大跨度無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁施工技術(shù)研究

王 忠，朱錫豐， 任 波，曹金元

(1．淮安市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 淮安 223001；2.南通建筑工程總承包公司，江蘇 南通 226000； 3.江蘇啟航建設(shè)工程有限公司，江蘇 淮安 223001)

0 引言

無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有利于降低建筑物層高和減輕結(jié)構(gòu)自重；改善結(jié)構(gòu)的使用功能，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此領(lǐng)域已進(jìn)行了較為深入的研究,研究結(jié)果表明，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及施工，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有較好的工作性能。

但隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的跨度越來(lái)越大，對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)及施工工藝提出了更高更嚴(yán)格的要求，但是通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)此領(lǐng)域的介紹較為鮮見。鑒于此，結(jié)合淮安市體育中心場(chǎng)項(xiàng)目，研究跨度為313米的構(gòu)件的設(shè)計(jì)及施工工藝，以此進(jìn)一步推廣大跨度無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[1-6]。

1 工程概況

淮安市體育中心體育場(chǎng)位于淮安市開發(fā)區(qū)，是2014年江蘇省省運(yùn)動(dòng)會(huì)室外項(xiàng)目主會(huì)場(chǎng)，建筑面積50259平方米。體育場(chǎng)為地上3層(含局部設(shè)備層)，看臺(tái)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)。其中大跨度無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力地梁長(zhǎng)313米，截面尺寸為1500mm×1500mm(寬×高)，內(nèi)部澆筑C40砼,每根地梁內(nèi)埋設(shè)7φ5×5 1860級(jí)低松馳無(wú)粘結(jié)鋼絞線，采用夾片式錨固體系，由于地梁長(zhǎng)度、截面面積、錨具等的工程特點(diǎn)，導(dǎo)致施工難度大。

2 張拉設(shè)備選擇

工程選擇的YCQ-27型千斤頂和ZB4-600型高壓電動(dòng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉。YDCJ型千斤頂是一種預(yù)應(yīng)力穿心前卡式千斤頂，是專門用于張拉測(cè)力或放張φ12.7、φ12.9、φ15.24、φ15.9mm鋼絞線和(6-7)φ5mm高強(qiáng)鋼絲束的單根張拉千斤頂，采用了雙作用增壓回路，且將增壓回路中的電磁換向閥更換為自動(dòng)擋板型的換向裝置，提高了工作可靠性，并整合了流量控制回路、保壓卸壓回路、鎖緊回路，簡(jiǎn)化了硬件操作，運(yùn)用起來(lái)方便快捷。

張拉前應(yīng)檢查張拉設(shè)備，保證千斤頂與油表通過(guò)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，并在萬(wàn)能機(jī)上按主態(tài)(即和張拉工作狀態(tài)一致)方式進(jìn)行配套標(biāo)定，標(biāo)定合格后方可投入使用。

3 施工工藝

3.1 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋制作

下料長(zhǎng)度的確定及預(yù)應(yīng)力鋼筋外觀的檢查是無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋制作的關(guān)鍵問(wèn)題。下料長(zhǎng)度包括構(gòu)件內(nèi)長(zhǎng)度及外露工作長(zhǎng)度兩部分，其中構(gòu)件內(nèi)長(zhǎng)度部分需根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼筋的形狀及構(gòu)件長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算確定，而外露工作長(zhǎng)度取決于錨固形式、張拉方式及千斤頂型號(hào)。

在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋下料時(shí)切割預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)采用砂輪機(jī)切割，不得用氧乙炔焰或電弧切割。

注意觀察無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的表面，避免在下料過(guò)程中造成預(yù)應(yīng)力鋼筋表面的破損。

3.2 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)

待地梁混凝土墊層澆筑完成并滿足施工要求后，實(shí)行預(yù)應(yīng)力鋼筋兩步定位原則進(jìn)行鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，同時(shí)應(yīng)注意錨固端預(yù)應(yīng)力鋼筋的鋪設(shè)處理。

3.2.1初步定位

在混凝土墊層上彈設(shè)地梁及預(yù)應(yīng)力鋼筋的控制，保證預(yù)應(yīng)力鋼筋縱向位置的準(zhǔn)確性；在地梁的兩側(cè)距地梁邊緣控制線200mm處搭設(shè)間距為2000mm的門式排架，各架標(biāo)高為相應(yīng)位置預(yù)應(yīng)力鋼筋束底標(biāo)高，以此來(lái)保證預(yù)應(yīng)力鋼筋的形態(tài)及初步確定預(yù)應(yīng)力鋼筋在豎向平面內(nèi)的位置，同時(shí)為了保證在穿束預(yù)應(yīng)力鋼筋束時(shí)門式排架的穩(wěn)定性，采用水平及斜向支撐來(lái)增強(qiáng)排架的整體剛度及側(cè)向穩(wěn)定性。

