和密實程度。水灰比過大、水泥或外加劑加人量過大，攪拌時間不夠、振搗不實，都可能是裂縫產生的直接或間接原因。鋼筋表面污染、保護層過小或過大;任意留置施工縫且不按規定處理;模板構造不當，漏漿、支撐剛度不足等都有可能造成混凝土開裂。施工過程中，鋼筋表面污染，混凝土保護層太大或太小，澆灌中碰撞鋼筋使其移位等都可能引起裂縫。結構荷載方面，結構因承受荷載而產生裂縫的原因很多，施工中或使用中都可能出現。例如構件早期受到震傷，拆除承重模板過早，施工荷載過大，構件堆放、運輸、吊裝時，墊木或吊點位置不當，預應力張拉值過大或放張不規范等，均可能產生裂縫。較為常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構件在使用荷載作用下，出現不同程度的裂縫。早期微裂一般不易發現，規范規定有些構件允許出現寬度不大于0.3毫米的裂縫。但對裂縫寬度超過規范規定的，以及不允許出現裂縫的構件出現裂縫 ，則應屬于有害裂縫，須加以認真分析，慎重處理。
3.3 溫度變化引起裂縫
混凝土具有熱脹冷縮的性質，當環境溫度發生變化時就會產生溫度變形 ，由此產生附加應力，溫度變化產生的應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用而導致混凝土結構出現裂縫。表面溫度裂縫多緣于較大溫差。特別是大體積混凝土在澆灌混凝土后，在硬化期間放出大量水化熱，內部的溫度不斷上升，使混凝土表面和內部溫差很大。當溫差出現非均勻變化時，表面受到內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力，普通混凝土在空氣中硬結時，體積會發生收縮，由此而在構件內產生拉應力，在早期混凝土強度較低時，混凝土收縮值最大，因此出現裂縫。這種裂縫只在接近表面較淺的范圍內出現。深入和貫穿性的溫度裂縫多緣于結構溫差大，以致所形成的溫度應力或溫度變形超過混凝土當時的抗拉強度或極限拉伸應變，就會形成裂縫。結構構件在內應力的作用下，除瞬時彈性變形外 ，其變形值隨時間的延長而增加的現象稱為徐變變形。預應力構件因徐變會產生較大的應力損失，降低了結構的抗裂性能。
4.預應力混凝土施工工藝
4.1 準備工作：在橋梁工程進行預應力施工之前，要對設備進行標定檢查。把壓力表和千斤頂配套校驗，進行壓力表與千斤頂的配套校驗工作的實驗室必須有一定資質。壓力表與千斤頂的配套使用必須按照標定，若互換需另作標定。然后開始檢查構件，仔細檢查錨端砼密實與否，如有疏散或空洞比規范要求大，應進行適當處理，處理部位的砼強度達90%才能進行張拉。另外也要注意對孔口錨下墊板的垂直度進行仔細檢查。最后對人員進行培訓，工作人員必須仔細認真地聽技術人員的技術交底，進而對施工組織設計所要求的張拉順序做到熟練掌握，為了保證張拉能夠同步進行，可以用對講機聯絡。
4.2 預應力的施加： 根據伸長量的不同可分為二次張拉與一次張拉。當單端伸長量超過20厘米時采用二次張拉，小于20厘米采用一次張拉。張拉是砼強度必須有達到設計強度的90%與砼澆筑5天的資料。不合格的認定:由錨具所引起的滑移量大于3mm;實測伸長值的兩端之和超過計算伸長量的±6%;斷絲量大于鋼絞線總根數的1%，在一束內的斷絲量超過1絲。錨具內夾片錯牙在10毫米以上;錨具內夾片斷裂在兩片或兩片以上;錨環裂紋損壞，在壓漿或切割鋼絞線時又發生滑絲。
5 預應力混凝土質量控制措施
5.1 確保混凝土質量
混凝土應保證具有設計要求的強度、良好的和易性及泌水性，且質量均勻性要好。影響混凝土質量的因素有配合比、攪拌、運輸、澆注、振搗、養生等環節。其中混凝土配合比是控制其質量的最重要因素，在滿足其施工要求的情形下應盡量減少單位用水量，相應地也減少單位水泥用量，從而減少混凝土水化熱，減少由于混凝土的徐變與收縮而引起的預應力損失和施加預應力之前的收縮裂縫。此外，采用現場試塊測得的早期混凝土強度等級代替現場結構的實際混凝土強度，也存在一定的問題。試驗表明，出現事故的結構最后驗算時，其實際強度均未達到現場測得的強度，有時候甚至更低。
5.2 重視預應力管道安裝
預應力管道安裝準確與否直接影響到梁體的受力情況與設計是否一致，關系到橋梁施工質量，是預應力施工中的重點。在管道安裝過程中，主要需加強對管道定位進行控制，避免混凝土澆筑時出現管道上浮及漏漿現象。預應力管道安裝施工、混凝土灌筑前，要嚴格對以下要點進行控制：管道位置是否正確、平順性如何、有無漏漿處、是否嚴格密封等。
5.3正確應用扁錨和扁錨連接器
