建筑工程中无黏结预应力楼板开洞技术的应用

易成才

(深圳市市政工程总公司，广东 深圳 518000)

1 工程概况

本建筑工程是纺织工业车间的改建项目，车间建筑面积1.3万m2，包括两层主厂房和四层局部建筑物，总高度10 m，车间结构复杂，底层包括5.0 m+2.5 m+10 m+6.5 m+5 m尺寸的五跨，二层则包括5 m+2.5 m+20 m+6.5 m四跨，在两层主厂房高低差处设置伸缩缝。主厂房框架为无黏结预应力框架结构，二楼面层横纵向框梁内布设φ3-75钢丝束，密肋楼盖板横纵向肋梁布设φ1-75钢丝束。

2 工程技术难点

由于本纺织车间改建项目主厂房采用大跨度双向无黏结预应力扁梁平板楼盖，所以楼板开洞过程中必须充分考虑施工安全及施工对厂房结构安全性的影响[1]。

混凝土楼板开洞施工前，结构工程、架木拆除等均已完成，材料也已全部撤离施工现场，然而混凝土剔除之前，必须将楼顶板剔除部位恢复至原预应力张拉前的支搭方案，根据本次工程设计方案估算的支撑管所需数量至少2.5万根，如此大的工程量必将增加工程资金投入。混凝土楼板剔凿施工中为防止预应力筋受到破坏，必须对预应力筋位置进行准确定位，这就要求设计施工人员严格按照设计图纸进行。混凝土楼板拆除前后周边楼板的受力必将发生变化，为此必须进行开洞施工全过程受力及变形情况的计算与分析，根据结果做出是否应进行周边结构加固处理的准确判断[2]。开洞施工前楼板预应力筋张拉应力设计值已几近规范限值，所以拟定的混凝土楼板开洞施工方案必须防止预应力筋损伤和技术的可行。纺织车间原预应力楼板采用多跨连续布置，所以混凝土楼板开洞施工过程中必将面临预应力筋被切断而预应力瞬间释放，从而引发楼面结构安全问题。

3 无黏结预应力楼板开洞施工

3.1 施工前的技术分析

取出楼板周围预应力筋处150mm×80mm板条单元，构建起三维梁模型，运用等效荷载法将预应力钢筋对楼板的影响等效施加于三维梁模型而进行外界条件及外加荷载变化的有限元分析。以开洞板为板壳单元对其进行有限元划分，并施加均匀外力于板壳单元，使之与相邻单元黏合，以便进行力学分析。

根据建筑工程实际，混凝土等级C40，楼板厚180 mm，预应力钢绞线φ14.25 mm，拉伸应力控制σ为1 593 MPa，双向φ16@250钢筋板底压强为320 N/mm2；双向φ20@270柱附近楼板压强340 N/mm2。分别按设计和施工工况进行楼板板面荷载计算：设计工况下楼板板面荷载为3.6 kN/m2，施工工况下楼板板面荷载0.8 kN/m2。考虑到开洞后边界条件对楼板的可能影响、楼板剪切变形等因素，对楼板内力与变形进行分析与计算，结果详见表1。

表1 施工不同阶段楼板内力与变形统计

通过上述分析可知，开洞楼板的承载力、预应力变形及裂缝宽等都符合安全要求，似乎没有加固的必要，但是拆除过程的相关指标参数结果表明，楼板开洞过程中所释放的预应力必将削弱楼板刚强度，使之短时间内变形与裂缝超过设计规范，为此，必须在楼板开洞之前进行其结构的加固。

3.2 搭设楼板底支撑系统

所搭设的梁板支撑系统以地下室为主要的应力支承，一、二层开洞处混凝土板和四周梁及开洞工程所涉及的混凝土板结构如图1所示。为控制楼板底支撑系统搭设工程量，设计人员制定出的技术方案为：“混凝土板分段剔除→预应力筋切断→放张→张拉及断面处理→重新张拉”，同时确定了两种不同的楼板地支撑系统搭设方案：地下室、剔除一二层顶板和四周梁支撑系统；沿用原来的满堂支搭设计和对角线双排架木支搭方案。

