站房工程缓粘结预应力技术

姜桂芳

（中铁建设集团有限公司 基础设施事业部，北京 100040）

0 引言

缓粘结预应力技术是一种新型预应力技术，既具有无粘结预应力结构施工简便可行的优点，又具有有粘结预应力结构良好的传力机制［1］，为此在国内外的土木工程中得到了广泛应用。徐卓君［2］以缓粘结剂的固化度对预应力混凝土梁力学性能的影响为研究对象，采用ABAQUS 软件对缓粘结预应力混凝土梁进行有限元数值模拟分析，为缓粘结预应力混凝土结构质量控制提供基础，为该技术的发展及推广提供理论依据。肖勇等［3］提出缓粘结预应力技术具有结构可靠和施工方便等优点。黄成立［4］总结了施工中常见的质量问题，并给出了施工验收项目，以取得更好的经济效益。郝玉松等［5］阐述缓粘结预应力技术在空心楼盖中的应用，有效提高结构的承载力。尚仁杰等［6］的试验表明，缓粘结预应力钢绞线与混凝土之间有良好的粘结性。李洋等［7］使建筑施工更加简单，且建筑具有较强的抗震性能，安全性更高。刘运动等［8］从设计和施工2 个方面阐述缓粘结预应力技术存在的优势。孙长江［9］提出由预应力钢筋和其外包裹的缓凝砂浆共同组成一种新型预应力筋。马柯佳等［10］总结了缓粘结预应力技术的发展优势以及研究现状，简单介绍了缓粘结预应力技术在我国的应用情况，并针对研究现状阐述了几点展望。

由此可知，缓粘结预应力技术是在有粘结预应力技术和无粘结预应力技术之后发展起来的一种预应力技术，秉承了无粘结预应力施工简便的优点，同时又具备有粘结预应力力学性能的优点，是预应力技术发展的一大创新。近几年有许多研究者进行了试验研究并取得成功，且在多项工程中应用。通过对雨棚与站房区域9.8 m 标高及16.9 m 标高顶板采用缓粘结预应力技术，介绍缓粘结预应力施工方法。

1 工程概况

北京朝阳站中央站房主体部分共3层，其中地上为2 层（底部架空站台层、高架层，局部设高架夹层）、地下为1 层（地下一层，局部设地下夹层）；西站房主体部分共3 层，其中地上为2 层（地面层，局部设地面层夹层；高架层，局部设高架夹层），地下为1 层（地下一层，局部设地下夹层），与市政西广场枢纽地下一层平接。工程效果见图1。

图1 北京朝阳站效果图

2 施工重难点

2.1 预应力筋成品保护及绑扎困难

工程一步过渡段预应力先期施工，9.8 m 标高结构施工完成后甩出的预应力筋需要成品保护并且在二期结构施工时需要重新将预应力筋挑起，施工难度大。为此制定以下解决措施：

（1）一步过渡段的预应力筋甩出后正值夏季，缓粘结剂可能会沿胶皮破损的位置流出，影响缓粘结预应力施工效果。将破损的胶皮进行粘接，使其密封完善。甩出的预应力筋端头做好包裹，防止缓粘结剂流出（见图2）。

（2）在进行二期结构施工前，先搭设好盘扣架，安排工人将甩出的预应力筋调上去搭接在盘扣架上，这样有利于将预应力筋穿入结构梁钢筋内。

图2 甩出的预应力筋端头

2.2 转场施工不利于预应力筋甩筋

根据现场铁路转场施工的需要，优先施工B-D 轴，导致B-A 轴线预应力筋甩筋，但A 轴线位置为预应力筋固定端，固定端锚板较大，导致梁体箍筋无法施工穿筋。施工缝的设置导致预应力钢筋甩筋后，梁体钢筋绑扎难度增加，同时钢骨柱与预应力梁节点位置钢筋布置形式复杂、交叉作业多，不利于现场结构施工与质量控制。为此制定以下解决措施：

（1）A-B 轴预应力筋甩筋后梁体钢筋无法绑扎，采取预应力梁的固定端与张拉端互换位置，张拉端全部由梁面改为梁侧，同时在特殊位置使用施工连接器将预应力筋甩筋位置接长，以避免梁体钢筋无法绑扎。

（2）在钢骨柱与预应力梁节点位置，钢筋布置形式复杂，提前采取在三维模型中放样的方法，以避免预应力筋与钢板碰撞导致无法施工，再根据图纸以及现场情况对预应力施工各阶段进行实时、快速并准确的调整，提前熟悉甩筋部位，布置甩筋安放位置，减少此类问题给施工造成的影响。

