緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在高鐵站房中的應(yīng)用

譚志勇，李建達(dá)，匡國(guó)冠，王永生

(1.中鐵城建集團(tuán)第二工程有限公司,廣東 廣州 511455;2.中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司站房建設(shè)指揮部,廣東 廣州 510610)

0 引言

緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力是一種改變套管形狀,在套管和預(yù)應(yīng)力筋之間填充新型緩凝材料的預(yù)應(yīng)力體系。該預(yù)應(yīng)力體系將無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力和有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力特點(diǎn)整合,施工前無(wú)需預(yù)留孔道,也無(wú)需灌漿,鋼筋與緩凝材料之間不存在黏結(jié)效果。施工完成后,預(yù)應(yīng)力筋包裹的緩凝材料慢慢凝結(jié)、硬化,逐漸與鋼筋產(chǎn)生黏結(jié)力,最終達(dá)成效果可與有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力相同[1]。20世紀(jì)90年代起,國(guó)內(nèi)外開始對(duì)緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行了試驗(yàn)研究,吳轉(zhuǎn)琴等[2]通過多個(gè)試件的拉拔試驗(yàn),得到鋼絞線護(hù)套的橫肋高度與鋼絞線和混凝土間的錨固黏結(jié)性能有關(guān)。王占飛等[3]通過對(duì)預(yù)應(yīng)力梁的張拉試驗(yàn),得到在增加張拉力時(shí),緩黏結(jié)劑將失去錨固作用。范蘊(yùn)蘊(yùn)等[4]針對(duì)緩黏結(jié)劑的物理、化學(xué)性能,開發(fā)符合要求的緩黏結(jié)劑材料,得到溫度對(duì)緩黏結(jié)劑材料固化時(shí)間的影響。

由于高鐵站房具有工期緊、體量大、質(zhì)量要求高等特點(diǎn),緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高鐵站房的應(yīng)用中仍有一些問題亟需解決,緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鐵路高鐵站房系統(tǒng)中的應(yīng)用受到較大限制。本文從施工角度,以某新建高鐵站房為例,并且以解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題為導(dǎo)向,歸納總結(jié)施工過程中緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題,為制定高鐵站房緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工方法提供參考。

1 工程概況

某高鐵站房車站設(shè)5臺(tái)12線,5座島式站臺(tái)尺寸均為450 m×12 m×1.25 m,車站有高架候車室的側(cè)線平臺(tái),站房建筑面積近5萬(wàn)m2,生產(chǎn)生活房屋面積約為1.4萬(wàn)m2。

該工程采用的緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋為強(qiáng)度高、松弛度低的鋼絞線,最外層用聚乙烯套管包裹,套管外壁設(shè)有垂直于鋼絞線的橫肋,增強(qiáng)緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土摩擦力。緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造圖如圖1所示,圖1中代表高密度聚乙烯套管,2代表緩黏結(jié)黏合劑,3代表鋼絞線。

2 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工工藝

2.1 施工流程

為提高緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的施工質(zhì)量,材料進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行復(fù)檢,框架底模和板底模安裝好后綁扎普通鋼筋,之后將預(yù)應(yīng)力筋控制點(diǎn)定位,穿設(shè)緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,然后安裝緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的端部配件,隱蔽工程驗(yàn)收之后即可澆筑混凝土,張拉預(yù)應(yīng)力筋,最后將多余預(yù)應(yīng)力筋切除并做封錨。圖2為緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工流程。

2.2 緩黏結(jié)劑的配制及施工工藝

外包材料和鋼絞線之間間隙由緩黏結(jié)劑填充,緩黏結(jié)劑前期具有無(wú)黏結(jié)劑的特性,有一定流動(dòng)性且可較好附著于鋼絞線表面。外包材料上的不均勻起伏特點(diǎn),可與緩黏結(jié)劑一起將鋼絞線包裹,因此鋼絞線難于被腐蝕,可很好地保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋。

本工程中將緩凝砂漿作為緩黏結(jié)劑,緩凝砂漿是將水、砂、水泥和復(fù)合膠結(jié)劑按特定比例配合而成,可根據(jù)工程特點(diǎn)在20 d,30 d或40 d前不凝結(jié),之后再開始逐步硬化。配置緩黏結(jié)劑時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行,需按嚴(yán)格比例配置,在配置緩凝砂漿時(shí)需要隨配隨用,這是因?yàn)榫從皾{具有緩凝的特性,緩凝砂漿配置好后,須在12 h內(nèi)將該緩黏結(jié)劑用于預(yù)應(yīng)力筋上,超過12 h后將不允許使用。

