預應力施工技術在鐵路客站中的應用

陸雨抗 上海鐵路局工程質量監(jiān)督站

預應力施工技術在鐵路客站中的應用

陸雨抗 上海鐵路局工程質量監(jiān)督站

根據(jù)鐵路客站的空間要求和結構特點，結合宿淮鐵路宿遷站工程的預應力施工工藝，介紹后張法有粘結預應力混凝土施工技術，對預應力施工的質量控制要點、施工常見問題進行闡述和分析，并對鐵路客站的預應力施工技術發(fā)展方向提出建議。

預應力；施工技術；鐵路客站；應用

近年來，隨著中國鐵路的快速發(fā)展和鐵路年發(fā)送旅客的不斷增長，鐵路客站逐步演變?yōu)榧F路、城市公共交通、長途汽車客運等為一體的綜合交通樞紐，這對鐵路客站在空間和功能布局上提出了更高要求。為了擁有寬敞通透的室內空間、流暢完整的服務功能，鐵路客站大都采用大跨度的設計方案，因此，預應力混凝土技術得到了廣泛應用。

1 預應力混凝土結構的特點

（1）提高構件的抗裂度和剛度。

（2）增加了結構及構件的耐久性。

（3）結構自重輕，能用于大跨度結構。

（4）節(jié)約材料，與鋼結構相比能節(jié)約大量鋼材、降低成本、增加耐火性能，與鋼筋混凝土相比同跨度的構件能節(jié)約鋼筋和混凝土。

2 預應力混凝土材料

2.1 預應力筋

2.1.1 預應力鋼筋的種類

預應力筋分為金屬預應力筋和非金屬預應力筋,常用的是金屬預應力筋，主要有鋼絞線、高強度鋼絲、精軋螺紋鋼筋。

鋼絞線：具有截面集中、比較柔軟、盤彎運輸方便、與混凝土黏結性能良好等特點，可大大簡化現(xiàn)場成束的工序，是一種較理想的預應力鋼筋。

高強度鋼絲：預應力混凝土結構常用的高強度鋼絲是用優(yōu)質碳素鋼(含碳量為0.7%～1.4%)軋制成盤圓，經(jīng)高溫鉛浴淬火處理后，再冷拉加工而成。

精軋螺紋鋼筋：精軋螺紋粗鋼筋在軋制時沿鋼筋縱向軋有規(guī)律性的螺紋肋條，可用螺絲套筒連接和螺母錨固。

2.1.2 預應力鋼筋的性能要求

由于預應力鋼筋的工作性質，要求其有較高的強度，足夠的塑性性能，良好的黏結性能和低松弛性能。

2.2 混凝土

對于預應力結構的混凝土，要求混凝土強度等級不宜低于C40。在預應力混凝土結構中，采用較高強度等級的混凝土，才能充分發(fā)揮高強度鋼材的抗拉強度，有效地減小構件截面尺寸，因而也可減輕結構自重。對于先張法構件，混凝土強度等級的提高，可增大混凝土的黏結強度，以保證預應力鋼筋在混凝土中有較好的自錨性能。

3 工藝流程

3.1 工藝流程圖（圖1）

3.2 施工步驟

圖1 預應力混凝土工藝流程圖

預應力梁的施工主要包括以下環(huán)節(jié)。一是設計時在張拉端解決張拉工作面。二是鋼絞線矢高定位。在預應力鋼絞線矢高定位前，先進行預應力梁箍筋綁扎，然后根據(jù)設計圖紙進行矢高定位及固定。三是波紋管孔道成型。將波紋管按照矢高箍筋的控制位置進行鋪放，為防止波紋管在混凝土澆筑時產(chǎn)生上浮或水平位移，須把波紋管固定在鋼筋骨架上。波紋管接頭要牢固、嚴密。四是設置壓漿板及泌水管。根據(jù)設計要求在波紋管上設置泌水排氣孔，然后在波紋管泌水孔上固定帶嘴的塑料弧形壓板，再用管子引出梁頂面約300mm。五是預應力筋鋪設。預應力鋼絞線采用人工單根穿束，束的前端必須扎緊并裹好膠布，對較長或曲線較多的預應力筋，需在管道內預留牽引索，采取牽引和推送相結合的方法穿束。六是張拉端錨墊板安裝。錨墊板及螺旋筋安裝在鋼絞線固定好后進行，安裝時應保證錨墊板和螺旋筋位置準確，并且錨墊板應與孔道垂直。為保證端部錨墊板位置穩(wěn)定，應將端部錨墊板對拉螺栓與普通鋼筋及端部模板固定。七是預應力張拉。根據(jù)現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范》，預應力張拉作業(yè)應在混凝土強度達到設計強度的75%后進行。張拉前需拆除側模，以檢查成型構件質量，但底模不得拆除。預應力筋的張拉以控制張拉應力為主，以伸長量作為校核。八是注漿。漿料應按配合比攪拌均勻，開啟注漿泵前應將注漿槍頭嚴密堵住灌漿孔，待孔道上所有排氣孔均溢出濃漿后方可關閉注漿泵，注漿應一次完成不得中斷。

