三種預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在石家莊站房中的應(yīng)用與研究

王輝等

摘要：京石客專石家莊站站房工程高架層、軌道層和站臺層大跨度梁均采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點及施工要求，采用了多種預(yù)應(yīng)力技術(shù)，主要有有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)、緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。在同一工程中用三種預(yù)應(yīng)力技術(shù)的在國內(nèi)各大型工程中尚屬首例，其中緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是結(jié)合有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)衍生出的一種新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)。這種技術(shù)既達到了有粘結(jié)技術(shù)的受力效果，同時又減小了施工難度。高架候車層采用連拱做法，為了滿足節(jié)點的抗剪要求，連拱的拱腳采用了鋼結(jié)構(gòu)的做法，這一做法，為預(yù)應(yīng)力該部位的施工造成很大困難，為了解決這技術(shù)難題，鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋和預(yù)應(yīng)力三者在該位置的排布關(guān)系，三家單位做了詳細的深化設(shè)計，確保了該部位的順利施工，達到了良好的施工效果。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力技術(shù) 粘結(jié) 緩粘結(jié) 無粘結(jié)

1 工程概況

站房建筑總寬度（包括高架車道寬度）：204.9m，高架候車區(qū)建筑寬度144m，建筑進深（屋面總長度）：491m，建筑總高（站臺面算起屋頂標高）：36.870m。無站臺柱雨棚：單側(cè)平行股道方向長度為308m，垂直股道方向?qū)挾染鶠?14m。車站站房總建筑面積：107059m2，其中：地上76814m2；地下30245m2；高架平臺和高架跨線橋；無站臺柱雨棚；站臺鋪面和行包地道等工程。結(jié)構(gòu)選型為主體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和屋面鋼結(jié)構(gòu)。

由于建筑功能對大開間的需要，本工程在主梁中主要采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在伸縮縫處，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉端無法安裝，為了解決這一技術(shù)難題，該部位主梁采用了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。次梁中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)；由于本工程體型很大，結(jié)構(gòu)超長，為了解決結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力影響，在板中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

高架候車層采用連拱做法，由于拱腳水平推力較大，本工程采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來解決候車廳拱腳的推力問題，在拱下每根水平大梁內(nèi)布置有80根有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋來平衡拱腳的水平推力。

本工程預(yù)應(yīng)力鋼筋采用1860MPa低松弛鋼絞線，直徑15.2mm；張拉端錨具采用B&S夾片錨具，錨固端錨具采用擠壓錨具，錨具錨固性能達到：錨固效率系數(shù)不低于0.95，總應(yīng)變不低于2.0%。

2 技術(shù)方案的研究

京石客專石家莊站站房工程預(yù)應(yīng)力施工難點在于： ①鋼拱腳部位的施工；②拱下預(yù)應(yīng)力筋的張拉；③施工過程的張拉控制。

2.1 鋼拱腳部位的施工 本工程每個拱腳位置的柱子均為鋼骨柱，施工時預(yù)應(yīng)力孔道需穿過鋼骨柱，故鋼骨柱需要在預(yù)應(yīng)力孔道相應(yīng)位置預(yù)先開洞，施工前預(yù)應(yīng)力施工單位與鋼結(jié)構(gòu)施工單位共同對鋼骨柱開孔位置進行深化設(shè)計，保證開洞位置準確無誤，避免因為開孔位置偏差而重新開孔造成對鋼骨柱截面的削弱，以保證施工質(zhì)量。

2.2 拱下預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制 拱下預(yù)應(yīng)力梁配筋，一是為了平衡結(jié)構(gòu)的部分豎向荷載，在梁中為曲線布置；二是為了解決拱腳的水平推力，在梁中為直線布置，僅對框架梁產(chǎn)生軸向壓力。實際施工時，這兩種荷載不是同時施加到預(yù)應(yīng)力梁上的，預(yù)應(yīng)力一次施加到結(jié)構(gòu)上不合理。鑒于此，預(yù)應(yīng)力張拉根據(jù)實際的施工順序和階段，采取分級、分塊對稱張拉的施工方法，分別平衡結(jié)構(gòu)的豎向荷載和拱腳推力。

第一級張拉是在混凝土強度達到設(shè)計要求，上部鋼結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)尚未產(chǎn)生拱腳水平推力的時候進行，此次張拉主要是用于平衡結(jié)構(gòu)的自重和部分施工荷載。根據(jù)計算，張曲線預(yù)應(yīng)力筋可一次張拉完成。第二級張拉是在梁上部拱墻結(jié)構(gòu)施工之前，為了抵消拱腳水平推力，張拉水平預(yù)應(yīng)力筋的50%。第三級張拉是在屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工之前進行，將剩余的50%直線預(yù)應(yīng)力筋全部張拉完成。

2.3 施工過程的張拉控制 為了避免在預(yù)應(yīng)力梁張拉過程中，產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)的不利影響，根據(jù)現(xiàn)場施工段的劃分，對整體結(jié)構(gòu)做了詳細的施工模擬。

3 工程技術(shù)應(yīng)用

3.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的全面性 考慮到本工程的施工難度和結(jié)構(gòu)受力要求。本工程采用了有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)；緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)三種預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在一個工程應(yīng)用三種預(yù)應(yīng)力技術(shù)在國內(nèi)各大型站房工程中尚屬首例，體現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力技術(shù)在大型工程中應(yīng)用的靈活性和多樣性。

