大跨度現(xiàn)澆預應力混凝土梁信息化技術施工

文｜廣東省第一建筑工程有限公司 孫旭敏

一、引言

上世紀70年代后期以來，房屋建筑工程中的大跨度的混凝土梁、大偏心的框架柱、大柱網(wǎng)的混凝土樓板、大懸臂梁、地下室底板等構件施工中大量采用現(xiàn)澆預應力混凝土梁、板、柱，預應力混凝土梁（板）具有使用材料少、自重輕、減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力，結構簡單，安全可靠，便于安裝等優(yōu)點，逐漸推廣應用到房屋建筑施工中去，成為重要施工工藝。由于大跨度現(xiàn)澆預應力混凝土施工技術難度大，處理復雜，加上編制施工方案未能達到設計要求，施工中容易發(fā)生預應力損失過大，完工后出現(xiàn)空心板梁張拉后梁端頂?shù)装逯虚g部位出現(xiàn)縱向裂縫：工字梁梁體扭曲變形、梁端底部混凝土破碎等質量問題。近年來我國大規(guī)模城市建設新型房屋建筑工程項目，對勞務工需求量很大，工程勞務費支出大漲，熟練的專業(yè)技術工種在建筑市場上供不應求，有時甚至出現(xiàn)高價請不了合適的熟練工人情況。因此，依靠傳統(tǒng)工藝實施大跨度、大空間建筑結構進行施工已經(jīng)難以適應新時期工程技術發(fā)展，引入BIM 技術與預應力混凝土梁（板）進行工程實踐，能較好地實現(xiàn)節(jié)省勞動力成本、材料，在保證工程質量基礎上，確保了工程進度和施工安全目標的實現(xiàn)。

二、BIM 技術在大跨度預應力梁（板）應用技術原理

在進入21世紀數(shù)字化時代后，BIM 是三維建模軟件，此軟件技術在房屋建筑工程應用最早從新加坡、芬蘭、挪威逐漸推廣到歐洲、北美等發(fā)達國家，國外應用開始大量應用普及。BIM 技術給房屋建筑工程提供精確度極高的信息管理平臺，BIM技術利用先進的計算機技術建立可視化工程建筑信息模型，實現(xiàn)對建筑工程施工每一個環(huán)節(jié)進行全過程控制，直接實現(xiàn)設計施工相互之間實時信息交換，很好地把設計者意圖體現(xiàn)出來，保證施工質量滿足設計要求，對于大跨度預應力梁（板）施工這類工藝精度要求高的技術來說有很好的應用價值。近年來，我國開始大力推廣BIM 技術輔助建筑工程應用研究，鼓勵建筑施工企業(yè)在鋼筋混凝土建筑結構的各個領域應用BIM 技術，提升我國的建筑工程技術數(shù)字化應用水平。

三、大跨度預應力梁（板）應用BIM信息化技術

下面以白云機場綜合信息大樓項目進行說明大跨度預應力梁（板）應用BIM 信息化技術施工。

1、工程概況

白云機場綜合信息大樓項目位于廣州白云國際機場南工作區(qū)，總用地面積13427m2，總建筑面積32653.4m2，其中地上建筑約22690m2，地下建筑面積約10054m2。場區(qū)內主要擬建建筑為：多層建筑，地上7 層，地面以上高度32.45 米；地下2 層，地下室埋深約12 米，基礎采用平板式整體筏基，基坑深度約12.15 米（局部最深處為15.7 米）。

2、預應力梁施工簡要說明

首層AOC 運營大廳為1198m2，大廳結構頂板采用8 條鋼結構型鋼柱和4 條36m 大跨度預應力混凝土梁主要受力，梁截面尺寸為900mm*2200mm，預應力混凝土采用C40。預應力共285m3，對預應力梁采用BIM 全過程控制施工，預應力波紋管和鋼筋綁扎順序的進行BIM 建模，預應力筋受力定位和受力方向均能滿足設計要求。

3、預應力梁應用BIM 技術主要環(huán)節(jié)

（1）利用BIM 信息化三維模型軟件對預應力梁及梁柱節(jié)點鋼筋、波紋管與鋼柱、牛腿的位置實施高精度定位，導出鋼柱及鋼筋定位施工圖以確保鋼柱上預留孔定位精準，避免在密集的鋼筋中出現(xiàn)梁柱復雜節(jié)點部位、型鋼牛腿、波紋管與型鋼的碰撞。

（2）BIM 三維軟件建立預應力梁模型后，利用其可視化的特性，梁截面尺寸為900mm*2200mm，大跨度梁內部復雜節(jié)點的鋼筋、型鋼牛腿、波紋管與型鋼的穿插先后順序進行合理排布（圖1），并實施高仿真度大跨度梁的高支模體系搭建模擬和計算受力點，提出搭建高支模系統(tǒng)的需要注意的重點、難點，并實施現(xiàn)場有針對性的安全技術交底，提早把現(xiàn)場高支模作業(yè)可能發(fā)生的易發(fā)質量安全事故點解決，以降低高支模復雜結構搭建施工技術難度和后續(xù)加固措施發(fā)生的人工、材料費用，一步到位安裝成功減少工期的拖延。

圖1 BIM 預應力波紋管

（3） 預應力梁的主要受力節(jié)點通過BIM 軟件可視化動態(tài)模擬功能，逼真地呈現(xiàn)在技術人員面前，鋼筋工人、澆筑混凝土工人也能很容易地掌握施工順序，綁扎難點、波紋管定位、預留孔洞位置，直接實現(xiàn)設計者意圖，施工方案實施效果好，較好保證施工質量。

