轨道交通停车场顶盖板预应力筋施工技术探究

文／严小勇、周冬辉 西安市轨道交通集团有限公司建设分公司 陕西西安 710021

芦岩 中铁二十二局集团轨道工程有限公司 北京 100043

郑江 西安建筑科技大学土木工程学院 陕西西安 710055

1.轨道交通停车场顶盖板预应力筋施工要点

1.1 项目概况

停车场上盖开发项目中，通过设置预应力解决超长混凝土结构温度应力及控制构件挠度的方法在全国已有较多案例，但西安目前尚未有建成案例，环园中路停车场是西安第一批预应力钢筋应用项目。本工程为西安市地铁8 号线工程环园中路停车场，采用“轨道交通+物业”上盖开发模式。地下一层为停车场房屋，层高12.460m，为框架结构形式，盖板以上地上一、二层均为小汽车库，层高均为4.9m，二层小汽车库顶覆土厚度2.5m。小车库顶预留20 栋高层住宅。结构分区示意如下图1 所示，整个项目基础为一个整体，不设置结构缝。地下一层顶不设伸缩缝，仅在B 区左侧及D 区右侧设置诱导缝。地下室先施工，小汽车库预留柱插筋。西安气候特点：西安市平均最高温度37.0℃；西安市平均最低温度-9.0℃。

图1 环园中路平面布置示意图

图2 预应力筋的布设和张拉

1.2 顶盖板裂缝控制

混凝土结构设计规范中规定伸缩缝最大设置间距为30～35m。为减少因设缝过多造成的漏水风险，结构盖板少设缝，不设缝。根据混凝土结构设计规范GB50010-2010（2015 年版）8.1.3 第2 条，本项目采用了预应力钢筋，通过施加预压力，主动的抵抗混凝土收缩，减少裂缝产生。因此适当突破规范的限制，将结构单元边长控制在150m 左右[1]。环园中路停车场东西向长约1050m，南北向宽约200m。如图1 所示，其中CDE 区地下室顶板覆土厚度约2.5m。其他区域近期考虑临时屋面，覆土及建筑面层厚度在0.15m 左右。

无粘结预应力钢筋可以有效控制梁板温度裂缝。梁板的裂缝可按0.3mm。无粘结预应力梁板在正常使用极限状态下梁板的裂缝，按0.2mm 控制。

2.轨道交通停车场顶盖板预应力筋施工技术的应用分析

2.1 施工材料采购及加工

本工程主要预应力材料的选用应满足表1 预应力材料性能要求表：

表1 预应力材料性能要求表

为了便于施工，保证施工质量和工程进度，预应力筋下料在加工厂内进行。钢绞线下料时采用砂轮切割机，严禁使用电焊和气焊。

2.2 预应力施工工艺和操作要点

2.2.1 预应力筋加工、运输、储存

（1）先将预应力钢绞线送到专业的生产车间，经过涂塑、注缓粘结剂（油脂）、外皮压痕等工艺，将其加工成缓（无）粘结预应力筋。之后，缓（无）粘结预应力筋根据施工图纸的要求，在现场进行下料。根据施工图中的结构尺寸与数量，结合预应力钢筋的弧形长度，以及张拉装备与不同型式的装配需要，在每一条预应力钢筋的张拉端，预留1.8 米的张拉长度，并在弧形加长的情况下，进行下料。预应力筋的下料应采用砂轮切削，不能采用电焊或气焊。双端张拉的预应力筋必须一根一根地拼装起来，并根据图纸上的不同尺寸，把每一种预应力筋都码放在一起，为了避免缓凝剂的溢出，在破损的地方和预应力筋的末端用特制的胶带缠绕起来。

（2）预应力钢筋的装运应按托盘进行，装载要轻，卸载要轻。

（3）将预应力钢筋运送至工地后，按照不同的规格，分门别类成捆、成盘、挂牌，放置于干燥、平整处，并将其整齐堆放。在露天堆存时，必须用雨布遮盖，并在其下方放置垫板，以避免锚及钢索的腐蚀。产品不得撞击堆积，以免破坏塑料套管和固定装置。