图1 开洞工程所涉及的混凝土板结构

3.3 预应力钢筋开凿及混凝土剔除

本工程采用粘贴碳纤维的工艺进行混凝土楼板开洞区域周围楼板加固处理，等到黏贴结束且黏贴处强度达设计强度后进行楼板开洞施工。按照设计图确定预应力钢筋埋设位置，并将放张施工槽开设在板跨1/4位置。采用风镐在混凝土楼板开洞施工处凿出800 mm的宽槽(图2)，沿扁梁边宽1～1.6m板缝剔除并进行预应力筋切断、放张和重新张拉部位的处理，完毕后再进行非预应力梁板缝处混凝土的剔除处理，最后是中间板处的混凝土破碎与清理[3]。本工程混凝土剔除采用机械钻孔和人工剔凿两种工艺，由于扁梁预应力筋距离梁板较近，考虑到施工安全及防止剔断预应力筋，应从远离扁梁处向扁梁边的顺序人工剔凿，等到预应力筋的位置确定后，再采用机械方式逐步向梁边剔凿。

图2 预应力钢筋切断示意图

剔凿时，考虑到扁梁边张拉端承压面加固处理的稳定性，应在板缝剔除中先剔凿月轴，板缝剔除应按照切筋、放张、处理端面、张拉的次序分段进行，剔凿结束后为保证扁梁边混凝土的齐整，必须使用水泥砂浆抹面处理。出于张拉端角板与封堵浇筑后混凝土梁连接考虑，在剔除预应力混凝土板混凝土的过程中，尽可能保留扁梁边板处的非预应力筋，而其下方的非预应力筋必须全部保留，长度至少200 mm。

3.4 切断预应力筋

用550 mm宽度的厚木板覆盖安装临时放张夹具的槽口，并通过便携式砂轮机而非电弧焊等将槽口端预应力钢丝切断[4]，为防止预应力突然减小而影响工程质量，引发安全事故，应严格按照慢切慢放原则将预应力筋逐根切断。

3.5 预应力筋重新张拉

混凝土楼板开洞施工时，预应力筋切断、放张的基础上，还必须进行重新张拉，重新张拉应待混凝土新浇筑强度达设计强度80%时进行，张拉前将锚具安装固定，张拉过程中使用到液压千斤顶和电动高压油泵，采用“应力控制+校核控制”的双控法并按张拉控制应力初始设计值进行张拉控制，将伸长实际值与理论值差额控制在±5%范围[5]。预应力筋张拉完毕24 h后进行观察，如未出现任何滑丝情况便保留30 mm预应力筋并切除多余部分，再用环氧树脂进行锚索封固。预应力筋重新张拉结束，保证预应力筋在锚具外的预留长度至少200 mm，预应力筋直线长度至少达30 mm。

4 结 论

通过对建筑工程中无黏结预应力楼板开洞技术的应用实践分析，得出如下结论：预应力筋预应力施加过程中，必须根据锚具、承压板等情况确定张拉端所承受的应力，在重新张拉预应力筋前，必须给出切实可行的加固方案；由于无黏结预应力楼板开洞的最大拉应力必然出现在洞口角板底，而后沿按45°角度延伸，洞口角板应力较为集中，所以必须在洞口周围配置斜向筋加固，而本工程由于楼板开洞洞口尺寸不小，而原楼板预应力扁梁配筋量大，所以工程无黏结预应力开洞施工时并未对洞口四周进行加固处理，而仅加固处理了垂直的预应力筋张拉端，有效防止了张拉端可能发生的纵向开裂。为简化建筑工程无黏结预应力楼板开洞施工工艺，确保施工安全，设计单位必须在无黏结预应力楼板预应力筋曲线设计过程中，始终坚持立筋架设于(暗)梁下方的原则，并充分考虑建筑物功能变动的要求。