（4）BIM 應用技術能精確計算所需要的鋼筋和預應力筋數(shù)量，極大地減少材料切割造成的浪費。

4、預應力梁應用BIM 技術施工主要流程

第一步建立預應力梁BIM 數(shù)據(jù)模型，進行施工技術交底。第二步與普通預應力梁環(huán)節(jié)相同，梁底進行高支模施工，綁扎鋼筋，波紋管支撐系統(tǒng)安裝以及預應力筋穿入后準備張拉前，增加BIM 建立的模型與現(xiàn)場實際安裝部位進行對照檢查步驟。第三步封好大跨度預應力梁側方模板，綁扎樓板鋼筋，組織建設、監(jiān)理進行隱蔽驗收，檢查合格后現(xiàn)場澆灌混凝土，達到設計強度后進行預應力筋張拉，灌漿、切余筋最后封錨。

5、預應力梁施工操作要點

（1）非預應力筋綁扎（主要為節(jié)點）

首先要保證普通鋼筋的定位準確，應用BIM 技術建模能確保普通鋼筋、預應力筋、波紋管位置滿足設計要求。鋼筋綁扎順序可采用BIM 進行仿真模擬。

（2）有粘結預應力筋布筋

有粘結預應力筋布筋在安裝波紋管前，要把支承波紋管的鋼筋支架綁扎并固定好位置，綁扎支架的間距不超過1.5m。波紋管穿入前的位置是有粘結預應力筋自梁、底板端頭進入，一邊進入時一邊使用連接套管，連接套管兩個端頭部位要專用粘膠帶仔細纏繞，注意在穿入過程中觀察波紋管是否有損傷或破壞，一旦發(fā)現(xiàn)有破損立即使用專門粘膠帶反復纏繞。對于波紋管到達指定位置后，依照預應力筋布筋要求把相應數(shù)量的鋼絞線依順序打開，而且要把鋼絞線制作成束后，從波紋管的兩端按順序穿越，在穿越波紋管時一定要小心進行不能將波紋管戳穿，而且兩個端頭露出的鋼絞線的長度要一致。

（3）預應力布筋操作工藝

波紋管接頭處選用直徑大于3-5mm 連接件進行對接，對接接頭應大于200mm，連接完成后使用專用粘膠帶進行密封，注漿前檢查接縫處是否嚴密以防灌漿時會漏出。波紋管在孔道的一頭和預埋墊板喇叭管連接，并設有泌水排氣孔和灌漿孔（圖2）在預應力梁布筋中的指定位置，派專人認真檢查安裝的波紋管是否有破損。

每一個波峰部位的設置一個專門排氣孔。預應力布筋過程中注意對波紋管安裝操作的規(guī)范性，盡可能控制不能多次重復彎曲波紋管，避免管壁發(fā)生破裂，使用電焊時還要注意電焊火花不能燒傷管壁。

（4）澆筑砼

鋼筋布置綁扎完成后，施工、建設、監(jiān)理、設計相關人員聯(lián)合隱蔽驗收，合格后再澆筑混凝土，澆灌混凝土時注意對承壓板、錨板周邊振搗密實，振動棒控制力度注意不能碰到預應力筋波紋管、支撐架以及端部預埋部件。

（5）預應力張拉錨固

預應力張拉錨固時間要等到混凝土滿足設計強度80%后實施，大跨度梁預應力筋張拉灌漿完畢后梁下方的支撐才能拆除，張拉人員配帶安全帽、安全帶進場作業(yè)。張拉前選擇有粘結鋼絞線Φs15.24，強度級別1860MPa，錨具均采用多孔夾片Ⅰ類錨具，250 噸千斤頂和油表用前六個月校驗。張拉中通過應力控制為主，實行油表讀數(shù)、伸長值測量進行雙控管理，張拉記錄要精確到毫米，實際伸長值控制在理論伸長值6%以內。張拉時無法一步到位時，伸長值讀數(shù)150～200mm 時應立即回油再實施第二次張拉，張拉過程中一旦發(fā)現(xiàn)砼破裂、鋼絞線斷絲斷束時立即停止張拉，等待研究清楚原因再進行，必須控制在200mm 范圍以防張拉超出正常值出現(xiàn)安全事故。

圖2 灌漿孔留設部位

（6）孔道灌漿封錨

有粘結鋼絞線張拉后停止留置12小時，專業(yè)技術人員查看鋼絞線錨固情況，如無特殊情形則用水灰比0.4～0.45、標號為42.5 普通硅酸鹽水泥進行灌漿，灌漿前用清水試轉正常后再進行灌漿，檢查孔道兩端錨具是否正常，發(fā)現(xiàn)異常立即處理，灌漿泵派專人負責看管，灌漿要一次性完成，待最后一個排氣孔冒出連續(xù)的濃漿，直至另一端冒出濃漿為止。

（7）預應力筋切割及封錨

灌漿完成24h 后使用角磨機進行逐條切除多余預應力筋，再進行封錨工作。

三、結語

大跨度預應力梁采用BIM 信息化全過程控制施工，從材料浪費率、施工返工率、驗收合格率較傳統(tǒng)的預應力梁施工工藝均有大幅度提升，經(jīng)過對比測算，直接經(jīng)濟效益可節(jié)省造價585267.45 元。工程混凝土結構尺寸、垂直度、平整度均能很好地滿足設施和質量規(guī)范要求，預應力檢驗結果合格，無返工情況且施工現(xiàn)場端頭錨索未出現(xiàn)混凝土破碎。在工期方面施工進度提前10 天，保證了主體施工進度要求。采用預應力信息化施工符合我國新時期提出的“互聯(lián)網(wǎng)＋”戰(zhàn)略行動，符合低碳節(jié)能減排和綠色施工技術發(fā)展需要，有力地推動我國預應力施工技術的進步，推動BIM 信息化施工有利于縮短我國與國外BIM 技術的差距。該工法在本工程的成功應用，取得非常明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。