有黏結(jié)后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

羅雪萍

（臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 臺(tái)州 318000）

有黏結(jié)后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

羅雪萍

（臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 臺(tái)州 318000）

現(xiàn)代工業(yè)廠房由于工藝的需要，往往要求有較大的跨度且凈高有一定的限制，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)難以滿足。本文通過(guò)有黏結(jié)后張法預(yù)應(yīng)力在某廠房大跨梁的設(shè)計(jì)與施工，利用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力大大高于一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，解決了大跨度但凈高有一定的限制的廠房普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足問(wèn)題。

預(yù)應(yīng)力；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

0 引言

某廠房矩形平面：長(zhǎng)×寬=124 m×36 m?？偨ㄖ娣e為9 593 m2，建筑高度為13.20 m（室外地坪至女兒墻頂），地上2層（邊兩跨局部3層）、標(biāo)準(zhǔn)層層高為6 m；建筑用途為車間、邊兩跨為車間辦公。車間剖面間圖1。

圖1 車間剖面

本工程除了邊兩跨為車間辦公外，其余均為由12個(gè)8.0 m開間、跨度均為18 m的雙跨框架。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，屋頂為輕鋼結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)的安全性等級(jí)為二級(jí)，建筑合理使用年限為50年。本地區(qū)抗震設(shè)防烈度小于6度，屬非抗震設(shè)防區(qū)。

本工程基本風(fēng)壓值為0.75 kN/m2，基本雪壓取0.3 kN/m2，地面粗糙度為B類，樓面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值取4.0 kN/m2，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取4.0 kN/m2。本工程不作抗震設(shè)防，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。

考慮到車間總長(zhǎng)120 m，根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)伸縮縫設(shè)置間距的規(guī)定要求，設(shè)計(jì)考慮在房屋中間設(shè)置1條伸縮縫。由于車間的開間和跨度均較大，樓面荷載較重，如采用普通梁，截面需做到400×1 500，撓度和配筋均較大，導(dǎo)致1層凈高不能滿足車間生產(chǎn)需要。

鑒于以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)方案，邊跨為YKL2、中跨為YKL1，截面尺寸均采用400×1 200，主要樓板尺寸為4 500×8 000，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40。預(yù)應(yīng)力筋采用Φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線，fptk=1 860 MPa，采用兩端張拉，非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB400級(jí)鋼筋。預(yù)應(yīng)力梁平面布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)應(yīng)力梁平面布置

軟件采用中國(guó)建科院PKPM-SATWE、PKPMPREC軟件建模、計(jì)算。按照混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范要求，經(jīng)對(duì)混凝土構(gòu)件根據(jù)使用條件進(jìn)行承載力計(jì)算及變形、抗裂、裂縫寬度和應(yīng)力驗(yàn)算等計(jì)算和驗(yàn)算，預(yù)應(yīng)力梁索形圖及截面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

2 施工工藝流程和施工質(zhì)量控制

后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)是指在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度的構(gòu)件在混凝土施工過(guò)程中應(yīng)用錨具將構(gòu)件永久固定于建筑物之上，保持建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該種施工方法可分有黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)兩種。有黏結(jié)后張法需要在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)中預(yù)留孔道，并在張拉后灌漿。

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程，如圖4所示。

圖3 YKL1（YKL2）預(yù)應(yīng)力索形圖

圖4 施工工藝流程

2.2 施工質(zhì)量控制

本工程采用的預(yù)應(yīng)力為Φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線，其規(guī)格及力學(xué)性能應(yīng)符合表1的要求。鋼絞線的品種、規(guī)格、直徑，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)有出廠質(zhì)量證明書。

2.2.1 預(yù)應(yīng)力筋下料

在施工過(guò)程中設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮曲線長(zhǎng)度、彈性回縮、設(shè)備、鋼材等方面因素，當(dāng)對(duì)拉件結(jié)構(gòu)的鋼線使用夾片式和穿心式千斤頂?shù)裙ぞ呤┘佑诠ぜ啥诉M(jìn)行張拉操作時(shí)，應(yīng)使用下式計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度：