4 工程實例

4.1 工程概況

新建宿淮鐵路宿遷站站房主體為預應力混凝土框架結構，最大柱距21m，框架梁采用有粘結預應力混凝土技術，預應力混凝土梁標高分別在8.05m和10.2m。預應力鋼筋為直徑15.2mm、標準強度為1860N/mm2、彈性模量1.95× 105MPa的高強低松弛鋼絞線。張拉端和外露的固定端采用OVM15-7型夾片式錨具，預埋的固定端采用OVM.J15型擠壓式錨具。

4.2 施工過程和要點

4.2.1 預留孔道

孔道位置的定位采用空間坐標的方式進行控制，利用水平、垂直兩個基準面進行定位。當普通鋼筋和波紋管位置相沖突時，通過調整普通鋼筋的位置或將普通鋼筋適當彎折來解決。定位筋采用圓鋼或扁鋼制作，加工成#形或U形，焊接或綁扎于普通鋼筋上，定位筋間距曲線不大于50cm、直線不大于100cm。在波紋管安裝前應對其外觀順直情況、有無破損和折角進行檢查，并進行密閉性試驗。波紋管接長時采用大一號的波紋管作為接頭管，長度≥250mm和5倍的直徑，兩端波紋管對稱插入接頭管，接頭處和錨墊板后喇叭口處均進行封閉處理。

4.2.2 預應力鋼筋安裝

計算預應力筋下料長度應考慮所采用的張拉機具的尺寸。鋼絞線下料采用砂輪切割機進行切割。切割前用扎絲扎緊端頭以保證切口平整，防止端頭散開。在穿束前，將鋼絞線與工作錨具、限位板、工具錨板共同進行編號。安裝錨具和千斤頂時，應特別注意千斤頂工作錨的孔位和構件端部的工作錨、限位板的孔位排列一致，對號入孔。在混凝土澆筑完成后采用抽拉鋼絞線的方式進行檢查，確保管道的暢通。

4.2.3 張拉前的準備工作張拉準備工作包括千斤頂和油表的標定、張拉應力和理論伸長量的計算、錨墊板下混凝土密實度的檢查、張拉機具安裝和張拉作業(yè)技術交底等。千斤頂和油表必須在標定的有效期內使用，一般為6個月或200次張拉作業(yè)。張拉機具轉場后，無論是否在有效期內均應重新進行標定。張拉機具應根據(jù)標定時的千斤頂和油表對應使用，嚴禁混用、替用。理論伸長量，需根據(jù)現(xiàn)場材料的參數(shù)（管道摩阻系數(shù)、鋼絞線彈性模量、鋼絞線實際長度等）通過計算確定。安裝張拉機具前，須對錨墊板后混凝土的密實度進行檢查，如發(fā)現(xiàn)空洞，應鑿除松動石子，采用高標號細石混凝土或環(huán)氧樹脂砂漿進行填補，強度達到要求后再開始張拉作業(yè)。張拉機具安裝時工作錨具緊貼錨墊板，錨具底面應完全嵌入錨墊板的凹槽內，鋼絞線不得扭曲，限位板的凹槽應緊扣工作錨具。張拉前應對作業(yè)人員進行技術交底，明確張拉參數(shù)和安全注意事項。

預應力筋理論伸長量計算：

△L=(Fp×L)/(Ap×Ep)

