预应力混凝土在市政路面施工中的应用

预应力混凝土在市政路面施工中的应用

1.预应力混凝土路面的优缺点

许多研究工作表明预应力混凝土路面有以下几方面的优势：（1）路面板厚度只需传统混凝土路面板厚的40%～60%，就能提供很高的承载力和较高的抗变形能力，对减薄机场道面的厚度非常有利。（2）预应力混凝土路面由于板较长，接缝数量可大大减少，改善了行车的平稳性。（3）预应力的存在使路面板体性较强，边角软弱部分得以改善，大大减少了横向开裂的可能性，提高了路面的耐久性。（4）预应力混凝土路面的用筋量少于除贫混凝土外其他路面。据国外研究指出，用于正常预应力设计所需的钢筋量约为2.7125km/m2，这远少于连续配筋路面（在一些情况下可达1/5的用量）。（5）从国外已建路面的使用状况来看，预应力混凝土路面几乎30年不需大修，养护需求也较少。对于较长使用年限的主要问题就是来自胎纹的磨耗，但预应力混凝土路面要比传统混凝土路较来看，初期投资高，但养护面的磨耗要小。就其费用与传统混凝土路面的比费用几乎为零，并且减少了由于养护所延误的时间等因素其主要缺点在于：（1）从经济观点来看，虽减薄了路面板的厚度，但需大量的预应力筋腱，施工工艺较复杂，手工操作的工作量大，难以实现机械化、自动化施工，初期投资较大。（2）虽然预应力混凝土路面板可以做得较长，但随长度的增加，由路基约束所引起的张拉应力也随之增大，另外，板的位移量也会增大，这对横向接缝的设计要求很严，同时对路基摩擦约束要尽可能小。（3）对施工队伍人员素质要求较高，并需进行严格的质量控制。

2.预应力混凝土路面类型

据现有资料，国外做法大致可将预应力路面分为两大类：“单独型”板的路面和“连续型”板的路面。“单独型”路面就是配置一定数量的预应力钢筋，由间隔较长的膨胀缝相隔离的路面板组成。按施加预应力的先后次序又可分为先张法和后张法两种，这与房屋、桥梁上的做法相同，一般多采用后张法。“连续型”路面就是无筋路面，因无膨胀缝而得名，这种路面可以做得很长，按照施加预应力的方法可分为千斤顶加力和自加应力。千斤顶加力是一般在两个固定的锚固端间浇筑混凝土，并留有空隙放置加力千斤顶，待混凝土硬化达到规定强度后，用千斤顶从两端加力，达到规定压力时，将两端空隙封闭。自应力路面不用千斤顶加力，

而是选用膨胀水泥，混凝土硬化，体积增大，由于两端受有约束而使混凝土自动产生内压应力。

3.预应力混凝土在市政路面施工中的应用

在市政路面施工中，预应力混凝土中灌浆技术作为一种新型的加固技术，可广泛地使用到公路施工其他方面，如：高速公路橋头跳车、软土地基处理、机场路加固等。而且由于其处治质量主要控制指标——弯沉与旧板加铺沥青混凝土面层的设计指标相吻合，具有一定科学性，所以也适用于旧板加罩沥青面层的加固处治。大多数破损板本身的质量良好，病害原因主要是由于下承层造成的。有关资料建议灌浆钻孔深度一般为混凝土板底3-5cm，根据施工经验，钻孔深度应穿透基层达到垫层中。传统的“换板”处治，在破碎时由于操作人员的失误或连接杆的传递影响，可能造成相临混凝土板块不同程度的松动或破损，处治一处病害又出现多处新的病害，且只能改善板本身状态，正是所谓的“治标不治本”，而混凝土板下灌浆通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻混凝土板下，起到灌浆一块板加固几块板的作用。

预应力混凝土路面需要高质量的混凝土（高强度、低收缩和低徐变）。水灰比应尽可能小，以避免由于收缩和徐变引起过大的预应力损失。国外有报导，28d 的抗压强度为21～56MPa，弯拉模量为2.10～5.25MPa.一些实例中还使用矾土水泥，但其明显优势在于混凝土浇筑的高速性。现有记载除了早期的一些室内试验外，很少有使用促凝剂或增加混凝土和易性的外加剂。

4.路基的控制

市政道路工程，一般都工期短，施工快，对于路基的控制尤为重要。路基的施工质量，是整个道路工程的关键，也是路基路面工程能否经受住时间、车辆运行荷载、雨季冬季的考验。要做好路基工程，必须扎扎实实地进行路基的填筑，尤其对原地面的处理和坡面基地的处理。

因为在任何混凝土板和其下的基层间都存在摩阻约束，该约束阻止板随温度、湿度的变化而移动。在预应力混凝土路面中，尽量减小该摩擦力是非常重要的，因为它是引起预应力损失的主要因素，同时它也决定着板的长度。所以路基施工是保证预应力混凝土施工的重要因素。

5.预应力施工中灌浆技术的控制

在后张有粘接预应力混凝土结构中，预应力筋和混凝土之间的共同工作以及预应力筋的防腐蚀是通过在预埋孔道中灌满水泥浆来实现的；另外，在预应力状态下为防止预应力筋发生滑丝及长期放置发生预应力筋腐蚀，在一批预应力筋张拉完毕后，也要求立即对孔道灌浆。后张预应力混凝土结构中，预应力筋的腐蚀大部分是由于施工工艺和浆体混合料配制不好造成的。传统压力灌浆中，浆体本身和施工工艺带有一定的局限性，主要表现为：灌入的浆体中常会含有气泡，当混合料硬化后，存集气泡会变为孔隙，成为自由水的聚集地。这些水可能含有有害成分，易造成预应力筋及构件的腐蚀；在北方严寒的地区，由于温度低，这些水会结成冰，可能会胀裂管道、形成裂缝，造成严重的后果；另外水泥浆容易离析，析水、干硬后收缩，析水后会产生孔隙，致使浆体强度不够，粘接不好，为工程留下了隐患。为此有必要将传统压浆工艺进行改进，将真空辅助压浆工艺等技术应用于预应力孔道施工中，使灌浆工艺更加完善合理。其基本原理为：在压浆之前，首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80%以上，使之产生-0.06至0.1Mpa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以≥0.7Mpa的正压力。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡；同时，由于孔道与压浆机之间的正负压力差，大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度。减小了水灰比，添加了专用的添加剂，提高了水泥浆的流动度，减小了水泥浆的的收缩，从而保证了浆体的可施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。因此真空压浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施

6.未来展望与进一步的研究

就目前而言，仍然缺少对预应力混凝土路面各方面的认识。预应力混凝土路面施工程序的发展，是否能使用传统的铺路做法，或经济的方法。已建的绝大多数预应力混凝土路面都属于“单独型”的，但该类路面不能做得很长（一般可达120m）。如果路基的摩擦问题解决了，并且对“连续型”的路面有了一定认识，那么修建长达300m或更长的路面是可能的。我们可从“单独型”和“连续型”路面的一些特性中看出：将这两类路面联合使用会更有利，“连续型”路面可用于路基状况较好的直路上，“单独型”路面用于路基情况稍差和曲线路上。随着预应力混凝土路面的理论体系的成熟和施工技术的发展，预应力混凝土在市政路面施工中将会有良好的发展前景。

【参考文献】