式中：L0——構(gòu)件的孔道長(zhǎng)度；

Ll——構(gòu)件的工作錨長(zhǎng)度；

L2——構(gòu)件的千斤頂長(zhǎng)度；

L3——構(gòu)件的工作錨厚度。

預(yù)應(yīng)力筋的下料應(yīng)在平整的場(chǎng)地上直線定出下料長(zhǎng)度，在將預(yù)應(yīng)力筋做切斷處理前，應(yīng)確保力筋拉直；使用砂輪切割機(jī)將力筋切斷，禁止使用電弧操作。在操作過(guò)程中，應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋做好區(qū)分，利用編束器進(jìn)行編束，確保本束的幾根鋼絞線長(zhǎng)度一致，鋼絞線束端部2.0 m范圍內(nèi)，每0.5 m用22#細(xì)扎絲綁扎，其余部分每1 m扎1道。

表1 預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度

2.2.2 預(yù)留管道敷設(shè)

使用普通鋼筋綁扎構(gòu)件時(shí)，應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋管道進(jìn)行敷設(shè)處理。本文中案例選用金屬質(zhì)波紋管作為孔道材料，其質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線為8Φs15.2，根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管》規(guī)定，選用的金屬波紋管規(guī)格為JBG-75B，即波紋管內(nèi)徑為75 mm，圓管內(nèi)徑與鋼帶厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系具體見(jiàn)表2。

表2 圓管內(nèi)徑與鋼帶厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系 mm

設(shè)計(jì)施工圖中將管道線路設(shè)定在非預(yù)應(yīng)力筋中，按照項(xiàng)目所在地高程分布情況設(shè)置馬凳鋼筋，每隔0.54～0.72 m設(shè)置1根鋼筋，其允許安裝偏差：豎直方向+10 mm，水平方向+20 mm。其中，馬凳鋼筋直徑宜選用10～l2 mm，利用鋼絲將馬凳鋼筋與波紋管連接起來(lái)，如下圖所示將波紋管綁成曲線形式。該工程采用的連接管長(zhǎng)約為200～300 mm，而主管型號(hào)應(yīng)比連接用的金屬波紋管小一號(hào)，確保連接管和主管接口嚴(yán)密，在接口處纏繞膠帶防止管內(nèi)輸液外漏，在預(yù)埋管道線路設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)保持管道順平，曲線流暢無(wú)直角。

在框架梁孔道的設(shè)計(jì)中，豎直方向上孔道間距應(yīng)大于孔道直徑，水平方向上間距則需大于1.5倍直徑距離，孔道外側(cè)用混凝土覆蓋作為防護(hù)層，底層厚度應(yīng)大于50 mm，側(cè)厚應(yīng)大于40 mm。

出氣孔的預(yù)留位置應(yīng)離柱邊200 mm，孔徑為Φ30 mm具體詳見(jiàn)圖5。

圖5 1YKL1/1YKL2預(yù)應(yīng)力梁圖

2.2.3 預(yù)應(yīng)力筋穿束

預(yù)應(yīng)力筋穿束的方式可選用逐根穿束和集束穿束兩種方式，需根據(jù)工程實(shí)際施工情況選用。逐根穿束即在敷設(shè)管道內(nèi)將預(yù)應(yīng)力筋一根一根逐個(gè)穿入管道內(nèi)，而集束穿束是指在管道外部將預(yù)應(yīng)力筋扎成一束，最后同時(shí)送入敷設(shè)管道內(nèi)部。該工程選用集束穿束方式，在綁扎后的預(yù)應(yīng)力筋端部用膠布扎好減少與波紋管的摩擦阻力，也可采用機(jī)械采用協(xié)助集束穿入波紋管操作。

2.2.4 端部敷設(shè)方式

該工程端部敷設(shè)采用“柳州市建筑機(jī)械總廠”生產(chǎn)的OVM型群錨體系。

預(yù)應(yīng)力筋在施工時(shí)各階段應(yīng)注意操作嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容進(jìn)行，應(yīng)有出廠合格證，進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)收和組裝件的靜載試驗(yàn)。

預(yù)應(yīng)力筋端部敷設(shè)時(shí)應(yīng)保證力筋與錨墊板垂直，設(shè)計(jì)埋位符合設(shè)計(jì)規(guī)范，工作錨環(huán)與錨墊板對(duì)中，夾片均勻打緊，外露一致，千斤頂上的工具錨孔與構(gòu)件端部工作錨孔的孔位排列要一致，千斤頂施力的作用線應(yīng)和孔道中心線保持一致，確保預(yù)應(yīng)力端部受力均衡。

