大跨度无粘结预应力梁施工技术研究

2014-09-10朱锡丰曹金元

淮阴工学院学报 2014年3期

王忠，朱锡丰，任波，曹金元

(1．淮安市建设工程质量监督站，江苏淮安 223001；2.南通建筑工程总承包公司，江苏南通 226000； 3.江苏启航建设工程有限公司，江苏淮安 223001)

0 引言

无粘结预应力结构有利于降低建筑物层高和减轻结构自重；改善结构的使用功能，有较好的经济效益。目前国内外学者对此领域已进行了较为深入的研究,研究结果表明，通过合理的设计及施工，无粘结预应力结构具有较好的工作性能。

但随着经济水平的不断提高，预应力构件的跨度越来越大，对相应的设计及施工工艺提出了更高更严格的要求，但是通过查阅文献发现此领域的介绍较为鲜见。鉴于此，结合淮安市体育中心场项目，研究跨度为313米的构件的设计及施工工艺，以此进一步推广大跨度无粘结预应力技术的发展和应用[1-6]。

1 工程概况

淮安市体育中心体育场位于淮安市开发区，是2014年江苏省省运动会室外项目主会场，建筑面积50259平方米。体育场为地上3层(含局部设备层)，看台采用钢筋混凝土框架结构、屋盖采用钢结构。其中大跨度无粘结预应力地梁长313米，截面尺寸为1500mm×1500mm(宽×高)，内部浇筑C40砼,每根地梁内埋设7φ5×5 1860级低松驰无粘结钢绞线，采用夹片式锚固体系，由于地梁长度、截面面积、锚具等的工程特点，导致施工难度大。

2 张拉设备选择

工程选择的YCQ-27型千斤顶和ZB4-600型高压电动进行预应力钢绞线的张拉。YDCJ型千斤顶是一种预应力穿心前卡式千斤顶，是专门用于张拉测力或放张φ12.7、φ12.9、φ15.24、φ15.9mm钢绞线和(6-7)φ5mm高强钢丝束的单根张拉千斤顶，采用了双作用增压回路，且将增压回路中的电磁换向阀更换为自动挡板型的换向装置，提高了工作可靠性，并整合了流量控制回路、保压卸压回路、锁紧回路，简化了硬件操作，运用起来方便快捷。

张拉前应检查张拉设备，保证千斤顶与油表通过检测机构检测，并在万能机上按主态(即和张拉工作状态一致)方式进行配套标定，标定合格后方可投入使用。

3 施工工艺

3.1 无粘结预应力钢筋制作

下料长度的确定及预应力钢筋外观的检查是无粘结预应力钢筋制作的关键问题。下料长度包括构件内长度及外露工作长度两部分，其中构件内长度部分需根据预应力钢筋的形状及构件长度进行计算确定，而外露工作长度取决于锚固形式、张拉方式及千斤顶型号。

在工地现场进行无粘结预应力筋下料时切割预应力钢筋应采用砂轮机切割，不得用氧乙炔焰或电弧切割。

注意观察无粘结预应力钢筋的表面，避免在下料过程中造成预应力钢筋表面的破损。

3.2 无粘结预应力钢筋铺设

待地梁混凝土垫层浇筑完成并满足施工要求后，实行预应力钢筋两步定位原则进行铺设预应力钢筋，同时应注意锚固端预应力钢筋的铺设处理。

3.2.1初步定位

在混凝土垫层上弹设地梁及预应力钢筋的控制，保证预应力钢筋纵向位置的准确性；在地梁的两侧距地梁边缘控制线200mm处搭设间距为2000mm的门式排架，各架标高为相应位置预应力钢筋束底标高，以此来保证预应力钢筋的形态及初步确定预应力钢筋在竖向平面内的位置，同时为了保证在穿束预应力钢筋束时门式排架的稳定性，采用水平及斜向支撑来增强排架的整体刚度及侧向稳定性。

鉴于该工程预应力筋属于特长束，故采用牵引器配合人工进行单根穿束，逐根放置在已搭设好的钢管排架上，并实行简单固定，确保预应力筋顺直放置避免相互绞结，且保证预应力筋外包层无破损，若出现局部破皮现象，在不影响功能要求的情况可对预应力钢筋外包层采用胶带进行缠绕修补。

3.2.2准确定位

待非预应力筋绑扎固定后，在设计图纸中预应力钢筋的设计标高处焊接钢绞线的定位支架，并固定于非预应力钢筋骨架上，实行准确定位，保证预应力束的坐标位置准确，与设计图纸保持高度一致，焊接支架所用钢筋为φ14，间距为1500mm。若出现预应力钢筋束与非预应力钢筋冲突情况，适当调整普通钢筋位置，保证预应力钢筋位置的准确性。

