市政路桥施工中预应力技术的应用研究

凌聪

广州市第二市政工程有限公司 广东 广州 510030

随着我国经济多元化发展，国家充分意识到市政路桥技术的重要性，并开始着力发展和完善我国的路桥工程施工技术。从这个时期开始，我国的路桥建设质量迅速提高。高质量路桥的建设离不开预应力技术的具体应用。随着现代先进技术的发展，路桥建设中的许多短板已经通过采用预应力技术而得到妥善的解决，并且预应力技术对于路桥的建设而言是非常方便和安全的，不存在技术缺陷和运输方面的风险，它已经成为我国最可靠、最可行、应用最广泛的技术资源之一。

工程结构中采用预应力方法会产生应力，因此应提前采取相应的措施，防止因外力改变而造成结构变形或破坏。在道路桥梁的施工过程中，预应力主要产生在外部荷载模块的前面。这在一定程度上大大减少了由外部荷载引起的拉应力和压应力，降低了混凝土开裂的程度，从而进一步提高城市道路和桥梁的建设质量。

道路和桥梁的建设需要使用高强度钢材和混凝土。正是由于高强度钢材具有抗拉特性，构件可以被压缩，使得构件所占空间减少。预张拉技术可以延长路桥的使用寿命，减少裂缝，使市政路桥更加经济，提高工程美观度以及路桥施工质量。

得益于预应力技术的诸多优势，它的应用范围正在逐步扩大。使用预应力技术可以克服许多传统设计无法克服的障碍。例如，预应力技术在中缅输气管道建设中的应用，不仅优化了宽悬索锚结构，而且丰富了这些结构的类型。

首先，在道路和桥梁的建设中，预应力技术的作用主要体现在：采用预应力混凝土结构的预应力构件利用预应力和结构应力相互补偿，形成良好的基础，进而提高结构的强度。这样在一定程度上可以改善城市道路桥梁中可能会出现的缺陷，减缓钢筋混凝土结构的老化，从而大大增加城市道路桥梁的使用寿命。

此外，预应力技术提高了城市道路和桥梁的抗疲劳性能，赋予了道路桥梁结构高强度、高承载能力、抗穿透能力强、混凝土抗拉强度高、抗剪强度高等优点，由此可提高城市路桥结构的整体性能，满足大型路桥建设的需要。

最后，预应力技术可以增加道路桥梁的经济效益。在路桥施工过程中，采用预应力技术施工可以减少用钢量和结构截面大小，从而减轻公路桥梁的自重，防止结构过早发生结构开裂、表面开裂情况，同时采用体外预应力技术，减少外部影响因素，允许分段拼接，使后续维护更加方便[1]。

3.1 选材要点

在选择材料时，既要考虑到材料的特性和质量，又要考虑成本。根据路桥建设的要求，通常使用以下钢材：
1、预应力钢筋 。2、预应力钢绞线。其中，预应力钢绞线成本性能优点更加突出，应用更加广泛。与其他材料相比，在相同质量条件下，预应力材料具有密度高、重量轻、价格低、施工方便等优点。因此，大型道路和桥梁工程多采用此类材料。在城市道路和桥梁的建设中，需要根据工程的要求和具体的施工条件使用材料，以保证尺寸和规格与实际工程相匹配，但同时，也应该保证经济因素不受外部因素的影响。此外，不同预应力技术的选用也对材料、机具的选用有着重要的影响，以城市道路和桥梁建设中不可缺少的工具锚杆、锚栓为例。道路和桥梁的结构施工可以采用先张法，也可以采用后张法，但不同工艺使用的锚栓类型也不同。前者通常需要使用机械锚或摩擦锚，后者则使用墩头锚或帮条锚以及锥形螺杆锚具。摩擦锚杆广泛应用于道路和桥梁项目，比较适合建筑的要求，但同时也受限于材料低回收率和产生大量废物。

3.2 预应力预制箱粱施工

预制箱梁的施工是市政道路桥梁建设中的一项非常重要的工程。箱梁建设工作量大，建筑要求多，对建设质量要求较高。如果任何一个环节的建设出现问题，对于市政道路和桥梁的整体建设质量都是有严重影响的。在箱梁施工过程中，要特别注意预应力张拉钢绞线的张拉顺序。一般来说，张拉的顺序为:如果是横向钢绞线则自上而下张拉，如果是腹板钢绞线则需要自下而上张拉。第一批钢束先进行张拉，然后再对横梁和纵梁的钢束进行张拉，张拉工作完成后，需要开展预应力管道压浆作业，如果施工过程中遇到雨天时，为了减弱雨水对箱梁钢绞线造成一定程度的腐蚀，可以对钢绞线的强度进行减弱，可提前进行灌浆工作。