2.2.5 灌漿管敷設(shè)

有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力管敷設(shè)灌漿管道的灌漿孔和排氣孔可交換使用。預(yù)應(yīng)力筋敷設(shè)完成后，進(jìn)行灌漿管敷設(shè)操作，灌漿管通常設(shè)置在孔道曲線上方。灌漿管間距應(yīng)設(shè)置合理，通常小于12 m，確保灌漿在管內(nèi)流淌順暢。灌漿管與金屬波紋板連接緊密，外部纏繞塑料膠布防止?jié){液外漏。灌漿管彎折處應(yīng)高于構(gòu)件200～300 mm，防止交叉導(dǎo)致灌漿管破損。在灌漿管上部澆搗混凝土操作時(shí)分離，應(yīng)先利用鋼筋將灌漿管固定，并將構(gòu)建與灌漿管綁扎嚴(yán)密，防止中途脫落。

2.2.6 混凝土澆搗

混凝土澆注一般多出現(xiàn)在隱蔽工程施工中，在混凝土澆注完成后應(yīng)由建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位等人員在場(chǎng)，對(duì)澆注工程質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，檢查合格后方可進(jìn)行下一階段操作。主要工作內(nèi)容包括以下幾方面：

1）驗(yàn)收使用材料是否達(dá)標(biāo)。

2）有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋施工情況與設(shè)計(jì)圖紙是否吻合。

3）波紋管接口處是否牢固，管道是否破損。4）灌漿管和端部敷設(shè)方式是否合理。

上述條件均符合標(biāo)準(zhǔn)后，可進(jìn)行混凝土澆注工作。在澆注過(guò)程中應(yīng)避免預(yù)應(yīng)力筋、端部構(gòu)件、金屬波紋管等發(fā)生破損或移位現(xiàn)象，保持預(yù)應(yīng)力筋的束形和錨具的準(zhǔn)確位置?；炷翝矒v完畢后，構(gòu)件側(cè)模宜在預(yù)應(yīng)力張拉前拆除，側(cè)模拆除后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的固定端或張拉端處有破損或質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，應(yīng)對(duì)構(gòu)件破損處進(jìn)行處理，達(dá)到張拉標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行張拉操作。

2.2.7 預(yù)應(yīng)力筋張拉

根據(jù)設(shè)計(jì)采用的錨夾具和張拉噸位選定配套的千斤頂及油泵、壓力表等。預(yù)應(yīng)力筋束張拉力一般為設(shè)備額定張拉力的50%～80%。

該工程預(yù)應(yīng)力筋張拉力應(yīng)設(shè)定為1 340 MPa，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行張拉操作，控制張拉速度，一次性張拉103%控制應(yīng)力后錨固。

預(yù)應(yīng)力筋的張拉方法根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取兩端同時(shí)進(jìn)行張拉操作。各結(jié)構(gòu)張拉力度應(yīng)一致、均勻、對(duì)稱。

當(dāng)采用集束穿束時(shí)同一束預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)選用同噸位千斤頂進(jìn)行張拉操作，確保預(yù)應(yīng)力筋受力均勻；而采用逐根穿束方式時(shí)，應(yīng)采用小噸位千斤頂一次對(duì)每根鋼筋進(jìn)行張拉操作。

具體過(guò)程如下：

該工程預(yù)應(yīng)力筋張拉操作采用雙控法，即在預(yù)應(yīng)力筋兩端施加控制應(yīng)力進(jìn)行張拉操作，以預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)長(zhǎng)度作為校核因素。

預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)量可按照下式計(jì)算：

式中：Np——預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，兩端張拉力和孔道內(nèi)摩擦力差值；

LT——預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度；

AP——預(yù)應(yīng)力筋橫截面面積；

ES——預(yù)應(yīng)力筋彈性模量。

計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長(zhǎng)量時(shí)，可按照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：ΔL1——施加應(yīng)力后預(yù)應(yīng)力筋實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量；

ΔL2——施加應(yīng)力前，預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度值，可根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋彈性范圍內(nèi)，伸長(zhǎng)量與應(yīng)力間的關(guān)系推算得出；

