预应力施工技术在铁路客站中的应用

2014-04-11陆雨抗上海铁路局工程质量监督站

上海铁道增刊 2014年4期

关键词：客站垫板孔道

陆雨抗上海铁路局工程质量监督站

预应力施工技术在铁路客站中的应用

陆雨抗上海铁路局工程质量监督站

根据铁路客站的空间要求和结构特点，结合宿淮铁路宿迁站工程的预应力施工工艺，介绍后张法有粘结预应力混凝土施工技术，对预应力施工的质量控制要点、施工常见问题进行阐述和分析，并对铁路客站的预应力施工技术发展方向提出建议。

预应力；施工技术；铁路客站；应用

近年来，随着中国铁路的快速发展和铁路年发送旅客的不断增长，铁路客站逐步演变为集铁路、城市公共交通、长途汽车客运等为一体的综合交通枢纽，这对铁路客站在空间和功能布局上提出了更高要求。为了拥有宽敞通透的室内空间、流畅完整的服务功能，铁路客站大都采用大跨度的设计方案，因此，预应力混凝土技术得到了广泛应用。

1 预应力混凝土结构的特点

（1）提高构件的抗裂度和刚度。

（2）增加了结构及构件的耐久性。

（3）结构自重轻，能用于大跨度结构。

（4）节约材料，与钢结构相比能节约大量钢材、降低成本、增加耐火性能，与钢筋混凝土相比同跨度的构件能节约钢筋和混凝土。

2 预应力混凝土材料

2.1 预应力筋

2.1.1 预应力钢筋的种类

预应力筋分为金属预应力筋和非金属预应力筋,常用的是金属预应力筋，主要有钢绞线、高强度钢丝、精轧螺纹钢筋。

钢绞线：具有截面集中、比较柔软、盘弯运输方便、与混凝土黏结性能良好等特点，可大大简化现场成束的工序，是一种较理想的预应力钢筋。

高强度钢丝：预应力混凝土结构常用的高强度钢丝是用优质碳素钢(含碳量为0.7%～1.4%)轧制成盘圆，经高温铅浴淬火处理后，再冷拉加工而成。

精轧螺纹钢筋：精轧螺纹粗钢筋在轧制时沿钢筋纵向轧有规律性的螺纹肋条，可用螺丝套筒连接和螺母锚固。

2.1.2 预应力钢筋的性能要求

由于预应力钢筋的工作性质，要求其有较高的强度，足够的塑性性能，良好的黏结性能和低松弛性能。

2.2 混凝土

对于预应力结构的混凝土，要求混凝土强度等级不宜低于C40。在预应力混凝土结构中，采用较高强度等级的混凝土，才能充分发挥高强度钢材的抗拉强度，有效地减小构件截面尺寸，因而也可减轻结构自重。对于先张法构件，混凝土强度等级的提高，可增大混凝土的黏结强度，以保证预应力钢筋在混凝土中有较好的自锚性能。

3 工艺流程

3.1 工艺流程图（图1）

3.2 施工步骤

图1 预应力混凝土工艺流程图

预应力梁的施工主要包括以下环节。一是设计时在张拉端解决张拉工作面。二是钢绞线矢高定位。在预应力钢绞线矢高定位前，先进行预应力梁箍筋绑扎，然后根据设计图纸进行矢高定位及固定。三是波纹管孔道成型。将波纹管按照矢高箍筋的控制位置进行铺放，为防止波纹管在混凝土浇筑时产生上浮或水平位移，须把波纹管固定在钢筋骨架上。波纹管接头要牢固、严密。四是设置压浆板及泌水管。根据设计要求在波纹管上设置泌水排气孔，然后在波纹管泌水孔上固定带嘴的塑料弧形压板，再用管子引出梁顶面约300mm。五是预应力筋铺设。预应力钢绞线采用人工单根穿束，束的前端必须扎紧并裹好胶布，对较长或曲线较多的预应力筋，需在管道内预留牵引索，采取牵引和推送相结合的方法穿束。六是张拉端锚垫板安装。锚垫板及螺旋筋安装在钢绞线固定好后进行，安装时应保证锚垫板和螺旋筋位置准确，并且锚垫板应与孔道垂直。为保证端部锚垫板位置稳定，应将端部锚垫板对拉螺栓与普通钢筋及端部模板固定。七是预应力张拉。根据现行《混凝土结构设计规范》，预应力张拉作业应在混凝土强度达到设计强度的75%后进行。张拉前需拆除侧模，以检查成型构件质量，但底模不得拆除。预应力筋的张拉以控制张拉应力为主，以伸长量作为校核。八是注浆。浆料应按配合比搅拌均匀，开启注浆泵前应将注浆枪头严密堵住灌浆孔，待孔道上所有排气孔均溢出浓浆后方可关闭注浆泵，注浆应一次完成不得中断。

4 工程实例

4.1 工程概况

新建宿淮铁路宿迁站站房主体为预应力混凝土框架结构，最大柱距21m，框架梁采用有粘结预应力混凝土技术，预应力混凝土梁标高分别在8.05m和10.2m。预应力钢筋为直径15.2mm、标准强度为1860N/mm2、弹性模量1.95× 105MPa的高强低松弛钢绞线。张拉端和外露的固定端采用OVM15-7型夹片式锚具，预埋的固定端采用OVM.J15型挤压式锚具。