式中：

Fp--預應力筋的平均張拉力（N）

L--預應力筋的長度（mm）

Ap--預應力筋的截面面積（mm2）

Ep--預應力筋的彈性模量（N／mm2）

以4XKL-2(1)梁（跨度18m）為例：

本工程標高8.050及標高10.200部分框架梁采用有粘結預應力混凝土結構,預應力筋采用ΦS15.2高強低松弛鋼絞線,其抗拉強度標準值為1860N/mm2。預應力筋張拉控制應力為0.75fptk= 1395MPa，施工時超張拉3%。

Fp＝P（1－(kL+μθ)/2）

P--預應力筋張拉端的張拉力（N）

L--從張拉端至計算截面的孔道長度,（18.443m）

θ--從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角之和（rad），0.405

k--孔道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)0.0015

μ--預應力筋與孔道壁的摩擦系數(shù)0.25

Ap--預應力筋的截面面積（mm2），取139mm2

Ep--預應力筋的彈性模量（N/ mm2），取1.95×105N/mm2

單根鋼絞線張拉的張拉力：

4.2.4 張拉

本工程設計要求混凝土達到設計強度的80%后張拉，張拉時混凝土是否達到要求強度以現(xiàn)場同條件養(yǎng)護下的混凝土試塊強度試驗報告為準。張拉時，工作錨、千斤頂、工具錨的中心線應和孔道中心線末端的切線重合，應確保對稱張拉，達到張拉控制應力后，持荷檢驗伸長值，合格后實施錨固。構件張拉完畢后應檢查端部和其他部位是否有裂縫，錨具外鋼絞線應采用砂輪機等冷切割的方法割除，嚴禁電焊、氧割等熱切割的方法切割。預應力筋張拉控制應力為0.75fptk= 1395MPa，施工時超張拉3%。

張拉程序：0～初應力（10%控制應力、讀數(shù)量測伸長值L1）～（20%控制應力，讀數(shù)量測伸長值L2）～100%控制應力（讀數(shù)量測伸長值L3）～103%控制應力（超張持荷2min）～錨固～卸荷。L3－L1+（L2－L1）為預應力束的現(xiàn)場實際伸長量。

4.2.5 壓漿

本工程灌漿料采用42.5級普通硅酸鹽水泥拌制,水灰比不超過0.42并有足夠的流動性，水泥漿自拌和至灌入孔道的間隔時間不宜大于20min，灌漿前應防止?jié){體沉淀離析。壓漿工作應在張拉結束后24h內進行。灌漿前應全面檢查預應力構件孔道及注漿孔，排氣、排水孔是否暢通，檢查灌漿設備、管道及閥門的可靠性，壓漿泵壓力表是否作了計量校核。水泥漿體進入壓漿泵前必須經(jīng)過不大于5mm篩孔篩網(wǎng)過濾。在正常情況下，制漿、灌漿設備連續(xù)灌漿能力應使構件中最長的預應力孔道的灌漿時間不超過20min。當預應力鋼絞線超過一排時，孔道灌漿順序為先灌下面孔道，后灌上面孔道，集中一處的孔道應一次完成，以免孔道串漿

5 有關建議

目前，房建工程預應力張拉施工主要采用油泵驅動千斤頂進行張拉，由壓力表讀數(shù)控制張拉力，人工測量控制張拉伸長值的施工工藝。這種工藝精度和效率較低，張拉的成敗主要取決于作業(yè)人員的操作。隨著計算機應用技術的發(fā)展，可以采用先進的傳感器來代替人工讀數(shù)操作，并通過智能控制器對傳感器輸出信號進行反饋控制，從而保證工程施工精確安全的運行；可以使用計算機控制自動油泵，在進油路和回油路分別安裝應力傳感器，通過單片機控制器，實現(xiàn)張拉油壓的閉環(huán)控制和對張拉過程的控制。

6 結束語

通過預應力混凝土施工技術在新建宿遷站站房上的應用，有效地減小了結構斷面尺寸，提高了建筑物室內凈高。為實現(xiàn)設計目標提供了技術保障。但是，由于傳統(tǒng)的預應力混凝土施工受人工操作環(huán)節(jié)多等因素影響，存在精度不高、效率較低等問題，因此采用計算機控制技術是預應力混凝土施工技術發(fā)展的必然趨勢。

[1]GB50010-2010,混凝土結構設計規(guī)范〔S〕.

[2]GB50204-2011,混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范〔S〕.

[3]唐曉梅.后張有粘結預應力施工技術及應用〔J〕.山西建筑，2007，30(33):170-171.

責任編輯：宋飛

來稿時間：2014-11-5