鑒于該工程預(yù)應(yīng)力筋屬于特長(zhǎng)束，故采用牽引器配合人工進(jìn)行單根穿束，逐根放置在已搭設(shè)好的鋼管排架上，并實(shí)行簡(jiǎn)單固定，確保預(yù)應(yīng)力筋順直放置避免相互絞結(jié)，且保證預(yù)應(yīng)力筋外包層無(wú)破損，若出現(xiàn)局部破皮現(xiàn)象，在不影響功能要求的情況可對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋外包層采用膠帶進(jìn)行纏繞修補(bǔ)。

3.2.2準(zhǔn)確定位

待非預(yù)應(yīng)力筋綁扎固定后，在設(shè)計(jì)圖紙中預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)計(jì)標(biāo)高處焊接鋼絞線的定位支架，并固定于非預(yù)應(yīng)力鋼筋骨架上，實(shí)行準(zhǔn)確定位，保證預(yù)應(yīng)力束的坐標(biāo)位置準(zhǔn)確，與設(shè)計(jì)圖紙保持高度一致，焊接支架所用鋼筋為φ14，間距為1500mm。若出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋束與非預(yù)應(yīng)力鋼筋沖突情況，適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置，保證預(yù)應(yīng)力鋼筋位置的準(zhǔn)確性。

將預(yù)應(yīng)力鋼筋束準(zhǔn)確定位后，拆除鋼管排架，實(shí)行專人負(fù)責(zé)制度，不得隨意移動(dòng)預(yù)應(yīng)力筋及損壞預(yù)應(yīng)力筋。

3.2.3錨固端預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)

端部3m長(zhǎng)鋼絞線剝掉外包層，用燒堿清洗鋼絞線的表面油脂，套上金屬波紋管，待張拉結(jié)束后對(duì)該部位進(jìn)行水泥灌漿以增加端部的錨固力，減少預(yù)應(yīng)力損失。具體如圖1所示。

圖1 張拉端施工工藝示意圖

3.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑前需進(jìn)行無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)工程及模板工程的驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行混凝土澆筑。

澆筑過(guò)程中，為了避免預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋束移位，不可進(jìn)行混凝土集中卸料；同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)振搗以保證混凝土的密實(shí)性，以減少收縮及徐變等造成的預(yù)應(yīng)力損失，振搗過(guò)程中不可讓振動(dòng)捧振擊無(wú)粘結(jié)筋，以免使其破損或移位；對(duì)于普通鋼筋密集部位、端部及預(yù)應(yīng)力鋼筋束定位支架等部位，振搗困難時(shí)，可適當(dāng)減小混凝土石子粒徑等有效合理的措施解決，施工過(guò)程中達(dá)到了避免由于普通鋼筋等移位導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋束的移位；澆搗結(jié)束后，加強(qiáng)修養(yǎng)護(hù)，保持充分濕潤(rùn)，防止水分過(guò)早蒸發(fā)而產(chǎn)生裂縫等不利影響；澆筑過(guò)程中除留置竣工資料中需要的標(biāo)養(yǎng)試塊外，同時(shí)還預(yù)留二組施工試塊，并與構(gòu)件同條件養(yǎng)護(hù)，以確定張拉時(shí)間之用。

3.4 預(yù)應(yīng)力筋張拉施工工藝

張拉施工工藝是預(yù)應(yīng)力工程施工中的關(guān)鍵工藝。在專人檢查外露預(yù)應(yīng)力筋工作長(zhǎng)度滿足要求及無(wú)損傷情況下，搭設(shè)張拉操作平臺(tái)。由于地梁截面尺寸較小, 每束鋼絞線配束較多,為排除集束張拉給地梁帶來(lái)的不利因素,鋼絞線采用兩端張拉，且每束單根對(duì)稱張拉，為了減少工期及預(yù)應(yīng)力損失且配合主體施工，張拉過(guò)程分為三個(gè)階段實(shí)施張拉，同時(shí)采用應(yīng)力應(yīng)變雙控方法，即張拉應(yīng)力取標(biāo)定數(shù)值，通過(guò)伸長(zhǎng)值校核張拉力，使張拉控制應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4.1應(yīng)力控制

應(yīng)力控制的三個(gè)階段分別為：混凝土強(qiáng)度達(dá)100%，且在屋蓋結(jié)構(gòu)安裝完畢支撐拆除前進(jìn)行第一階段張拉，張拉應(yīng)力σ1取為張拉控制應(yīng)力σcon的50% ，即σ1=50%σcon=500N/mm2；屋蓋結(jié)構(gòu)支撐拆除后，屋面系統(tǒng)未安裝前進(jìn)行第二階段張拉，張拉應(yīng)力σ2取為張拉控制應(yīng)力σcon的80% ，即σ2=80%σcon=800N/mm2；屋面系統(tǒng)及其他附加荷載安裝完成后進(jìn)行第三階段張拉，張拉應(yīng)力取為張拉控制應(yīng)力σcon。