将预应力钢筋束准确定位后，拆除钢管排架，实行专人负责制度，不得随意移动预应力筋及损坏预应力筋。

3.2.3锚固端预应力钢筋铺设

端部3m长钢绞线剥掉外包层，用烧碱清洗钢绞线的表面油脂，套上金属波纹管，待张拉结束后对该部位进行水泥灌浆以增加端部的锚固力，减少预应力损失。具体如图1所示。

图1 张拉端施工工艺示意图

3.3 混凝土浇筑

混凝土浇筑前需进行无粘结预应力钢筋铺设工程及模板工程的验收，合格后方可进行混凝土浇筑。

浇筑过程中，为了避免预应力混凝土钢筋束移位，不可进行混凝土集中卸料；同时应加强振捣以保证混凝土的密实性，以减少收缩及徐变等造成的预应力损失，振捣过程中不可让振动捧振击无粘结筋，以免使其破损或移位；对于普通钢筋密集部位、端部及预应力钢筋束定位支架等部位，振捣困难时，可适当减小混凝土石子粒径等有效合理的措施解决，施工过程中达到了避免由于普通钢筋等移位导致预应力钢筋束的移位；浇捣结束后，加强修养护，保持充分湿润，防止水分过早蒸发而产生裂缝等不利影响；浇筑过程中除留置竣工资料中需要的标养试块外，同时还预留二组施工试块，并与构件同条件养护，以确定张拉时间之用。

3.4 预应力筋张拉施工工艺

张拉施工工艺是预应力工程施工中的关键工艺。在专人检查外露预应力筋工作长度满足要求及无损伤情况下，搭设张拉操作平台。由于地梁截面尺寸较小, 每束钢绞线配束较多,为排除集束张拉给地梁带来的不利因素,钢绞线采用两端张拉，且每束单根对称张拉，为了减少工期及预应力损失且配合主体施工，张拉过程分为三个阶段实施张拉，同时采用应力应变双控方法，即张拉应力取标定数值，通过伸长值校核张拉力，使张拉控制应力满足设计要求。

3.4.1应力控制

应力控制的三个阶段分别为：混凝土强度达100%，且在屋盖结构安装完毕支撑拆除前进行第一阶段张拉，张拉应力σ1取为张拉控制应力σcon的50% ，即σ1=50%σcon=500N/mm2；屋盖结构支撑拆除后，屋面系统未安装前进行第二阶段张拉，张拉应力σ2取为张拉控制应力σcon的80% ，即σ2=80%σcon=800N/mm2；屋面系统及其他附加荷载安装完成后进行第三阶段张拉，张拉应力取为张拉控制应力σcon。

3.4.2应变校核

作为校核的应变控制其三个阶段的应变值根据预应力钢筋的力学性质计算获得，具体计算公式如下：

式中: △Li—张拉伸长值，

Ni—第i次预应力筋张拉力，

LT—从张拉端到计算截面的预应力筋长度，

Ap—预应力筋的截面积，

Ep—预应力筋弹性模量，

K—孔道局部偏差对摩擦影响的系数，

μ—预应力筋与孔道壁之间摩擦系数，

θ—从张拉端至计算截面孔道部分切线的夹角。

张拉时用两台千斤顶在梁两端同时进行张拉，由于预应力筋伸长值较长，张拉过程中需数次倒缸，因此伸长值的记录可以采取张拉前测量钢绞线外露长度，安装千斤顶进行张拉，当张拉力达到相对应的设计值时测量预应力筋长度，与之差即为伸长值。

相对应的伸长值校核三阶段分别为：第一阶段，相对应的应力值取的50%；第二阶段,应力值取的80%；第三阶段,应力值取的100%。

张拉以应力控制为主，并铺以伸长值校核。当实际伸长值与理论伸长值的偏差超过±6%时应立即停止张拉；或如果出现水平位移控制点实测变形大于1.5mm，应立即停止张拉，会同设计部门，查明原因后方可继续张拉。

3.5 锚具封堵施工工艺

由于采用分阶段张拉，第一、二批次无粘结预应力筋张拉完毕后，按照相应设计要求进行初步锚固，第三批次张拉完成后，及时浇筑端部混凝土并养护，用砂轮切割机切割无粘结预应力筋多余长度，禁止采用电弧焊，切割后锚具外预应力钢筋的外露长度不小于30mm，在锚具及承压板表面涂防水涂料，采用高一等级的微膨胀细石混凝土封堵时，需先凿毛湿润锚固混凝土，清除浮灰，确保新旧混凝土粘结良好，减少封堵部位混凝土的收缩。