2.3 变形缝部位的预应力张拉空间小

工程很多位置的预应力筋张拉端设置在变形缝端部，空间非常狭小，不利于预应力筋张拉。

解决措施：及时将此部位的结构与设计单位进行沟通，将预应力张拉端设置在顶板上，这样有利于预应力张拉机械作业、张拉效果好，有利于质量控制。

3 施工安排

3.1 施工材料准备

预应力工程所有材料需提前准备，按时进场，同时要求提供相应的检测报告、质量证明文件及产品合格证方可进场。在材料进场与施工过程中要对进场材料进行详细检验，尽快完成材料复验，保证材料质量。

（1）预应力筋。工程预应力梁采用φ21.8 mm的缓粘结预应力筋，产品标记为：RPSR-180-540 21.8-1860 JG/T 369—2012。φ21.8 mm 缓粘结预应力筋理论质量为2.95 kg/m。采用φ21.8 mm 高强低松弛钢绞线fptk=1 860 MPa，抗拉强度设计值fpy=1 320 N/mm2，弹性模量Ep=1.95×105MPa。

（2）缓粘合剂。缓粘合剂的标准张拉适用期为180 d，标准固化时间为540 d，缓粘结预应力筋需在张拉适用期内完成张拉。

（3）夹片锚、挤压锚。预应力筋的张拉端采用夹片锚，固定端采用挤压锚，承压板采用90×110×16 钢板，后附5-6 A90成品螺旋筋。夹片锚、挤压锚质量及使用应符合GB/T 14370—2015《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、JGJ 85—2010《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》的规定。缓粘结预应力混凝土构件的混凝土中不得掺用氯盐。

（4）为保证工程正常进行，所有材料都应提前7 d进场（需要复验的原材料应提前14 d进场）。

3.2 试验准备

根据北京市地方标准DB11/T 695—2017《建筑工程资料管理规程》、国家标准GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定，材料进场需要进行以下复验：

（1）缓粘结预应力筋应按现行国家标准GB/T 5224《预应力混凝土用钢绞线》抽取钢绞线试件做力学性能检验，应符合该标准7.2 条力学性能要求。预应力筋每60 t 为1 个检验批，每批抽取1 组试件，检验产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。

（2）缓粘结预应力筋进场后，要求现场对缓粘结预应力筋中缓粘合剂取样，送具有试验能力的实验室做拉伸、剪切强度检验。

（3）锚具应按设计要求选用，并应按现行国家标准有关规定进行检验，其性能应符合GB/T 14370—2015《预应力筋用锚具、夹具和连接器》，锚具按相关规定进场验收，每2 000 套锚具作为1 批进行检查和验收。检验项目包括：

①外观检查。锚具包装应符合规定，锚板及夹片表面无裂纹，外观尺寸符合产品标准。

②夹片及锚环硬度检验。送具备相关检测资质的钢检中心做洛氏硬度检测。

③锚具组装件静载试验。

（4）预应力张拉设备标定。预应力张拉设备需在有资质的实验室进行标定，标定后方可进行张拉。标定有效期为半年。

4 施工工艺要点

4.1 施工工艺

缓粘结预应力施工工艺主要有：预应力筋的加工制作、安装、张拉、封锚。

4.2 预应力筋安装

4.2.1 安装梁底模板、绑扎普通钢筋

预应力钢筋施工前应先将梁底模板施工完成，梁侧模板先不施工，为预应力筋绑扎安装预留足够的操作空间，普通钢筋绑扎完成后，按图纸中预应力筋的线形控制点位，进行架立筋焊接，焊接完成后，穿设缓粘结预应力筋。

4.2.2 预应力筋铺设线形

单侧张拉线形见图3、双侧张拉线形见图4。

图3 单侧张拉线形

图4 双侧张拉线形

4.2.3 预应力筋安装

（1）缓粘结预应力筋铺放之前，需检查其规格尺寸和数量并确认其端部组装配件可靠无误后，才能进行下工序。对于预应力筋护套破损位置，可采用防水聚乙烯胶带进行修补，每圈胶带搭接宽度应大于胶带宽度的1/2，缠绕层数应多于2 层，缠绕长度应超过破损长度30 mm，严重破损的预应力筋不可投入使用（每米破损点不大多于5处）。

（2）预应力筋穿束方法主要采用人工单根多次穿束法进行施工。具体施工部位可根据现场实际情况进行调整。预应力筋在固定端与张拉端处需用扎丝将其固定在普通钢筋上。在梁体跨中部分每隔1～2 m 设1 个固定点，用扎丝将预应力筋与普通钢筋进行固定。

（3）穿设缓粘结预应力筋时应平行顺直，要求其水平偏差不大于50 mm，竖向偏差不大于15 mm，以减少张拉时的摩擦损失，保证张拉后有效应力达到设计要求。

（4）梁内铺设预应力筋时，应保证每根预应力筋走向顺直，减少平面外弯曲，要求预应力筋保持顺直避免扭绞，至端部再散开。

（5）预应力筋张拉端的承压板采用牢固措施固定于端部模板上，且保持张拉作用线与承压板面垂直，如采用木模板应在合模板时留出预应力筋孔槽，如采用钢模板应在钢模板上采用加工厂预留机械钻孔。固定端放置位置在墙端部或板端部。

