緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在重載超長混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

萬 成

（中鐵十一局集團(tuán)第六工程有限公司，湖北 襄陽 441006）

1 工程概況

廈門市地鐵2號(hào)線一期工程高林停車場由運(yùn)用庫、軌道咽喉區(qū)及運(yùn)轉(zhuǎn)中心地下室組成。其中運(yùn)用庫為單層框架結(jié)構(gòu)，高12m，由1區(qū)和2區(qū)組成，每個(gè)區(qū)橫向長約160m，縱向?qū)捈s130m，在長度和寬度方向都屬于超長結(jié)構(gòu)。由于本工程四周預(yù)留很多洞口，沒有室內(nèi)保溫，屬于露天工程，為減少結(jié)構(gòu)超長引起的溫度應(yīng)力，運(yùn)用庫沿橫向和縱向的梁和板中均設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，通過對(duì)混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力抵抗混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力筋采用фs15.2高強(qiáng)1 860級(jí)低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fptk=1 860N/mm2，張拉控制應(yīng)力為0.75fptk＝1 395MPa。

由于該停車場建成后上部為公園，有3m厚覆土，荷載較大。故樓板采用無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，梁中采用緩黏結(jié)技術(shù)。梁中的預(yù)應(yīng)力筋除解決溫度應(yīng)力外，還抵抗一部分豎向荷載。橫向梁的標(biāo)準(zhǔn)跨度為9m，截面尺寸為700mm×1 800mm，配置22根預(yù)應(yīng)力筋；縱向梁的標(biāo)準(zhǔn)跨度為12.6m和14.8m，截面尺寸為600mm×1 700mm，分別配置16根和18根預(yù)應(yīng)力筋。預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用單端張拉和雙端張拉形式，跨度大于25m的構(gòu)件采用雙端張拉預(yù)應(yīng)力筋。張拉端采用單孔夾片錨具，固定端采用擠壓錨具，錨具效率系數(shù)不小于0.95。

2 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁技術(shù)特點(diǎn)

緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力摒棄了有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工復(fù)雜、孔道灌漿質(zhì)量難以保證、張拉端做法困難的缺點(diǎn)，以及無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力在抗震及主要承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)體系中的不足。它的特點(diǎn)主要是施工簡便、與混凝土黏結(jié)錨固性能良好、質(zhì)量容易保證，從而可替代有黏結(jié)及無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)品。緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由鋼絞線、緩黏劑和高強(qiáng)PE護(hù)套組成。緩黏結(jié)劑在預(yù)應(yīng)力筋張拉前沒有固化，張拉后逐漸固化并和混凝土共同作用，如圖1所示。緩黏結(jié)的張拉固化時(shí)間為3～8個(gè)月，可滿足不同工程需要。

3 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋安裝

本工程框架梁中的預(yù)應(yīng)力筋一方面要抵抗部分豎向荷載；另一方面要抵抗溫度收縮應(yīng)力，結(jié)合緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋特點(diǎn)，對(duì)緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在重載超長混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

圖1 預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的黏結(jié)

3.1 預(yù)應(yīng)力筋線型

橫向和縱向梁的預(yù)應(yīng)力筋初步設(shè)計(jì)時(shí)線型均為（250，200，250），圖2a為橫向標(biāo)準(zhǔn)跨曲線，圖2b為縱向標(biāo)準(zhǔn)跨曲線。進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，從受力和構(gòu)造的角度對(duì)曲線進(jìn)行了優(yōu)化，如圖2c所示。

考慮到橫向長度為160m，而梁的跨度較?。缍葹?m），故該方向預(yù)應(yīng)力筋的主要作用為抵抗溫度應(yīng)力；東西向長度為130m，而梁的跨度較大（跨度為12.6m和14.8m），故該方向預(yù)應(yīng)力筋的主要作用為抵抗上部荷載。由于橫向鋪設(shè)完成后的預(yù)應(yīng)力筋曲率較大，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力摩擦損失也較大；加上在柱處2個(gè)方向預(yù)應(yīng)力相交，普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)較多。因此，在施工過程中將橫向梁線型調(diào)整為（450，400，450），橫向預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失可以降低20%。同時(shí)在柱相交處2個(gè)方向的預(yù)應(yīng)力筋上下相差200mm左右，可保證混凝土振搗密實(shí)。

3.2 預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)

為保證混凝土振搗密實(shí)及預(yù)應(yīng)力筋和混凝土黏結(jié)牢固，預(yù)應(yīng)力筋每束不宜大于5根，不應(yīng)超過6根。當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋1排放置不下時(shí)，采用上下2排布置。并根據(jù)箍筋肢數(shù)，橫向梁采用4束，縱向梁采用3束。

鋪設(shè)后的預(yù)應(yīng)力筋在梁內(nèi)對(duì)稱分布。為保證混凝土澆搗有足夠空間能夠流到梁底從而保證澆筑質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力筋要每隔1.5m左右綁扎成束并與定位筋固定。預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)順平，不應(yīng)絞在一起。在鋪設(shè)過程中，如遇需要改變預(yù)應(yīng)力筋位置的情況，需鋼筋工（包括其他工種）協(xié)調(diào)好從而使預(yù)應(yīng)力筋在平面位置不發(fā)生大的角度變化。普通鋼筋的箍筋、拉筋等應(yīng)避讓預(yù)應(yīng)力筋。