3.3 搭设支架

设置支架的第一步是测量放样。其目的是确定支架搭设的具体位置，并仔细检查支撑所需的组件。在道路、桥梁施工过程中，支架施工应按照以支架的一侧为起点向支架的另一侧实施推进的顺序进行，或者也可以以支架的中间为起始点向两侧推进，调整支架时，确保支架支撑部分处于垂直位置，支架轴线位置正确稳定。支架组装工作完成后，各方应严格按照制造工艺和预应力支架相关规范标准准备接收工作，以确保支架施工满足规范要求。

3.4 注重张拉时间控制

拉张时间是影响受拉结构质量的重要因素。在预应力施工过程中，由施工单位进行张拉时间控制。如今，在混凝土中加入早强剂是路桥工程施工中预应力技术的常用方法，不仅操作方便，而且应用效果也很好，可以对混凝土后期强度变化进行控制。在预应力技术操作过程中，通过在混凝土中加入早强剂，静置三天以后再进行张拉操作，可以精准控制混凝土变形，控制张拉时间，最大限度地提高预应力方法的效率，从而提高工程的整体施工质量。

3.5 注重穿索技术把控

预应力钢绞线穿索是预应力技术的重要组成部分，也是影响预应力施工的重要因素，需要引起高度重视。在施工过程中，施工人员需要对预应力钢绞线穿索技术要点进行把控，以确保有效利用预应力钢绞线穿索技术并最大限度地提高其施工质量。其中包括：
（1）对钢绞线质量进行严格控制，即对钢绞线在-165℃环境下进行检测，检测数据经过认证且经有关部门批准后方可使用钢绞线。

（2）对钢绞线和钢箍的外观质量进行测试，检查材料的表面有没有生锈、损坏或其他问题。

（3）科学使用空压机，及时对波纹管里面的杂物进行清理，严格按施工规范进行预应力钢绞线穿索技术的施工[2]。

4.1 应用于预应力筋部分

预应力技术在预应力筋中的应用主要体现在两个方面。

（1）穿索预应力筋。由于路桥工程中使用的预应力筋通常很长，最长可达150m，因此，与其他类型的建筑工程相比，在进行预应力穿索过程中所需的跨中转向装置数量更多。为保证预应力筋穿索的施工质量，降低穿索施工的复杂程度，避免出现钢绞线之间互相缠结的问题，需要在穿索时逐一进行施工，这样才能发挥预应力技术的最好效果。（2）张拉预应力筋。张拉预应力筋施工过程中，应特别注意“预紧”和“张拉”两个过程的施工。这两个施工过程的主要作用是确保钢绞线顺直，施工过程中不会出现钢绞线缠绕的情况。

4.2 应用于混凝土施工

4.2.1 施工前准备

浇筑混凝土前，应该确保模板安装牢固。混凝土的搅拌必须在搅拌站进行，水泥、原料和骨料的工作参数和水的搅拌必须符合所有设计要求。混凝土搅拌好后，由混凝土运输车进行运输，用泵车灌注入模具。

4.2.2 混凝土浇筑

现如今大多数道路和桥梁都是大型混凝土结构。在混凝土铸件施工中采用预应力技术，可以有效保证混凝土内部结构的应力平衡以及增加结构稳定性。施工时，首先要按照混凝土结构的规范和道路、桥梁的建议进行施工。混凝土搅拌振捣时，应该采用专用设备进行垂直作业，根据规定的施工原则控制城市道路桥梁建设中的地质、环境等实际因素。其次，混凝土浇筑在道路上时，必须确保混凝土内部的湿度处于适宜的水平，避免产生气泡，并确保混凝土与预应力接头更好地结合以产生牵引效果。最后，必须使用优质的混凝土原料，专业的混凝土搅拌、振动和浇注机械设备，以确保现场的混凝土材料符合设计要求。同时，需要制定合适的应急计划，以应对施工过程中的各种突发问题状况，并确保在现浇混凝土道路和桥梁建设中继续使用预应力方法[3]。

4.2.3 模板拆除及混凝土养护

浇筑混凝土时，为保证混凝土抗拉、抗压强度，必须对混凝土进行养护操作，并且确保混凝土不粘模、不留边、外观美观、光滑、内外均匀。

混凝土浇筑完成后，必须先拆除侧模板，在梁体砼养护过程中，由专人采取灌水养护的方式对腹板的内部进行养护工作。在混凝土养护期间，应保证至少 7 天的固化周期，并且应保持混凝土润湿从而更好的进行固化。

