大跨度預應力鋼筋混凝土桁架在鐵路客站中的應用

周 彥 華

(中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心，北京 100038)

0 引言

當前環(huán)境保護已成為全球化問題。在建筑結構中過度消耗鋼材不僅帶來生態(tài)環(huán)境的破壞，也嚴重影響社會、經濟、環(huán)境效益。與鋼結構相比，鋼筋混凝土有以下優(yōu)點：1)鋼筋混凝土的材料強度可以得到充分發(fā)揮，結構承載力與剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題，單位應力價格低，對于一般工程結構，經濟指標優(yōu)于鋼結構;2)耐久性和耐火性較好，維護費用低;3)材料來源廣泛，易于就地取材。經綜合考慮在遵義站采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土預應力受力體系更加合理。

1 工程概況

遵義高鐵站位于遵義市紅花崗區(qū)顏村，站場設4臺11線，站房及相關工程總建筑面積42 118 m2，其中站房11 992 m2，于2016年4月開工，2017年年底正式通車交付使用。站房長155.8 m，寬38.8 m，檐口高度18 m，建筑高度29.8 m。候車廳地上2層，兩層設備及辦公用房地上3層，局部地下1層，主體結構為鋼筋混凝土結構。

2 現(xiàn)澆預應力鋼筋混凝土桁架施工重、難點分析

遵義站屋面結構為三段式現(xiàn)澆鋼筋混凝土預應力三角形桁架，共計12榀桁架，桁架最大跨度34.8 m，最大高度12.148 m。如此大跨度、大懸挑現(xiàn)澆預應力鋼筋混凝土桁架結構在國內站房工程中尚屬首次應用。桁架梁高度高(屬于高支模)、單榀桁架自重大、投影面積小，最大一榀有400 t，而桁架的垂直投影面積只有19.08 m2，平均每平方米重量達20.96 t(見圖1)。桁架梁柱、梁梁節(jié)點鋼筋密集，鋼筋直徑大，鋼筋之間及鋼筋與波紋管之間極易產生碰撞。三角桁架預應力張拉順序若不合理將對結構產生無法修復的損傷。桁架腹桿長細比大且為傾斜構件，澆筑混凝土時無法振搗。一般施工方法無法完成鋼筋及預應力波紋管的布置，且容易造成混凝土澆筑不密實、結構變形、架體失穩(wěn)等質量安全事故，難以將屋面桁架結構工程按期、優(yōu)質、安全的完成施工。

3 主要施工工藝

3.1 模板工程

支撐體系采用承插型盤扣式和鋼管支架的模板，站房局部復雜節(jié)點不符合盤扣架模數(shù)的部位采用扣件式鋼管架輔助，增加斜拉鋼管將模板支撐架分成具有穩(wěn)定性的三角形(見圖2)。模板、木枋在木工加工區(qū)加工，不宜在作業(yè)面上加工，以防模板內殘留木屑。且鋼筋較密，不易清理，影響混凝土質量。對于長度大于4 m的梁模板，按1/1 000～3/1 000起拱。模板支架立桿垂直度滿足小于L/300，水平桿滿足小于L/250。梁底立桿根數(shù)，嚴格按方案要求的搭設。由于桁架節(jié)點較多、施工縫較多造成模板拼縫較多，應嚴格校核模板位置，避免縫隙造成漏漿、流墜，污染混凝土面。從三角形桁架的下弦桿開始設置安全兜網(wǎng)。要求投影面全覆蓋，階梯形布置，階梯高度1.5 m。模板安裝完成后，對模板的順直、垂直度進行較正。加固模板不能采用帶塑料管的通絲螺桿。澆筑前對模板進行灑水濕潤。

3.2 鋼筋工程

由于空間要求、承載力、造型的原因，桁架設計有大直徑鋼筋如HRB36和預應力波紋管，且供排布的空間較小，無法順利排布下所有的鋼筋、波紋管。對于桁架結構中鋼筋排布嚴格按BIM軟件優(yōu)化過，且通過設計驗算確認的方案進行安裝。因分段施工設置的施工縫，增加經設計核算的補強鋼筋。利用BIM技術，采用Revit軟件建立桁架節(jié)點三維模型，進行布筋碰撞檢查和優(yōu)化(見圖3)。為解決三角桁架結構鋼筋排布沖突等技術問題，在現(xiàn)場試做桁架節(jié)點樣板，有效避免了預應力波紋管和鋼筋“打架”現(xiàn)象，提高了施工質量和進度。

3.3 混凝土工程

混凝土采用C40自密實混凝土，以提高鋼筋過密節(jié)點處的澆筑質量。澆筑時從上至下，對稱澆筑，即斜屋蓋兩側用兩臺泵車同時澆筑，讓坡屋面兩側的斜梁的水平分力相互抵消。在桁架腹桿澆筑時，設置1道～2道施工縫，降低一次澆筑風險，且讓先澆筑的混凝土上強度后，承受后澆筑混凝土的施工荷載。先澆筑危險性較低的低跨桁架，以承受部分高跨桁架的側向水平施工荷載。在進行斜屋蓋板澆筑的時候，采用到場為坍落度為120 mm～160 mm的混凝土。收面時陰、陽角拉線人工收面，保證混凝土表面平整，棱角分明。氣溫高時，表面覆蓋薄膜灑水濕潤養(yǎng)護。冬季施工時，蓋草簾被養(yǎng)護。振搗時避開預應力波紋管，以防止波紋管位移，影響張拉效果。節(jié)點處由于鋼筋過密，無法下振搗棒時，采用人工插搗、錘敲等方式振搗，避免出現(xiàn)露筋、蜂窩麻面的現(xiàn)象。因分段施工設置的施工縫，將浮漿全部剔除，露出堅硬石子，并將浮灰清除干凈。

3.4 預應力工程

采用有限元分析軟件ABAQUS分別對遵義東站站房的四榀桁架進行仿真模擬，采用混凝土實體單元進行單榀桁架建模計算。對預應力混凝土三角桁架進行內力分析，嚴控弦桿和腹桿合理張拉順序，確保桁架不會開裂。因桁架預應力梁較多，為降低鄰近預應力梁的相互影響，依托桁架受力且對稱的特性，預應力張拉時采用對稱張拉。搭設防護棚、覆蓋彩條布，避免預應力波紋管、鋼絞線淋雨、生銹，影響使用。預應力波紋管的安裝位置在張拉后可能影響鋼筋混凝土結構的外觀和受力，所以預應力波紋管的坐標位置優(yōu)先考慮。桁架桿件下鐵、箍筋、上鐵、腰筋安裝完成后，拉筋待安裝完預應力波紋管后再安裝。

3.5 變形監(jiān)測

采用應力應變檢測模塊及檢測設備，在施工過程中及竣工后持續(xù)對預應力桁架內力、應變等進行定期檢測，建立三角桁架結構健康監(jiān)測平臺，保證結構安全。

4 結語

本工程建設是一個系統(tǒng)工程，涵蓋了高大模板工程、鋼筋工程、混凝土工程、預應力工程、裝飾裝修工程、BIM技術多個專業(yè)為一體。BIM技術避免了因構件碰撞返工造成的人員、機械、材料、資金浪費。事實證明BIM技術在工程建設中起到了重要作用。