（4）锚固器和附件要存放在室内，防止腐蚀。

预应力结构的建造是整个项目建设的一个组成部分,整体预应力结构的施工进度与主体工程的进度同步进行。

2.2.2 预应力筋下料

下料是加工过程中的前置环节，对原料的控制起着至关重要的作用。在下料之前，必须检查预应力筋的规格和品种是否与设计图纸一致。与此同时，预应力筋必须经进场再次检验并合格，展开后必须平整，不能有弯曲，不能有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮、油污等。在下料过程中，要考虑到设计曲线的长度，张拉端的预留外伸长度，弹性回缩量，张拉设备，以及施工方法。预加应力钢筋的切割器应使用砂轮锯或切割器，不能使用电弧法[2]。

2.2.3 缓（无）粘结预应力施工工艺流程

（1）缓粘结预应力梁施工

缓粘结预应力的布筋可分为：线形定位，铺放预应力筋，张拉端承压板固定，螺旋筋安装等几个工序。

①铺筋顺序

在常规钢筋绑扎完毕，侧模安装前，先进行预应力筋的敷设。在铺设钢筋之前，应该先安装定位钢筋，并按照图纸的设计要求将其放置好，再用绑线将其固定好。

②矢高的确定及控制方法

根据设计要求，在梁体筋上标出水平的最高点，利用现有拉结筋或绑（焊）定位钢筋，定位钢筋可以使用φ12 mm 的直螺纹钢筋，在预应力筋和定位钢筋的交叉点要用绑丝系紧，这样可以保证预应力筋的直线形状，避免在浇筑混凝土的时候出现偏差。预应力钢筋张拉端的锚垫应该与边梁主钢筋末端的锚固部分进行焊接，在未预应力钢筋的绑扎过程中，必须使其两端处于水平状态，使其与锚垫保持正交。

③预应力筋铺设

在预应力梁正筋全部系好后，再进行张拉。从梁一端开始，人工将其向另一端穿束，然后用绑线将预应力筋固定到矢高筋上，防止浇筑混凝土时发生位移；形成预应力筋的曲线线形。

④张拉端承压板及螺旋筋安装

在铺设好预应力筋后，将其贯穿到张拉端的螺旋筋和承压板上。在预应力筋末端300mm 的区域，应与压力板保持垂直。再用绳索将压力盘紧固起来。

（2）无粘结预应力板施工

无粘结预应力的布筋可分为：线形定位，铺放预应力筋，张拉端承压板固定，螺旋筋安装等几个工序。

按照工程进度的需要，将预应力筋的铺放按照土建工程的施工阶段进行，并逐段进行铺放。首先在面板底部安装好钢筋，再在底部安装预应力钢筋，最后在顶部安装钢筋。

（3）预应力筋张拉

缓凝（无）胶结式预应力张拉设备是由一台张拉液压千斤顶及一台液压泵组成的。泵的顶部被周期性地校准（6个月）的实际张拉力。在张拉前提供校准文件。梁板混凝土浇注后，待混凝土的强度和张拉力满足设计要求时，应及时组织施工。预应力钢筋张拉不占整个工程的时间。张拉时，使用定时校准的仪器，根据仪器上的压力计读数，对实际张拉力进行控制，并将实际延伸值和理论计算延伸值进行对比检验，从而达到张拉质量的目的，即采取应力、应变双重控制的目的。