ΔLc——施加預(yù)應(yīng)力后，預(yù)應(yīng)力筋和錨具楔內(nèi)縮值，初應(yīng)力一般為0.10～0.15σcon。

預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長(zhǎng)量應(yīng)控制在理論伸長(zhǎng)允許范圍偏差的±6%以內(nèi)，伸長(zhǎng)量不應(yīng)超出允許范圍，若超出應(yīng)立刻采取調(diào)整措施確保預(yù)應(yīng)力筋達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

該工程設(shè)計(jì)中采用103%張拉應(yīng)力，拉伸后進(jìn)行錨固，具體操作工程如下：

0→初應(yīng)力→1.03σcon（5 min）→σcon（錨固）

2.2.8 后張有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿操作

在向孔道灌漿過(guò)程中先打通灌漿孔，并用清水清洗孔口部位，確保灌漿孔清潔干凈，保證漿液順利流淌。

該工程中選用42.5等級(jí)普通硅酸鹽水泥作為灌漿用漿液，按照水泥和水0.4～0.45的比例拌和水泥漿液，攪拌后3 h泌水率在2%內(nèi)方可進(jìn)行灌漿操作。

灌漿過(guò)程中，應(yīng)不斷攪拌水泥漿液，防止?jié){液凝固堵塞孔口。

2.2.9 預(yù)應(yīng)力端部封錨

灌漿完成后應(yīng)使用砂輪切割機(jī)將預(yù)應(yīng)力筋兩端多余部分切掉，端部預(yù)應(yīng)力筋外漏長(zhǎng)度應(yīng)大于直徑的1.5倍，但不得小于30 mm，將錨具外部用混凝土涂刷，并沖洗干凈，再在錨具外部和外漏鋼筋處進(jìn)行膠封，膠封后用混凝土封閉作為保護(hù)層，保護(hù)層厚度應(yīng)大于50 mm。

2.2.10 拆模和落架

在進(jìn)行拆模操作時(shí)，若對(duì)構(gòu)件底模無(wú)設(shè)計(jì)要求，可在預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度達(dá)到15 MPa后將膜具拆除，同時(shí)進(jìn)行落架操作，落架時(shí)應(yīng)由中間向兩端依次拆除。

2.2.11 施工中存在的問(wèn)題及處理措施

1）預(yù)應(yīng)力筋在張拉過(guò)程中可能由于施加應(yīng)力過(guò)大發(fā)生斷裂，因此，在集束拉伸時(shí)拉伸預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量應(yīng)小于鋼筋總數(shù)的3%，每束預(yù)應(yīng)力鋼筋中鋼絲最多為一根，多跨板和密肋梁應(yīng)先退出錨具，再根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋情況換錨具，若預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)斷絲，應(yīng)在錨具中添加假絲或者其他輔助工具，以增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋的張拉承受力，達(dá)到張拉要求。

2）在張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)若構(gòu)件拉伸端出現(xiàn)破損時(shí)，應(yīng)立刻退錨，用混凝土對(duì)破損處進(jìn)行處理修復(fù)，當(dāng)修復(fù)完成后并達(dá)到拉伸標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再進(jìn)行拉伸操作。

3）在混凝土澆注時(shí)當(dāng)發(fā)生孔口堵塞等現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土澆注異常時(shí)，應(yīng)鑿開構(gòu)件清楚阻塞，清理完成后，再進(jìn)行澆注與拉伸。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程竣工并投入使用已有一年，車間的空間效果、樓蓋整體使用良好。通過(guò)本工程的實(shí)踐應(yīng)用，可以得出以下幾點(diǎn)：

1）對(duì)較大跨度但凈高有一定限制的工程，可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來(lái)解決。

2）隨著我國(guó)建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力筋操作技術(shù)已取得相當(dāng)成熟的施工工藝，積累豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，是指導(dǎo)后續(xù)施工操作的技術(shù)關(guān)鍵。

3）該工程實(shí)例可知，預(yù)應(yīng)力在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮巨大作用，但目前，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)過(guò)程還存在許多亟待解決的問(wèn)題，在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中具有巨大的發(fā)展空間。

[1]GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院建研科技股份PKPM-SATWE、PREC（2010版）軟件.

[3]JG 225—2007，預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管[S].

[4]GB/T 5224—2003，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線[S].

[5]中國(guó)建筑工業(yè)出版社.建筑施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

TU378

A

1673-1093（2015）02-0088-05

羅雪萍（1971），女，浙江臺(tái)州人，高級(jí)工程師，就職于臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.023

2014-12-01；

2014-12-05