预应力在我国各工程领域中的应用

【摘要】近年来，我国经济高速发展，而工程也呈现蓬勃发展的局面，各行各业的技术也保持上升水平，一些新技术在不断的完善和成熟，预应力作为21世纪的创新技术，在工程中得到更多的应用，解决了以往的大跨、高层结构的难题，本文以预应力的眼光，对工程领域中不同行业预应力应用技术进行推广。

【关键词】建筑行业；公路桥梁；铁道；水利；预应力

近年来，在巨大工程建设任务，特别是重点建设项目和大型工程的带动下。我国的预应力工程技术水平有了很大的提高，预应力工艺技术不断更新，无粘结预应力工艺缓粘结工艺的技术已运用成熟，体外索和拉索技术得到开发和应用，特殊预应力工艺技术，如牵引、提升、转体等也已开始应用目前预应力技术在我国已成为建筑工程、公路工程、铁道工程、水利工程中一种十分重要的结构材料和特殊的工艺手段。应用范围日益扩大，多用于超高层、超大跨、超大体积、超大面积、超重荷载、地下结构等。

预应力技术一般分为两类先张法与后张法，先张法基本特点是，在浇筑混凝土前张拉预应力筋，同时把张拉的预应力筋临时固定在台座上，接着进行混凝土的浇筑。后张法可以分为有粘结和无粘结两种。有粘结预应力属于常规做法，这种方法通过灌浆后使预应力筋和混凝土粘结来达到效果；无粘结预应力则是最近年来发展起来的施工新工艺在预应力钢筋的表面涂上漆料然后用塑料管等包好浇筑混凝土后等到混凝土达到设计要求的强度后再进行预应力的张拉锚固。

一、建筑工程预应力的应用

建筑工程中采用预应力技术具有鲜明的特点，预应力技术实现了房屋的大跨度、大空间。它克服了混凝土抗拉能力低的弱点，控制了裂缝的出现和开展宽度，提高了构件的抗裂度和构件刚度，由于采用了高强度混凝土及高强度钢材，进而提高了构件的承载力。预应力技术满足了大面积楼盖不设缝的需求。预应力使混凝土不产生拉应力或预加压应力，而混凝土结构温度收缩产生的拉应力，预加应力正好抵消了温度和混凝土收缩作用，从而减小开裂。预应力技术保证了板柱结构的抗弯及抗冲切性能。板柱结构中，要想跨度大，势必增加板厚，因为板柱交接点冲切力大，而预应力正好抵抗上面荷载，保证了梁柱节点的抗弯及抗冲切力，无粘结预应力技术应用于房屋结构中可加快施工进度。无粘结预应力钢筋可同非预应力钢筋一样，按设计要求铺放在模板内，不需铺设预应力管道，后直接浇筑混凝土，待混凝土达到设计要求强度即可张拉锚固，它减少了铺设管道所消耗的大量时间，增快了施工速度。减少结构截面、减轻结构自重。预应力结构往往所采用的截面比普通混凝土结构小1/2-1/3，且减少了混凝土、钢筋的用量，符合国家的节能减排的要求。建筑工程中不仅含有预应力梁、板，同样含有较大一部分预应力管桩，对上部荷载较大，地基软土层较厚的建筑通常采用预应力管桩，主要是预应力管桩承载力高，施工简便，适用性能高。

工程实例：

南京奥体匹克体育中心，整个主体结构长达892.24m，在东西两面中间最宽处达78m，初步设计中考虑到温度和砼收缩的因素，设置了8条伸缩缝。但考虑使用预应力技术，配合温度控制，最终免去了8条伸缩缝，且设计理念参照“弓”的原理，在两拱脚底座之间跨越体育场的地下用无粘结预应力筋束连结作为大斜拱的“弦”。使与拱形成“弓”结构来解决。见图1。

江苏广电城，主楼为地上37层，裙楼为地上8层，主楼为办公用，裙楼及媒体、演播一体，所以要求跨度大，所以设计时考虑钢筋混凝土框架―剪力墙结构，大部分框架梁采用后张有粘结预应力技术，采取分段布置预应力钢筋的方式，这需要在连跨多波预应力梁中部梁柱节点处设置张拉端，此类节点的构造对合理建立有效预应力非常关键。在施工前期的深化设计过程中对此类节点采用加腋变角张拉的方式，此方式既能满足设计意图又能满足施工需要，为以后类似工程相关问题的解决提供了经验。

其他运用预应力的工程，如河海大学图书馆、南京体育学院体育馆、宿迁文体馆等等。

二、公路桥梁工程预应力的应用

我国的公路桥梁在建设的过程当中预应力技术主要的应用不完全是局限在公路桥梁建设整体结构上，还应用在桥梁边坡以及桥梁锚固上进一步的使用预应力技术，可以为公路桥梁在建设过程中节省了施工建筑材料。同时预应力技术具有抗滑、抗裂以及抗渗的作用，减少了公路桥梁中主控张拉预应力，提高了公路桥梁结构的刚度和施工设计的安全性的优点。在桥梁施工当中，混凝土出现裂缝的现象是普遍存在的，特别是在大型的公路桥梁施工当中经常会出现混凝土裂缝。公路桥梁混凝土施工当中运用预应力技术，即可减少混凝土裂缝的出现，并且效果非常明显。