圖2 預(yù)應(yīng)力筋曲線

3.3 預(yù)應(yīng)力后澆帶處理方法

本工程結(jié)構(gòu)每隔40m左右設(shè)有后澆帶，后澆帶與預(yù)應(yīng)力筋正交，考慮后澆帶位置處的混凝土需要延后澆筑，因此在后澆帶位置處采取預(yù)應(yīng)力筋搭接的方法，可保證后澆帶之間的預(yù)應(yīng)力筋不受后澆帶的影響提前進(jìn)行張拉。為保證預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處能夠正常張拉，將張拉端在過箍筋加密區(qū)或縱筋截?cái)辔恢猛獾牧好鎻澠?。出張拉端位置?yīng)前后錯(cuò)開，前后間距≥500mm，并且每排根數(shù)≤6根，如圖3所示。

3.4 梁柱節(jié)點(diǎn)處預(yù)應(yīng)力筋布置

圖3 后澆帶處預(yù)應(yīng)力筋搭接大樣

圖4 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域預(yù)應(yīng)力筋布置

在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)較多，若該處預(yù)應(yīng)力筋搭接，預(yù)應(yīng)力筋將變?yōu)?倍。為保證混凝土振搗密實(shí)，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)上下排布置，如圖4所示，上下排間距保證距離≥200mm，但不能超過300mm。預(yù)應(yīng)力筋彎起時(shí)同樣分成3排或4排出梁面。

4 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉

緩黏結(jié)劑受溫度影響較大，溫度越低，黏滯力越大，溫度越高，黏滯力越小。張拉時(shí)應(yīng)采用持荷超張拉方式消除緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與護(hù)套之間的黏滯力。考慮到廈門氣溫較高（20℃以上），緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的摩擦系數(shù)k取0.006，μ取0.12。張拉時(shí)采用3%的超張拉。

1）張拉程序：0→10%σcon→103%σcon。

2）張拉力 每根鋼絞線張拉力Fj=195kN，考慮3%的超張拉后，張拉控制力為201.1kN。

3）曲線預(yù)應(yīng)力筋的理論張拉伸長值△LT按下式計(jì)算：

式中，F(xiàn)j為預(yù)應(yīng)力筋的張拉力；Ap為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積；Ep為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量；LT為從張拉端至固定端的孔道長度（m）；k為每米孔道局部偏差摩擦影響系數(shù)；u為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)；θ為從張拉端至固定端曲線孔道部分切線的總夾角（rad）。

4）伸長值校核 張拉過程中，逐一準(zhǔn)確量測伸長值并與理論計(jì)算伸長值△L比較，允許誤差為-6%～6% 即：0.94△L≤［△L］≤1.06△L，實(shí)際伸長值△L＝L2-L1，式中，L2為張拉之后的實(shí)測外露長度值；L1為張拉之前的實(shí)測外露長度值。

5）預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值與實(shí)測值比較 張拉過程中對(duì)不同長度和線型的預(yù)應(yīng)力筋的伸長值進(jìn)行測試，并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，如表1所示。由表1可看出，實(shí)際伸長值略大于理論值，說明在廈門地區(qū)采用JGJ 387—2017《緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的摩擦系數(shù)可行。

表1 理論伸長值和實(shí)測伸長值

5 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁的安裝工藝和操作要點(diǎn)

5.1 梁中緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋安裝工序

緩黏結(jié)筋的下料→線型定位→鋪放預(yù)應(yīng)力筋→張拉端承壓板固定→螺旋筋安裝→澆搗混凝土→預(yù)應(yīng)力筋張拉→端部處理。

5.2 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁安裝工藝流程（見圖5）

圖5 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁安裝工藝

5.3 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋操作要點(diǎn)

1）緩黏結(jié)筋表皮破損及時(shí)修復(fù)。在緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋穿筋過程中應(yīng)做好成品保護(hù)，防止預(yù)應(yīng)力筋表皮劃傷。對(duì)局部破損的外包層應(yīng)及時(shí)采用膠帶進(jìn)行纏繞修補(bǔ)，減少緩黏結(jié)劑的遺漏。膠帶搭接寬度不小于膠帶寬度的1/2，纏繞長度應(yīng)超過破損長度。

2）定位鋼筋、緩黏結(jié)筋及錨墊板應(yīng)固定牢固，保證預(yù)應(yīng)力筋曲線在振搗過程中不失位。振搗時(shí)應(yīng)盡量避免振搗棒直接插在鋼絞線上，防止振搗棒將鋼絞線外皮磨破，影響以后的張拉施工。

3）澆筑時(shí)必須保證混凝土密實(shí)，尤其是預(yù)應(yīng)力筋張拉端和固定端處。

6 結(jié)語

本工程不僅結(jié)構(gòu)超長，而且荷載又大，采用緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)一方面抵抗部分豎向荷載；另一方解決溫度收縮應(yīng)力，對(duì)控制混凝土梁的裂縫，降低梁的撓度，起到很好效果。

對(duì)于這種荷載大、超長的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋的合理配置，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋線型進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行細(xì)化，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的安裝工序進(jìn)行合理安排，對(duì)于縮短施工工期和提高工程質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。