高層框架結構預應力梁施工工藝及技術探討

李巖

（中鐵建大灣區(qū)建設有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

眾所周知，屋面停機坪為現(xiàn)代社會需求提供了很大的方便，樓頂為直升機停機坪的建筑物在北京、上海等多數(shù)城市已有先例，本工程也是采用頂層為停機坪設計方案，但是從專業(yè)角度來看，屋面停機坪對屋面的施工造成了極大的挑戰(zhàn)。對于普通梁施工設計時，若梁的承載力達不到設計要求時，可以通過提高混凝土的強度等級和提高鋼筋的強度等級來提高其承載能力。但是，隨著荷載的不斷增大，混凝土將會出現(xiàn)大于允許值的裂縫和撓度，所以采用預應力結構，才能更好的滿足混凝土裂縫和結構撓度的要求。本文主要研究的是預應力梁的施工工藝及質量控制[1]。

1 工程概況

日照人防辦公大樓是一棟綜合性大樓，該工程為框剪結構，主體共有21 層，樓頂層為停機坪，該樓中央為大廳，四邊由框架柱支撐樓頂結構采用大跨度預應力梁，最大的一根為1000×3000，其跨度達到27m，混凝土強度等級為 C40，梁內鋼筋為 φ28、φ32 及 φ36，預應力部分采用50φ5 與60φ5 的高強鋼絲束，強度級別為1600MPa，預應力張拉控制力為：60φ5 為 Fcon=1360kN，50φ5 為 Fcon=1060kN。

2 預應力梁的采用

屋面停機坪的出現(xiàn)，對頂層梁的施工工藝提出了更高的要求，按照普通層的施工方法必然不能承受巨大的沖擊荷載，使普通鋼筋混凝土梁出現(xiàn)的裂縫問題。采用預應力梁的混凝土結構，在施工及使用過程中可以防止結構過早出現(xiàn)裂縫，使得高強材料可以得到充分利用，同時也可以節(jié)約經濟成本。

3 預應力梁施工的質量控制難點

3.1 預應力管道的留設

目前，后張法預應力梁施工應用比較普遍，施工時預留管的留設是施工難點。預留管道的穿管工作時會對附近鋼筋造成一定程度的擾動，比如鋼筋綁扎工作完成后，這時需要將預埋鋼管安裝到事先設計位置，由于鋼筋籠的存在會對預埋管的定位造成干擾，這時工作人員通常會借助扳手等工具調整鋼筋，使其產生變形，讓預埋管到達設計位置。圖1 為人工穿管施工[2]。

圖1 人工穿管施工

3.2 預應力筋的穿束

目前在預應力筋的穿束施工技術中，存在逐根穿束和整束穿束兩種方法，是預應力梁施工的質量控制難點。逐根穿束在施工時的阻力較小，但也存在著缺點，比如在管道內穿束鋼絞線的時候由于阻力小，容易造成其互相纏繞，在進行鋼絞線張拉的時候就會產生受力不均甚至導致單根鋼絞線的斷裂；整束穿束，省力省工有利于質量控制，但是需要采用卷揚機械進行輔助施工，并在卷揚機等大型機械進場時，提前預埋好鐵件。綜上所述，兩種方法各有利弊，需要綜合考慮選擇鋼筋穿束方法，使整個施工工作安全、有效、順利的進行。圖2 為人工穿束施工。

圖2 人工穿束施工

3.3 管道壓漿

管道壓漿是在張拉完成后，對預應力管道和預應力筋的封堵，目前許多施工單位對此不夠重視，如果壓漿不夠密實，壓漿材料強度值和抗彎拉性能不滿足要求，會造成壓漿材料斷裂，水汽進入管道內，早預應力筋的嚴重銹蝕，最終造成斷裂，是構件預應力消失，影響整體結構受力，因此管道壓漿的工藝流程、設備選擇和壓漿材料質量控制也是施工質量控制的重點。

4 預應力梁施工方案及質量控制

4.1 施工工藝流程

本工程采用后張法粘結預應力的方法，本方法要求構件施工的過程中按設計線形預留孔道，等到混凝土的強度滿足設計要求時，再進行預應力筋的穿束和張拉，然后錨固固定、孔道壓漿、等到漿體凝固硬化，使構件產生預應力。