3.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)特點 ①有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工特點：有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要用于主梁，施工難度較無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力大，施工步驟主要為：架設(shè)定位筋；鋪設(shè)波紋管；穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線；張拉預(yù)應(yīng)力筋；孔道灌漿。②有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力受力特點：有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是和整根梁的受力是一致的，預(yù)應(yīng)力筋和混凝土形成很好的握裹力，每個梁段的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力都是變化的。根據(jù)各區(qū)段的彎矩大小，隨受拉混凝土邊緣應(yīng)力的增大而增大。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的生命線在于灌漿的密實性，灌漿密實，每個區(qū)段的預(yù)應(yīng)力都能很好的和梁體產(chǎn)生握裹力，而且即使兩端錨具失效也不會影響整個預(yù)應(yīng)力筋的受力效果。③無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工特點：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要用于次梁，施工難度較有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力小，施工步驟主要為：架設(shè)定位筋；穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線；張拉預(yù)應(yīng)力筋。④無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力受力特點：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是和整根梁的受力不一致的，整根預(yù)應(yīng)力筋在梁體內(nèi)的應(yīng)力是相同的，錨固點和張拉點就好像是一根繩子的兩端，將無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋固定在梁體內(nèi)，由于無粘結(jié)和整根梁體無粘結(jié)，所以無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力服從最大應(yīng)力原則，即，服從梁體最大彎矩位置處的應(yīng)力變化。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的生命線在于張拉端和錨固端，如果有任何一端失效，整根預(yù)應(yīng)力筋就失效了，因此無粘結(jié)的生命線比較薄弱。張拉錨具和擠壓錨固端的可靠性直接決定了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力作用效果的成敗。⑤緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工特點：緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要用于主梁，施工難度較有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力小，施工步驟主要為：架設(shè)定位筋；穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線；張拉預(yù)應(yīng)力筋。⑥無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力受力特點：緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力受力過程是分段的。第一段，在剛張拉完成時，緩粘結(jié)劑還沒有固化時，這時的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力受力效果和無粘結(jié)一樣，生命線只靠兩端的錨具，而且整根預(yù)應(yīng)力筋各區(qū)段的應(yīng)力是相同的。第二段，隨著時間的推移，緩粘結(jié)劑開始起作用，這時的緩粘結(jié)劑受力效果介于有粘結(jié)和無粘結(jié)之間，各區(qū)段的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力在逐步發(fā)生著變化，生命線也由兩端錨具變?yōu)槎帱c，逐步連續(xù)起來。第三段，緩粘結(jié)劑完全固化以后，這時的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋就完全達到了有粘結(jié)的受力效果，預(yù)應(yīng)力筋通過緩粘結(jié)劑和混凝土形成很好的握裹力，每個梁段的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力都是變化的。根據(jù)各區(qū)段的彎矩大小，隨受拉混凝土邊緣應(yīng)力的增大而增大。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)濟效益分析

4.1 項目分析 根據(jù)站房使用功能要求，該站房的要求是“大空間，大凈高”，滿足現(xiàn)代鐵路大發(fā)展的需求，為了滿足凈高的要求，梁的高度受到了限制，梁的撓度和裂縫受到了限制，采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，減小了梁高，同時解決了梁的撓度和裂縫問題。由于高架候車層上部采用連拱做法，拱腳推力很大，為了解決這一難題，本工程也采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，由于該站房是超長結(jié)構(gòu)，設(shè)計意圖是為了保證站房的整體性，不愿意留太多的伸縮縫，這樣結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力很大，為了解決這一難題，本工程同樣采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)。這樣，預(yù)應(yīng)力技術(shù)既減輕了結(jié)構(gòu)整體自重，又降低了工程造價，同時滿足了結(jié)構(gòu)受力需求和使用功能要求，最終擬定了采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來解決站房設(shè)計中的這一系列難題。

4.2 經(jīng)濟效益分析 軌道層兩股道之間梁的跨度均在21～24m左右，用普通混凝土結(jié)構(gòu)，梁高會達到2.5～3m，用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，梁高會降低到2m，同時又解決了梁的撓度和裂縫問題。高架候車層拱腳推力很大，如果將拱設(shè)計成半圓，這樣結(jié)構(gòu)造型感差，另外，浪費了鋼材，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，既解決了拱腳推力的問題，同時又降低了工程造價，達到了設(shè)計美觀的需求。本工程為超長結(jié)構(gòu)，為了滿足整體性的要求，采用了預(yù)應(yīng)力溫度筋，既降低了施工成本，又滿足了設(shè)計意圖，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 總結(jié)體會

①在京石客專石家莊站站房工程中，很好的發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力技術(shù)在當今大型客站中的重要作用。②新型的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)開創(chuàng)了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的新局面，為難度大的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土提供了新的參考。③預(yù)應(yīng)力技術(shù)在站房工程中的巧妙應(yīng)用，降低了工程的造價，達到了工程使用功能的需求，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]劉偉.淺析路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用[J].價值工程，2010（21）.

[2]宮北辰.小議橋梁工程中水泥混凝土技術(shù)性能及其應(yīng)用[J].價值工程，2012（16）.

[3]劉偉.淺析路橋施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用[J].價值工程，2010（21）.