扁錨多應用于結構截面尺寸受到限制或構造連接等特定條件下。然而近年來部分單位為了減小截面尺寸，追求經濟指標，在預應力箱梁底板和板梁結構中都采用扁錨，有的單位還申請專利、出標準圖，這是不可取的。由于扁錨的張拉工藝是采用逐根張拉，整體張拉設備技術不成熟，導致鋼絞線受力不均勻。采用扁波紋管留孔，扁孔空間很小，孔道摩阻大，特別是超長孔道采用一端張拉工藝，問題更加嚴重。由于扁孔本身空間小，孔道壓漿困難，無法做到孔道壓漿飽滿。建議箱梁底板、腹板、空心板梁等結構禁止采用扁錨。對于扁錨連接器的應用更要慎重，尤其是5孔和3孔連接器，由于設計構造不合理會導致偏心受力，不宜推廣使用。
5.4 合理選擇混凝土澆注后張拉時間
有的工程通過摻加早強劑，提高混凝土早期強度，一般澆注混凝土3天后就開始張拉預應力，這是不可取的。因為混凝土強度和彈性模量增長是不同步的，強度增長快，彈性模量增長慢，早期混凝土變形大，過早張拉預應力會使預應力損失增大，導致橋梁承載力不足，而出現眾多裂縫病害。
5.5 張拉工藝質量控制
國內現澆大跨度預應力連續箱梁底板預應力束一般采用一端張拉的工藝。根據國內外相關規范規定：跨度30m以上的預應力橋梁，均要求采用兩端對稱張拉工藝，才能保證跨中有效預應力和橋梁在恒載和活載作用下跨中所需抵抗彎矩的建立;否則會導致跨中承載力不足，而產生正截面裂縫。根據交通部專門調查資料，已通車的公路橋梁中，幾乎都出現過由于張拉工藝不適合而產生大量裂縫的現象。
5.6 預防滑絲和斷絲
滑絲指夾具在預應力張拉后，夾片“咬不住”鋼絞線和鋼絲，鋼絞線和鋼絲出現滑動，達不到設計張拉值。斷絲指張拉鋼絞線和鋼絲時，夾片將其“咬斷”，即齒痕較深，在夾片處斷絲。為了預防滑絲和斷絲超標，應采取以下措施：1.夾片的硬度除了檢查出廠合格證外，在現場應對其進行復驗，有條件的最好進行逐片復驗;2.鋼絞線或鋼絲的直徑偏差、橢圓度、硬度指標應納入檢查內容，如偏差超限，質量不穩定，應考慮更換鋼絞線或鋼絲的產品供應單位;3.滑絲斷絲若不超過規范允許數量，可不予處理，若整束或大量滑絲和斷絲，應將錨頭取下，檢驗并更換鋼束重新張拉。
5.7 波紋管漏漿堵管的防治
波紋管漏漿堵管是指用通孔器檢查預應力索孔道時發現管內有堵塞或在混凝土澆筑前，索管內先置的預應力索抽拉不動。波紋管漏漿堵管產生的可能原因有：1.波紋管接頭處脫開漏漿，流入孔道;2.波紋管破損漏漿或在工地存放、施工過程中被踩、擠、壓癟。波紋管漏漿堵管的防治措施有：1.使用波紋管作為索管的，管材必須具備足夠的承壓強度和剛度，破損管材不得使用;2.波紋管連接應根據其號數，選用配套的波紋管，連接時兩端波紋管必須擰至相當的位置，然后用膠布或防水布將接頭縫隙封閉嚴密;3.澆筑混凝土開始后，在其初凝前，應用通孔器檢查并不時拉動疏通，如采用預置預應力索的措施，則應不時拉動預應力鋼絞線或鋼絲束，在混凝土澆筑結束后再進行一次通孔檢查，如發現堵孔，應及時疏通;4.確認堵孔嚴重無法疏通的，應設法查準堵孔的位置，鑿開該處混凝土疏通索道。
5.8 嚴格預應力孔道壓漿工序
預應力孔道壓漿有兩個重要作用：一是保護預應力筋不被銹蝕;二是保證預力筋和結構共同工作;然而實際工程中預應力孔道的壓漿不飽滿、不密實、漏漿和漏灌現象十分普遍，已成為預應力結構的通病。其主要原因除了施工單位對孔道壓漿工序不夠重視外，目前的壓漿工藝、留孔質量、漿體配置等也存在一定問題，特別是漿體的水灰比，較規范的規定值(0.4—0.45)偏大。采用規范規定的水灰比后孔道漿體泌水，孔道不易飽滿和密實。為了防治孔道壓漿不密實，可采取以下措施：1.孔道在灌漿前應以高壓水沖洗，除去雜物，疏通和濕潤整個管道;2.配制高質量的漿液，選用的水泥可用強度等級不低于425 MPa的普通硅酸鹽水泥，灰漿水灰比宜控制在0.1—0.45，泌水率宜小于2%，最大不應超過3%，灰漿應具有良好的流動性并不易離析，可摻入適量的減水劑和微膨脹劑，但不得使用對管道和預應力索有腐蝕作用的外摻劑，摻量和配方應通過試驗確定;3.管道及排氣口應疏通，壓漿時應從低處往高處壓，待高處的孔眼冒溢濃漿后，堵住排氣口持荷繼續加壓，待泌水流光后，再塞住孔口;4.對孔道較長或第一次壓漿不夠理想的，可進行二次壓漿，二次壓漿應在第一次壓漿初凝后進行。
6 結束語
為適應我國經濟的發展，緩解交通問題給人們生產生活帶來的不便，預應力混凝土結構的應用范圍將更加廣闊，因此必須加強提高預應力技術水平的科研工作。預應力混凝土橋梁預應力施工質量直接影響橋梁質量、使用壽命和營運安全，務必引起廣大從業人員的高度重視，切實抓好每道工序、每個環節的質量控制，確保預應力橋梁工程的質量。