施工工藝流程為：施工準備→底膜清理、上脫模劑→梁板鋼筋制作及安裝→模板安裝→混凝土澆筑及抽拔棒施工→拆模、養(yǎng)生→預應力筋張拉→孔道注漿→封錨。

4.2 后張預應力管道留設的施工措施

后張預應力施工方法是在圖紙要求的地方設置預埋管，然后將鋼絞線穿入預埋管中進行張拉，在施工中預埋管主要采用塑料波紋管和金屬波紋管兩種方法。本工程為屋面預應力梁的施工，需要一種便于移動，結構簡單，穿孔效率高的施工機械，而塑料波紋管穿管機是靠自身的彈塑性以及螺紋等特性，使波紋管和穿管機之間可以相互工作和固定，可以解決這幾個關鍵的技術問題，故本工程采用此方法。

穿管機的動力部分可分為工作部分和傳動部分，現(xiàn)有技術能夠使傳動部分的動力具有正轉、反轉、快轉、慢轉等功能；連接節(jié)與萬向節(jié)之間通過銷軸連接起來，其主要作用為：將動力傳遞到所需位置，以適應各種孔道的穿插工作。鉆頭部分的投影外輪廓線線型與二次曲線方程基本吻合，當鉆頭施加轉矩時，因為鉆頭旋轉而會使鋼筋網(wǎng)上的鋼筋嵌入鉆頭處設置好的螺旋凹槽中，隨著越來越多的鋼筋嵌入凹槽內，不但能給鉆頭提供了向前鉆孔的動力，還使得鋼筋逐漸變形，最后達到塑料波紋管所需要的直徑要求；固定器通過與相符的內螺紋配合動力連接器與相符的外螺紋旋壓產生徑向壓力，使鉆頭與波紋管可以固定在一起，根據(jù)波紋管為螺旋紋的特點，通過其與鉆頭一起轉動從而大大減少了波紋管前進的阻力；動力連接器的功能主要是將動力傳遞給鉆頭并且與波紋管相互協(xié)調工作來固定波紋管，通過動力部分控制鉆頭的進退與停止，不斷的對預埋孔道的位置進行比對校準。當整個設備完成相應工作之后，便可將傳動部分和工作部分進行分離，在波紋管內將傳動部分抽出，留下波紋管在指定位置，以致完成鋼束穿插[3]。

用于后張預應力構件的塑料波紋管穿管機方便了塑料波紋管的安裝，解決了現(xiàn)有的依靠人力、工作效率較低以及預埋管穿插位置的鋼筋網(wǎng)的破壞的預埋管埋設的技術缺陷，能夠有效解決對附近鋼筋造成的擾動破壞，避免施工誤差。

4.3 模板加工及安裝

4.3.1 模板構造

首先，最需要確定的是建筑工程模版選擇標準，本工程外模采用6mm 鋼板，模板骨架用80～120mm 的槽鋼，模板必須達到建筑工程模版規(guī)格標準、兩面均平整光滑、連接牢固、不漏砂漿等，試拼合格后，方可投入施工使用。梁模板加工技術時應當考慮，反拱度設定時梁體頂面處的高度也將配合其硬度設定，所以，在梁體邊模板頂面處將設定高度為2cm 的反凹，線型與梁體反拱度線型一致。

4.3.2 模板施工

在鋼筋綁孔和孔道成孔施工完成后，模板可以進行立模，立模時首先要將中間模版按次序掛在所要制梁的制作臺位上，先將中間模版全部拼裝好在拼接兩個端頭部位。在兩邊合模的時候，先用對拉螺栓桿將模板進行錨固，再拼兩端吊裝孔及三角墊鐵（拼三角墊鐵必須控制其高度誤差不大于±2mm，可以采用1m 水平尺或水準儀進行抄），最后進行端頭模拼裝。在拼裝完畢后，逐步調節(jié)水平和接縫，在位置調整準確后緊固對拉螺釘。施工時模板與模板之間的接縫、模板與臺座間設置一層防水橡膠皮，以提高模板的密封性，保證其不漏漿。

4.4 混凝土澆筑

4.4.1 混凝土澆筑需要注意的問題

混凝土灌注前進行檢查工作如下：①檢查預制臺座堅固無沉陷，臺座各支點間距應適宜。②檢查模板尺寸與形狀是否正確。③檢查各預埋構件位置及預應力筋定位是否正確。

混凝土的密實度與混凝土澆筑工藝直接相關，而密實度與混凝土強度、耐久性直接相關，所以澆注質量主要從澆筑方法及振搗方法兩方面進行嚴格控制。同時為防止?jié)仓炷習r振動棒破壞抽拔管造成漏漿堵塞孔道，在澆筑混凝土時振搗棒應遠與拔管保持適當距離?；炷翝仓^程中，須有專人對于模板螺栓、支座鋼板、端部錨墊板及模板等進行檢查校正[4]。