4.3 预应力筋张拉

工程张拉端采用梁顶（个别位置在板顶）凸起、梁侧凹式2种张拉方式。具体方式以设计单位签字的深化图纸为准。缓粘结预应力筋在框架梁的梁端锚固，且建筑不允许在柱面外凸出锚固时，承压板过柱子中心线距离不应小于预应力筋公称直径的8倍。当次梁内缓粘结应力筋在边梁锚固时，承压板过边梁中心线距离不应小于预应力筋直径的5倍。预应力筋张拉做法见图5—图8。

图5 锚固端位置

图6 锚固端做法大样图

图7 梁顶张拉端做法

4.4 预应力张拉控制力

4.4.1 计算

（1）混凝土强度要求。根据设计要求，以同条件养护的混凝土试块强度试验报告为准，预应力梁混凝土强度达到100%的设计强度后才能张拉，张拉前不得拆除梁板下支撑。

图8 梁侧凹式做法

（2）张拉控制力。预应力筋的张拉控制采取双控法，以控制张拉力为主，同时用张拉后的伸长长度作为校核依据。张拉控制力取0.75 倍钢绞线强度标准值，即1 860×0.75＝1 395（MPa）。

（3）理论伸长值。预应力筋理论伸长值应考虑摩擦损失σl2（N/mm²）因素，可按下列公式计算：

当kx+µθ≤0.3时，σl2可按下列近似公式计算：

式中：k为考虑粘结预应力筋护套壁每米长度局部偏差的摩擦系数，参照JGJ 387—2017《缓粘结预应力混凝土结构技术规程》，按表1 取用；µ为缓粘结预应力筋与护套壁之间的摩擦系数，按表1 取用；x 为从张拉端到计算截面的曲线长度，m，可近似取该曲线在纵轴上的投影长度；θ为从张拉端到计算截面曲线各部分切线的夹角之和对应的弧度值。

表1 缓粘结预应力筋的摩擦系数

（4）伸长值的实测和校核。实际伸长值△L 应等于：

式中： L2为张拉之后的实测外露长度值；L1为张拉之前的实测外露长度值；a 为锚具回缩及预应力筋内缩值。

张拉过程中，通过校核张拉伸长值，可以反映出张拉力是否足够、摩擦损失是否过大等问题。张拉完成后，实测伸长值与理论伸长值偏差应在-6%～6%，若张拉伸长值超出理论伸长值，需立刻停止作业，查明原因并采取相应措施后再继续作业。

4.4.2 控制措施

安排专人进行张拉盯控，张拉完成后用盒尺测量，张拉的长度需符合规范及图纸要求，此项工作作为重点工作，必须进行监督。现场预应力张拉见图9。

图9 现场预应力张拉

4.5 封锚

4.5.1 措施

（1）预应力张拉作业结束后，将多余预应力筋进行切割，剩余的外露部分长度不小于30 mm，严禁采用电弧切断，锚具进行防腐处理、验收后按此方案施工。

（2）悬空张拉端需封堵混凝土的部位搭设好脚手架等高空操作平台。

（3）预应力锚具涂抹防腐油脂后，采用与锚具配套的封锚盖进行保护。

（4）封堵部位处理：锚具封堵前，清除预应力筋上油污等杂物，同时剔除封锚槽内松散的混凝土浮浆，并将残留在混凝土表面的积水清除干净。

（5）采用细石混凝土将张拉端穴槽进行填充封堵。封堵材料中不得使用任何掺加氯化物的外加剂，且填充密实。

（6）封堵完后工作面料尽场清。

4.5.2 应用分析

预应力封锚采用灌浆料施工，提前进行支模，确保在张拉预应力完成后第一时间封锚，封锚没有相关标准，在预应力封锚后进行标识，防止人员及车辆碾压，此措施效果明显。预应力封锚见图10。

图10 预应力封锚

5 结束语

缓粘结预应力应用于工程9.80 m 标高及16.90 m 标高顶板梁中，在预应力施工前对此部位的钢筋绑扎及预应力位置进行BIM 位置模拟，切实找出施工难点进行优化。在施工过程中，专人在预应力张拉过程中进行旁站监督，记录相关数据保证施工质量可控。

预应力张拉完成后及时安排工人进行封锚处理，由于9.80 m 顶板有运输机械通过，对于封锚位置进行拦设，确保张拉端位置的成品保护。

对工程预应力技术进行研究，形成的缓粘结预应力技术可供同类大型站房缓粘结预应力施工参考。