（4）封端保护

锚固区应采取严密的封闭保护措施，防止湿气渗入，使其生锈。所以，在张拉后，要及时做好预应力筋的闭合保护。

①用砂轮将过多的预应力钢筋切掉。在预应力钢筋剪断后，暴露在锚具外的部分，其长度不应少于30mm。切勿用弧焊。

②将外露预应力筋涂专用防腐漆。

③用C40 及以上细石混凝土封堵张拉端后浇部分以保护锚具，封堵时应注意插捣密实。

3.有限元分析结果

根据有限元分析的结果，可以得出超长结构盖板在温度荷载作用下的结构响应情况。通过施加预压力，主动的抵抗混凝土收缩，减少裂缝产生。分析结果如下：

3.1 变形分析结果

环园中路停车场CDE 区X 向的最大变形为8.8mm，Y 向的最大变形为12.0mm，变形如图3 所示。

图3 CDE 区X 方向变形云图（mm）及CDE 区Y 方向变形云图（mm）

3.2 应力分析结果

图4 为D 区X 向和Y 向梁、板的应力分布，环园中路停车场CDE。X 方向拉应力为4.3MPa；Y 方向拉应力为3.8MPa。

图4 X 方向应力图（MPa）及Y 方向应力图（Mpa）

3.3 结论

梁中预应力的施加：环园停车场CDE 区结构梁沿横向将产生约4.3MPa 的拉应力，沿纵向将产生3.8MPa拉应力。考虑到C40 混凝土的抗拉强度为1.71MPa以及梁中腰筋承担部分拉应力，故横向梁中最终施加2.0MPa 的预压应力来抵抗温度收缩应力，横向梁中采用无粘结预应力筋；由于纵向梁跨度大（大部分跨度超过15 米）中预应力筋采用曲线布置，纵向梁中最终施加2.5 MPa 的预压应力来抵抗温度收缩应力，并承担一部分竖向荷载，纵向梁中采用有（缓）粘结预应力筋。

板中预应力的施加：板在横向（长向）上会有大约4.3 MPa 的拉应力，在纵向（短向）上会有3.8 MPa 的拉应力，因此，在板中施加预应力可以避免温度裂纹和收缩裂纹的出现。考虑到C40 混凝土的抗拉强度为1.71MPa，故横向板中施加2.6MPa 的预压应力，板中配置每米5 根的预应力筋；纵向板中施加2.1MPa 的预压应力，板中配置每米4 根的预应力筋。

4.轨道交通停车场顶盖板预应力筋施工监测方法

监测点布置方案如下：依据梁板计算应力分布图，在应力最大位置、应力变化最大位置、纵横向跨中带、不规则截面变化位置设置应力、温度监测点，并选取跨中、支座周边各2-3 处沿板厚设置2-3 层监测点，对预应力梁板的应力状态、温度变化、温度梯度、温度应力关系进行监控。监控点布置采用预埋弦振式应力温度一体式传感器，配合专用数据采集仪进行采集[3]。

监测频次：依据委托方要求及施工进度，板面施工期间1 周/次，预应力张拉期间1 天/次，主体竣工后2周/次，春夏秋冬各选取1 天进行全天监测，频次1 小时/次，争取采集到全年最高、最低温度点。监测周期为12 个月。

监测流程：

（1）监测开始前的准备工作：确定监测点位置，仪器规格、数量，监测时机等指标。

监测工作开始前，由技术负责人向现场管理人员进行技术交底，确保监测组人员对自己的责任有一个明确的认识，工作内容、范围、技术要求。

（2）混凝土温度-应力监控点设置：板面钢筋绑扎完毕后，安放混凝土温度-应力传感器，应变计固定在板面钢筋上，数据传输接口通过专用数据线外引，并对应变计初值进行采集。采集完毕后对数据接口进行保护。

（3）应力-温度数据采集：每次数据采集前首先检查数据线完整，然后将数据接口与专用采集仪连接，读取相关数据，同时进行电子、人工记录。

（4）安全保证：现场安装、每次现场监测开始前，确定登高脚手架、工作平台已搭设到位、稳定可靠，安全防护措施到位。

（5）每次检测时首先确认传感器防护装置无破坏，传感器完好无损，工作正常，然后对工作环境进行测量记录。

（6）数据初步处理，如有明显异常立即反馈，现场判定数据有效性，确有异常立即向建设方、施工方、设计单位反馈。

结语：

综上所述，轨道交通停车场顶盖板预应力筋施工技术的探究具有重要的理论和实践价值。本文通过文献综述和实际案例分析，探究了预应力筋选材和尺寸、安装和张拉、锚固处理、布置要求、注意事项和优化措施等方面的内容。针对实际工程中存在的问题和不足，提出了一些改进和优化措施，如增强预应力筋的受力均匀性、优化预应力张拉过程和选择合适的锚固处理方法等。相信这些研究成果将为轨道交通停车场的建设和维护提供有力的技术支持和指导，同时也为相关领域的研究提供了一定的参考和借鉴价值。