桥梁工程中预应力混凝土技术的应用

桥梁工程中预应力混凝土技术的应用

[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

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2 0～25mm；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2 min，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1 0～15min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。