3.4.2應(yīng)變校核

作為校核的應(yīng)變控制其三個(gè)階段的應(yīng)變值根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼筋的力學(xué)性質(zhì)計(jì)算獲得，具體計(jì)算公式如下：

式中: △Li—張拉伸長(zhǎng)值，

Ni—第i次預(yù)應(yīng)力筋張拉力，

LT—從張拉端到計(jì)算截面的預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度，

Ap—預(yù)應(yīng)力筋的截面積，

Ep—預(yù)應(yīng)力筋彈性模量，

K—孔道局部偏差對(duì)摩擦影響的系數(shù)，

μ—預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間摩擦系數(shù)，

θ—從張拉端至計(jì)算截面孔道部分切線的夾角。

張拉時(shí)用兩臺(tái)千斤頂在梁兩端同時(shí)進(jìn)行張拉，由于預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值較長(zhǎng)，張拉過(guò)程中需數(shù)次倒缸，因此伸長(zhǎng)值的記錄可以采取張拉前測(cè)量鋼絞線外露長(zhǎng)度，安裝千斤頂進(jìn)行張拉，當(dāng)張拉力達(dá)到相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值時(shí)測(cè)量預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度，與之差即為伸長(zhǎng)值。

相對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)值校核三階段分別為：第一階段，相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值取的50%；第二階段,應(yīng)力值取的80%；第三階段,應(yīng)力值取的100%。

張拉以應(yīng)力控制為主，并鋪以伸長(zhǎng)值校核。當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的偏差超過(guò)±6%時(shí)應(yīng)立即停止張拉；或如果出現(xiàn)水平位移控制點(diǎn)實(shí)測(cè)變形大于1.5mm，應(yīng)立即停止張拉，會(huì)同設(shè)計(jì)部門，查明原因后方可繼續(xù)張拉。

3.5 錨具封堵施工工藝

由于采用分階段張拉，第一、二批次無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，按照相應(yīng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初步錨固，第三批次張拉完成后，及時(shí)澆筑端部混凝土并養(yǎng)護(hù)，用砂輪切割機(jī)切割無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋多余長(zhǎng)度，禁止采用電弧焊，切割后錨具外預(yù)應(yīng)力鋼筋的外露長(zhǎng)度不小于30mm，在錨具及承壓板表面涂防水涂料，采用高一等級(jí)的微膨脹細(xì)石混凝土封堵時(shí)，需先鑿毛濕潤(rùn)錨固混凝土，清除浮灰，確保新舊混凝土粘結(jié)良好，減少封堵部位混凝土的收縮。

4 張拉工程質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)安裝錨具前必須把預(yù)應(yīng)力埋件清理干凈，先裝好錨板，后逐孔裝夾片；

(2)安裝張拉設(shè)備時(shí)，千斤頂張拉力的作用線應(yīng)與預(yù)應(yīng)力筋末端的切線重合；

(3)張拉時(shí)，采用應(yīng)力應(yīng)變雙控方法，即以張拉力為主, 理論伸長(zhǎng)值控制為輔，同時(shí)嚴(yán)格控制進(jìn)油速度，回油應(yīng)平穩(wěn)；

(4)張拉過(guò)程中采用應(yīng)變校核時(shí)，實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值之差，應(yīng)在-6%～+6%范圍內(nèi)，否則應(yīng)停止張拉，查明原因并采取措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)張拉；

(5)張拉過(guò)程中，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)張拉端承臺(tái)位移,為防止樁頂偏移破壞，每次張拉時(shí)支座承臺(tái)的位移均不應(yīng)大于1.5mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

淮安市體育中心體育場(chǎng)施工過(guò)程中由于準(zhǔn)確鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，澆筑過(guò)程中的合理保護(hù)，結(jié)合施工進(jìn)程分批次進(jìn)行張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋并采用應(yīng)力應(yīng)變雙控的策略及有效的錨具封堵工藝等有效措施，該工程按期完成。完工后經(jīng)過(guò)定期的監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題，達(dá)到工程質(zhì)量要求，為今后相關(guān)工程的施工及設(shè)計(jì)提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚欣,于秀娟,姚威.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土極限分析[J].森林工程,2003(1)：84-87.

[2] 白力更,束繼華.無(wú)粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力梁抗彎性能的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑,1992(2)：71-73.

[3] 湯永凈,程付揚(yáng).無(wú)粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量評(píng)析[J].工業(yè)建筑,2009(1)：45-47.

[4] 朱明輝，周攀一，楊本鍵.基于推廣Bayes方法的軟土變形參數(shù)的估計(jì)和優(yōu)化[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，22(1)：29-32.

[5] 楊麗梅,江炳章.應(yīng)用日益廣泛的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),1996(1)：31-34.

[6] 羅小勇,易偉建,余志武.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2000(6)：24-26.