緩黏結(jié)劑應(yīng)均勻包裹在預(yù)應(yīng)力筋上,緩黏結(jié)劑包裹完成后需使用塑料布順時(shí)針纏繞緩黏結(jié)筋,之后再逆時(shí)針纏繞一遍,纏繞時(shí)不得留空隙且塑料布不得有破損,以免水分散失。搬運(yùn)時(shí)應(yīng)使緩黏結(jié)筋保持順直,不得彎曲和將緩黏結(jié)筋在地上拖動(dòng)。

2.3 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋下料

預(yù)應(yīng)力筋下料長(zhǎng)度應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)曲線長(zhǎng)度、張拉端伸長(zhǎng)預(yù)留長(zhǎng)度、彈性收縮值等因素。采用式(1),式(2)來(lái)計(jì)算緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋下料長(zhǎng)度L(L1僅在梁內(nèi)應(yīng)用)。

單端張拉時(shí):

L=L0+L1+L2

(1)

雙端張拉時(shí):

L=L0+L1+2L2

(2)

其中,L0為鋼絞線在投影方向上的長(zhǎng)度;L1為曲線增加長(zhǎng)度;L2為鋼絞線的操作長(zhǎng)度。

應(yīng)在平整場(chǎng)地進(jìn)行緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋下料長(zhǎng)度計(jì)算,其預(yù)留長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)范[5]要求:單端張拉長(zhǎng)度預(yù)留1.0 m,雙端張拉長(zhǎng)度預(yù)留1.8 m。需使用砂輪機(jī)在平整場(chǎng)地規(guī)范切斷預(yù)應(yīng)力筋,不得使用電弧切割。

2.4 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋組裝

安裝梁中的緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí),事先按照?qǐng)D紙和設(shè)計(jì)要求畫好定位點(diǎn),按定位點(diǎn)均勻鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋并固定,避免發(fā)生位移[6]。位于梁中間的緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)沿梁寬對(duì)稱布置,高度采取不大于1 m的架立筋控制;梁中應(yīng)布置在反彎點(diǎn)、跨中的三點(diǎn)矢高及支座位置,預(yù)應(yīng)力筋布置如圖3所示。

2.5 預(yù)應(yīng)力筋穿束

有逐根穿束和集束穿束兩種穿束方式。逐根穿束是將緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋逐根穿入結(jié)構(gòu)內(nèi);集束穿束是多根下好料的預(yù)應(yīng)力筋在結(jié)構(gòu)中一次穿行而成。

本工程預(yù)應(yīng)力筋穿束方式采用逐根穿束,鋼絞線下料好后,向臺(tái)座一端運(yùn)送下料好的預(yù)應(yīng)力筋,沿直線穿越套管與端模。將各孔眼編號(hào),預(yù)應(yīng)力筋根據(jù)孔眼編號(hào)穿束,以確保穿束無(wú)誤。為防止穿束過程中來(lái)回拉扯預(yù)應(yīng)力筋對(duì)套管造成破壞,穿束前用膠帶在其端部纏繞包裹以減小阻力,降低對(duì)套管破壞。

2.6 預(yù)應(yīng)力筋張拉

采用“雙控法”張拉緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,以張拉后預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)量作為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),伸長(zhǎng)量應(yīng)在理論值的±6%范圍內(nèi)[7]。

預(yù)應(yīng)力筋常用一端張拉法和兩端張拉法,應(yīng)按設(shè)計(jì)和施工計(jì)算要求確定預(yù)應(yīng)力筋張拉方法。本工程預(yù)應(yīng)力筋采用兩端張拉法張拉,施工時(shí)在構(gòu)件兩端同時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力筋,或一端先進(jìn)行張拉再?gòu)埨硪欢?。針?duì)特殊鋼筋束或者特殊構(gòu)件,張拉預(yù)應(yīng)力工藝有冬季預(yù)熱張拉、分級(jí)張拉和邊角張拉等。

2.7 預(yù)應(yīng)力筋端部封錨

預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后應(yīng)將錨具外多余預(yù)應(yīng)力筋切除,余下預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度應(yīng)不小于30 mm。應(yīng)用防腐油漆對(duì)錨具防腐處理,之后封堵錨具。封堵前先清除預(yù)應(yīng)力筋上殘留的泥漿、油污等雜物,然后用清水洗凈,之后需將混凝土表面遺留水清除。張拉端穴槽應(yīng)采用細(xì)骨料混凝土封堵,強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)混凝土相同,用于封堵的混凝土中不得含有氯化物外加劑,在終凝前使用抹布對(duì)其表面搓壓2次～3次,防止混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

3 緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工重難點(diǎn)突破

3.1 張拉結(jié)構(gòu)裂縫控制

本工程中緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件裂縫應(yīng)滿足JGJ 387—2017緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程要求,構(gòu)件裂縫寬度控制在0.1 mm以內(nèi)。張拉完成后檢查構(gòu)件裂縫,如裂縫寬度不大于0.1 mm,可不處理構(gòu)件裂縫,否則應(yīng)上報(bào)裂縫實(shí)測(cè)值,進(jìn)行裂縫處理。