4.2 施工过程和要点

4.2.1 预留孔道

孔道位置的定位采用空间坐标的方式进行控制，利用水平、垂直两个基准面进行定位。当普通钢筋和波纹管位置相冲突时，通过调整普通钢筋的位置或将普通钢筋适当弯折来解决。定位筋采用圆钢或扁钢制作，加工成#形或U形，焊接或绑扎于普通钢筋上，定位筋间距曲线不大于50cm、直线不大于100cm。在波纹管安装前应对其外观顺直情况、有无破损和折角进行检查，并进行密闭性试验。波纹管接长时采用大一号的波纹管作为接头管，长度≥250mm和5倍的直径，两端波纹管对称插入接头管，接头处和锚垫板后喇叭口处均进行封闭处理。

4.2.2 预应力钢筋安装

计算预应力筋下料长度应考虑所采用的张拉机具的尺寸。钢绞线下料采用砂轮切割机进行切割。切割前用扎丝扎紧端头以保证切口平整，防止端头散开。在穿束前，将钢绞线与工作锚具、限位板、工具锚板共同进行编号。安装锚具和千斤顶时，应特别注意千斤顶工作锚的孔位和构件端部的工作锚、限位板的孔位排列一致，对号入孔。在混凝土浇筑完成后采用抽拉钢绞线的方式进行检查，确保管道的畅通。

4.2.3 张拉前的准备工作张拉准备工作包括千斤顶和油表的标定、张拉应力和理论伸长量的计算、锚垫板下混凝土密实度的检查、张拉机具安装和张拉作业技术交底等。千斤顶和油表必须在标定的有效期内使用，一般为6个月或200次张拉作业。张拉机具转场后，无论是否在有效期内均应重新进行标定。张拉机具应根据标定时的千斤顶和油表对应使用，严禁混用、替用。理论伸长量，需根据现场材料的参数（管道摩阻系数、钢绞线弹性模量、钢绞线实际长度等）通过计算确定。安装张拉机具前，须对锚垫板后混凝土的密实度进行检查，如发现空洞，应凿除松动石子，采用高标号细石混凝土或环氧树脂砂浆进行填补，强度达到要求后再开始张拉作业。张拉机具安装时工作锚具紧贴锚垫板，锚具底面应完全嵌入锚垫板的凹槽内，钢绞线不得扭曲，限位板的凹槽应紧扣工作锚具。张拉前应对作业人员进行技术交底，明确张拉参数和安全注意事项。

预应力筋理论伸长量计算：

△L=(Fp×L)/(Ap×Ep)

式中：

Fp--预应力筋的平均张拉力（N）

L--预应力筋的长度（mm）

Ap--预应力筋的截面面积（mm2）

Ep--预应力筋的弹性模量（N／mm2）

以4XKL-2(1)梁（跨度18m）为例：

本工程标高8.050及标高10.200部分框架梁采用有粘结预应力混凝土结构,预应力筋采用ΦS15.2高强低松弛钢绞线,其抗拉强度标准值为1860N/mm2。预应力筋张拉控制应力为0.75fptk= 1395MPa，施工时超张拉3%。

Fp＝P（1－(kL+μθ)/2）

P--预应力筋张拉端的张拉力（N）

L--从张拉端至计算截面的孔道长度,（18.443m）

θ--从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad），0.405

k--孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数0.0015

μ--预应力筋与孔道壁的摩擦系数0.25

Ap--预应力筋的截面面积（mm2），取139mm2

Ep--预应力筋的弹性模量（N/ mm2），取1.95×105N/mm2

单根钢绞线张拉的张拉力：

4.2.4 张拉

本工程设计要求混凝土达到设计强度的80%后张拉，张拉时混凝土是否达到要求强度以现场同条件养护下的混凝土试块强度试验报告为准。张拉时，工作锚、千斤顶、工具锚的中心线应和孔道中心线末端的切线重合，应确保对称张拉，达到张拉控制应力后，持荷检验伸长值，合格后实施锚固。构件张拉完毕后应检查端部和其他部位是否有裂缝，锚具外钢绞线应采用砂轮机等冷切割的方法割除，严禁电焊、氧割等热切割的方法切割。预应力筋张拉控制应力为0.75fptk= 1395MPa，施工时超张拉3%。

张拉程序：0～初应力（10%控制应力、读数量测伸长值L1）～（20%控制应力，读数量测伸长值L2）～100%控制应力（读数量测伸长值L3）～103%控制应力（超张持荷2min）～锚固～卸荷。L3－L1+（L2－L1）为预应力束的现场实际伸长量。

4.2.5 压浆

本工程灌浆料采用42.5级普通硅酸盐水泥拌制,水灰比不超过0.42并有足够的流动性，水泥浆自拌和至灌入孔道的间隔时间不宜大于20min，灌浆前应防止浆体沉淀离析。压浆工作应在张拉结束后24h内进行。灌浆前应全面检查预应力构件孔道及注浆孔，排气、排水孔是否畅通，检查灌浆设备、管道及阀门的可靠性，压浆泵压力表是否作了计量校核。水泥浆体进入压浆泵前必须经过不大于5mm筛孔筛网过滤。在正常情况下，制浆、灌浆设备连续灌浆能力应使构件中最长的预应力孔道的灌浆时间不超过20min。当预应力钢绞线超过一排时，孔道灌浆顺序为先灌下面孔道，后灌上面孔道，集中一处的孔道应一次完成，以免孔道串浆

5 有关建议

目前，房建工程预应力张拉施工主要采用油泵驱动千斤顶进行张拉，由压力表读数控制张拉力，人工测量控制张拉伸长值的施工工艺。这种工艺精度和效率较低，张拉的成败主要取决于作业人员的操作。随着计算机应用技术的发展，可以采用先进的传感器来代替人工读数操作，并通过智能控制器对传感器输出信号进行反馈控制，从而保证工程施工精确安全的运行；可以使用计算机控制自动油泵，在进油路和回油路分别安装应力传感器，通过单片机控制器，实现张拉油压的闭环控制和对张拉过程的控制。