4.4.2 孔道抽拔管抽拔

抽拔時間通過試驗判定，通常以混凝土抗壓強度達到0.4MPa~0.8MPa 范圍時為宜，且在抽拔時不要損壞混凝土。抽拔過程注意重點是：在抽拔膠管之前，須先抽拔芯棒，然后再抽拔膠管。抽拔制孔管的順序要從下到上，先曲后直，分層澆筑的混凝土應根據(jù)各層凝固情況確定抽拔順序。膠管一般采用機械抽拔，通過設置托架引導，使抽拔方向與孔道軸線重合，達到平穩(wěn)妥當?shù)氖┕ぃ苊鈽嫾a生裂紋。在拔出后，采用壓水法對孔道進行檢測，如孔道有阻塞或存在殘余物質，或與相鄰的孔洞存在串通，必須立即進行治理。

4.5 預應力筋張拉

預應力的張拉施工需要混凝土達到設計強度90%以上，一般以試驗室7 天抗壓強度為參照，不足時可適當放至10~15d 后再進行張拉。預應力筋張拉順序應按事先設計好的順序進行操作，為防止預制梁上拱過多，存梁期宜控制1~2 個月。

4.5.1 鋼絞線穿束

本工程采用低松弛高強度預壓力鋼絞線，鋼絞線符合 ASTMA4167 -97 規(guī)定， 單根鋼絞線直徑φS15.24mm、面積 A=140mm2、標準強度 Fk=1860MPa、彈性模量Es=1.95×105MPa。鋼絞線及錨夾具有出廠合格證并經試驗檢測合格后方可使用，施工時不得將鋼絞線直接接觸地面以避免生銹，更不能在混凝土地面上生拉硬拽，磨傷鋼絞線。本工程采用人工穿束，為了避免造成的互相纏繞現(xiàn)象，采用梳理順直，兩側編號，編匝成束的辦法。

4.5.2 錨具和千斤頂?shù)陌惭b

本 工 程 適 用 OVM15-6、OVM15-7、OVM15-8、OVM15-9 錨具，在安裝錨具時應注重將工作錨環(huán)與錨板對中，夾片適當打緊與外露尺寸保持一致，確保千斤頂部的工具錨孔與端部的工作錨孔位置排列要一致。在錨具和千斤頂安裝前，應將波紋管下料多余部分進行鑿除并清除管道口內雜物（，鑿除長度以能順利進行孔道壓漿為宜。本工程采用兩端同時張拉工藝，張拉前要認真檢查，所標定的千斤頂編號和配套的油泵壓力表編號與千斤頂標定方程的一致性，定位定號對應使用，嚴禁混用。

4.5.3 張拉

張拉使用的張拉機及油泵、錨、夾具按設計要求準備，并配套使用，千斤頂和油壓表需定期校驗，以準確標定張拉力與壓力表讀數(shù)間的關系曲線。本工程采用兩端同時同步張拉一束鋼絞線的張拉工藝，在兩端同時張拉時，要保持兩端千斤頂同時同步升降壓、測伸長值、持續(xù)荷載、錨固到達一致，并在錨固后檢查梁板起拱度是否滿足設計要求。張拉過程中，如出現(xiàn)任何問題，預應力設備應重新進行校驗標定。

4.6 管道壓漿

為了保證壓漿質量，本工程采用成品的高性能壓漿料作為壓漿材料，管道壓漿材料的質量要求為，漿液水膠比為水膠比0.26～0.28，初始流動度為10～17s，泌水率為0。并選擇轉速1450r/min 的高速攪拌設備進行漿液的制備，取得了良好的施工效果。

壓漿后還應持續(xù)進行人工補漿，排除泌水，直到漿面不再下降為止。壓漿的同時每班留置至少兩組的試塊，試塊標準養(yǎng)護28d 用于確定預應力梁落架時間和后期竣工資料。

4.7 封錨

封錨前要對鋼絞線和錨具要采取可靠的防銹措施，并將周圍沖洗干凈，對兩端混凝土進行人工鑿毛，然后安裝鋼筋網(wǎng)、重新澆筑封錨混凝土。

5 結語

本文以21 層框架結構工程為背景，結合本項目現(xiàn)場實施施工情況，闡述了預應力梁整體施工方案及質量控制，對于施工中的難點，包含管道定位、鋼絞線穿束、預應力筋張拉、管道壓漿等作了進一步論述，有效的解決了施工中的問題，取得了優(yōu)良的質量控制效果。