3.2 套管的鋪設(shè)與定位

依據(jù)規(guī)范鋪設(shè)和定位套管,否則會(huì)直接影響套管內(nèi)鋼絞線曲線走向,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,從而影響預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系預(yù)期效果。通常構(gòu)件中正在綁扎的非預(yù)應(yīng)力筋或澆筑的混凝土?xí)蓴_已鋪設(shè)好的套管,使預(yù)應(yīng)力筋套管發(fā)生偏移或損壞。

采取以下措施解決套管鋪設(shè)和定位中存在的問題:

1)梁主筋與預(yù)應(yīng)力筋套管的灌漿過程主要通過排氣孔或泌水孔判斷是否滿漿,主筋和預(yù)應(yīng)力筋與排氣孔和泌水孔的位置關(guān)系應(yīng)在施工前配合設(shè)計(jì)院進(jìn)行優(yōu)化。

2)先綁扎非預(yù)應(yīng)力筋的主筋及外圈箍筋,待預(yù)應(yīng)力筋套管定位及鋪設(shè)好后,剩余鋼筋綁扎按套管優(yōu)先原則進(jìn)行,尤其最后進(jìn)行主筋間的拉鉤。

3)在套曲線頂點(diǎn)、端點(diǎn)、反彎點(diǎn)等重要節(jié)點(diǎn)位置標(biāo)注記號(hào),隨時(shí)復(fù)檢?；炷翝仓皯?yīng)對(duì)套管全面檢查,對(duì)污染及破損位置及時(shí)清理和修補(bǔ)。

3.3 灌漿孔、排氣孔的安裝與保護(hù)

預(yù)應(yīng)力筋張拉后,為達(dá)到較好的預(yù)應(yīng)力效果,盡可能減少預(yù)應(yīng)力損失,灌漿質(zhì)量起著決定性作用。常通過灌漿口和排氣口判斷是否滿漿,然而這些孔洞往往會(huì)因?yàn)槎氯妥冃味鵁o(wú)法發(fā)揮作用,因此要注重漿孔和排氣孔的安裝和保護(hù)。其他工序可能會(huì)使排氣孔堵塞、開裂或者變形,導(dǎo)致安裝好的排氣孔失效,灌漿時(shí)孔道不密實(shí)。

工程采取以下措施,對(duì)灌漿孔、排氣孔安裝進(jìn)行防護(hù):

1)排氣孔安裝完畢后,對(duì)灌漿孔加壓檢查,之后封堵孔口。2)采用箍筋插入排氣孔定型,可解決排氣孔在混凝土振搗時(shí)易被擠壓變形問題。3)先進(jìn)行下部孔道灌漿,再進(jìn)行上部孔道灌漿,檢查排氣孔時(shí)從灌漿孔位置由近及遠(yuǎn)排查,水泥漿流出后將排氣孔密封,一個(gè)孔道的注漿需一次完成。

3.4 預(yù)應(yīng)力筋的張拉和錨固端的處理

在緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力體系中,預(yù)應(yīng)力筋張拉和錨固端封錨是整個(gè)體系起作用的基本條件,也是該體系施工過程中的關(guān)鍵步驟。預(yù)應(yīng)力筋張拉程度是否達(dá)到要求,錨固端和構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的碰撞是緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工中的難點(diǎn)。

針對(duì)上述難點(diǎn),該項(xiàng)目采取的措施是:以控制張拉力值為主進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉,實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論計(jì)算伸長(zhǎng)值差值控制在±6%內(nèi),記錄好張拉前和張拉過程中的數(shù)據(jù),嚴(yán)控施加應(yīng)力值及預(yù)應(yīng)力筋張拉前后伸長(zhǎng)量偏差值。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求操作預(yù)應(yīng)力筋固定端與張拉端,固定端與張拉端做法大樣圖如圖4所示。當(dāng)錨固端預(yù)應(yīng)力筋與構(gòu)件節(jié)點(diǎn)碰撞無(wú)法按原先設(shè)計(jì)布置時(shí),應(yīng)與設(shè)計(jì)院、業(yè)主和監(jiān)理及時(shí)聯(lián)系進(jìn)行方案調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)綜合了無(wú)黏結(jié)筋施工簡(jiǎn)便和有黏結(jié)筋性能安全兩方面優(yōu)勢(shì),預(yù)應(yīng)力筋在張拉前是無(wú)黏結(jié)筋的性質(zhì),張拉后便具備有黏結(jié)筋特點(diǎn),是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的新發(fā)展方向。緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋用于混凝土結(jié)構(gòu),可極大提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全性,改善結(jié)構(gòu)受力性能,確保施工質(zhì)量,且施工工藝簡(jiǎn)便,極大縮短工期和節(jié)約工程成本。