而且公路桥梁经常需进行加固，加固施工是一个很复杂的过程，一般所采用的加固措施是改变道路桥梁的结构性能或者对道路桥梁构件的强度进行加大，有效地提高道路桥梁的承载力，从而对道路桥梁进行加固，在桥梁加固施工时，可采用改变构件的预应力和体外预应力加固两种方法，其中，改变构件预应力的加固法是指对对构件的预应力进行加强，加大它的拉应力，这样构件在进行承载时，其应变力就会加大，相应的桥梁也就进行了加固。体外预应力是后张预应力的一中，属于无粘结预应力，它能够对混凝土截面外的桥梁预应力筋给以张拉，且将预应力通过体外筋的端部锚具及转向块传给混凝土结构，这种预应力能够有效地降低桥梁的自重，提高道路桥梁的承载力，减少预应力损失。

工程实例：

南京长江第二大桥南汉桥为钢箱梁斜拉桥，上塔柱为斜拉索锚固区，采用环向预应力混凝土结构；索塔上、中、下横梁为箱形断面梁，皆采用预应力混凝土结构。北汉桥属后张有粘结预应力大跨度连续梁桥，主桥上部结构箱形截面连续梁采用三向预应力体系；引桥上部结构箱梁采用双向预应力体系。见图3。

杭州湾跨海大桥是国道主干线同三线跨越杭州湾的便捷通道。大桥全长36km，其中长18.27km的上部结构采用70m预应力砼预制箱梁，总计540片。预应力砼箱梁设计跨度70m，单幅整孔箱梁采用一次性预制，二次预应力张拉技术。见图4。

其他运用预应力的工程，如润扬大桥、长江三桥等。

三、铁道工程预应力的应用

近几年铁路大兴建设，但受地理区域的影响，所以在跨越江河、盆地区域，桥梁是铁路跨越的基础，因其承受动力荷载以及跨度限制的要求，极易产生裂缝。而一些预应力梁（如预应力T型梁以及预应力箱梁）因其抗冲击性大、完整性好，跨度大、承载能力强，被广泛运用于铁路桥梁上，如遇岩石基础的地区，控制岩石变形对土体的影响是主控之一，而采用预应力锚索技术，能主动控制岩土体变形，调整岩土体应力状态，有利于岩土体的稳定性。

同样地铁因其横穿城市地下通道，荷载分布复杂，且对混凝土的裂缝控制严格，一般地铁车站由连续墙、内衬墙、底板和顶板等结构组成，其中顶板、衬墙和底板开裂渗水一直是设计施工中的难题。目前使用的地铁车站开裂渗漏情况表明，尽管实际工程中采用诱导缝等多项措施限制裂缝发生，但未能从根本上解决问题，地铁车站开裂渗漏现象仍很普遍，设计主要提高地铁车站抗裂防渗能力的关键是提高混凝土结构的自防水能力，除改善材料与施工工艺，采用预应力可以从根本上解决以上问题。预应力技术可以限制混凝土微裂缝的扩展，使早期裂缝闭合！当地铁车站在使用期内遭遇最不利荷载作用时，地铁车站可能开裂，而卸载后裂缝会闭合，使施加预应力的混凝土结构在正常使用工况下保持裂缝闭合，确保地铁车站运营的绝大部分时间内无渗漏。

工程实例：上海地铁7号线某站台预应力裂缝控制，渝怀铁路路基的锚索技术等。

四、水利工程预应力的应用

水利水电工程可谓是关乎我国经济建设命脉的工程之一，其在我国国民经济建设中的也是具有举足轻重地位，恰恰预应力混凝土技术的应用能够有效的保障水利水电工程实施的安全性和工程质量，一般温度不均匀或温差较大会出现裂缝，加上水利建筑直接或间接接触雨水、空气等不利因素，使得结构二次变形，裂缝的程度越发明显，而预应力完全弥补了裂缝产生的根本。或者在一些较为陈旧的水利建筑旁边新建的建筑，都会存在或多或少的沉降，或者某些地基基础土层分布不均匀，不同地域的土质有着很明显的差别，尤其是软土具有承载力低、压缩性高和透水性小等特性，使得建筑出现不均匀沉降，极易出现缝隙，而目前最直接、也最有效的方法是采用预应力管桩，它虽然水平承载力较低，但它单桩承载力高、对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，施工中由于压桩引起的应力较小，且桩身在施工过程中不会出现拉应力。

工程实例：葛洲坝工程、小浪底等。

结语：

预应力技术在结构设计中是很有应用价值的一种技术。只要合理的予以运用，就能解决许多工程实践中难以解决的技术问题。而且预应力混凝土具有结构安全可靠、节约材料、自重较小、构件的抗裂性好、刚度大等优点，势必在工程中得以迅速发展，应用越来越广泛。

参考文献

[1]李晓旭.水利工程中预应力混凝土使用的技术控制要点[M].北京，人民大学出版社2010

[2]宋玉普.预应力混凝土建筑结构[M].北京：机械工业出版社，2007：232-236

[3]朱峰，鱼艳妮，许志建.现代工程中预应力技术的运用和发展[J].科技信息，2009（7）

[4]方克军，孔保德.地铁车站站台板混凝土防裂措施[J].铁道勘察，2007（1）

[5]金广谦.南京地铁车站综合防水施工技术探讨[J].建筑施工，2005，27（3）

[6]覃维祖.混凝土技术进展现状与可持续发展前景[J].第十三“届混凝土及预应力学术交流会论文集”北京：2005

[7]吴海城.预应力技术在桥梁施工中的应用[J].科技与企业，2012（21）

[8]杨晓翔.公路桥梁施工中预应力技术应用[J].中国高新技术企业，2010（10）

作者简介：吴建华（1964-），男，高级工程师