4.3 对受弯结构环节的应用

城市现代路桥建设必须按照科学合理的模式进行，必须充分考虑具体情况对路桥施工的影响。例如，在某些区域道路或桥梁工程的运营过程中，虽然有明确禁止超载或超速，但在实际使用过程中，可能会因各种原因发生各种不可控的超载、超速现象，这会对工程的整体结构造成永久性破坏。而受弯结构可以起到良好的调节作用，如果对受弯结构的设计没有做到充分完善，没有掌握应用技术的要点，就有可能出现上述不良现象。受弯结构是城市道路桥梁建设防止结构永久性破坏的有效措施，不仅可以保证未来工程的良好发展，也可以为未来的工程提供更多的指导和参考。受弯结构是道路桥梁施工中常见的组件类型，受弯结构的稳定性将会影响路桥施工的整体质量。受弯结构中最重要的成分是碳纤维，因此，混凝土结构在施工初期所承受的应力也将受到碳纤维材料的性能影响，当应力超过碳纤维支撑极限时，会导致材料直接断裂，从而使受弯结构无法正常使用，通过将预应力技术应用于受弯结构中，这不仅拓宽了碳纤维材料所承受应力的范围，还防止了在施工前期由于混凝土所承受的应力过大造成碳纤维材料断裂的情况发生。

4.4 应用于加固施工部分

路桥使用过程中车辆的重量的增加会加重对道路和桥梁结构的压力。因此，施工负责人必须加强对路桥结构的加固，并采取适当的措施，确保路桥结构的承载能力可以得到提高，以提高路桥结构在使用过程中的整体性能，延长路桥的使用寿命。预应力技术在路桥加固施工中的应用主要有三种方式:首先，加固路桥结构的补强层，以此改善路桥结构的承载体系和对外应力的承受范围。其次，通过卸载的形式在路桥施工过程中降低混凝土结构在加固中形成的初始应力。最后，增加施工构件的预应力达到加固的目的，或者也可以采取降低拉应变量以及初始弯矩压应变量等方法。

4.5 应用于混凝土多跨连续梁中

在道路和桥梁的施工过程中，对比道路，桥梁对预应力技术的应用更加广泛，特别是在研究弯矩中会用到预应力技术。弯矩一般包括正弯矩和负弯矩两种。通常情况下，正弯矩应用于多跨梁中，而负弯矩通常应用于梁支座处。在城市道路桥梁建设中，如果梁的抗弯强度和抗剪强度不符合工程设计的相关要求，应采取适当措施来增加梁的强度，而预应力技术就可以有效提高梁的强度。虽然近年来预应力技术得到不断地发展和应用，但是在应用过程中也会经常会出现一些问题。因此，相关施工人员必须不断提高专业水平，有效提升路桥施工质量[5]。

4.6 孔道压浆施工

4.6.1 设备及材料选择

预应力管道采用智能再循环压浆方式进行压浆施工，压浆操作过程中采用专用压浆料，水泥浆通过40mm×40mm×160cm的立方体形式来进行强度试验，抗压强度应保持在50MPa以上。

4.6.2 孔道压浆工艺

空腔的密封可以通过真空密封工艺来完成。在排空过程中，需要关闭排放阀和普通阀，打开真空阀，然后用真空泵将其清空，此时应该读取真空计的值。在此过程中，应保持一分钟的抽气时间。如果在关闭泵时压力没有变化，这充分证明孔中可能存在真空。将提前计量好的水泥、水和膨胀水泥加入搅拌机中，连续搅拌2分钟。加入减水剂后，搅拌3分钟之后再进行灌浆。当水泥浆加入灌浆泵后，将泥浆从灌浆泵的出口打出。当浓度与泵中的浓度相匹配时，停止灌浆泵，添加并调整胶管和密封管，停止灌浆管后将启动真空泵。当真空度为-0.06MPa至-0.09MPa时，应启动螺杆泵一起工作。当悬浮液通过空气过滤器时，需要关闭真空泵和出口阀门，同时打开出口阀门。在这个过程中，需要注意排气悬架的状况，当浆液的稠度和灌入前稠度一致时，必须关闭安全阀以将流动时间保持在2分钟以内，这可以在孔道内形成一定的压力。最后拆下各种垫圈和软管并清洁斗式泵、混合器、阀门和空气过滤器等设备[6]。

总的来说，在城市道路桥梁建设中运用先进技术，不仅促进了道路桥梁的建设，还提高了道路桥梁设计的技术质量和效率。道路和桥梁长期运行中会受到各种不良因素的影响而出现不同程度的变形，这在一定程度上大大缩短了道路和桥梁的使用寿命， 而先进的预应力技术不仅可以有效延长路桥工程的使用寿命，也为国家路桥产业的发展奠定了良好的基础。