大跨度井字梁雙向預(yù)應(yīng)力綜合施工技術(shù)

白順濤

中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)北京有限公司 北京 100070

1 工程概況

中央民族歌舞團(tuán)劇場工程位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街，工程總建筑面積20 770 m2，本工程觀眾廳高度為16.80 m，屋面結(jié)構(gòu)跨度為29.90 m×27.00 m，其雙向井字梁尺寸為600（500）mm×2 000 mm。工程框架梁采用有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，主梁、次梁采用無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

2 方案設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力筋采用φ15.20 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1 860 MPa。錨具采用B&S體系Ⅰ類錨具，有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端為夾片式群錨，采用“凸出式張拉端”“凹入式張拉端”“梁后澆帶內(nèi)張拉端”等多種張拉端方式，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端主要采用“內(nèi)藏式張拉端”。預(yù)應(yīng)力梁混凝土強(qiáng)度等級為C40，梁端混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后方可張拉，孔道灌漿完成后應(yīng)及時(shí)封堵張拉端。

3 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

本工程觀眾廳屋面的井字梁分布密集，梁跨度達(dá)29.90 m，雙向預(yù)應(yīng)力筋穿插層多，梁端鋼筋與柱錨固筋密集，張拉灌漿操作難度大。

3.1 張拉端梁柱鋼筋密集部位施工

因梁端錨固鋼筋與柱頂錨固鋼筋、箍筋密集交織，此部位鋼筋間距只有50 mm，預(yù)應(yīng)力筋施工困難。本工程預(yù)應(yīng)力波紋管布設(shè)前，提前將波紋管的位置預(yù)留出，并在中部采用定位鋼筋、在頂面采用角鋼定位的方法，將密集的非預(yù)應(yīng)力筋撐開，必要時(shí)應(yīng)調(diào)整普通鋼筋的位置和錨固方式，為保證預(yù)應(yīng)力筋的矢高，需提前做好預(yù)先的布置試排工作。

3.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉順序

由于工程采用井字梁的結(jié)構(gòu)形式，且預(yù)應(yīng)力筋雙向布置，有黏結(jié)與無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉形式也不相同，故張拉工藝的合理性及張拉順序的安排將直接影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。本工程預(yù)應(yīng)力筋張拉主要遵循原則為：對稱張拉；相鄰梁張拉力差值不大于總拉力的50%；簡單曲線先張拉，復(fù)雜曲線后張拉；優(yōu)先張拉短跨預(yù)應(yīng)力筋。

3.3 模板安拆及接縫處理

由于本工程屋面井字梁梁高達(dá)2 000 mm，梁底模按設(shè)計(jì)要求起拱≥0.30%，故張拉端模板接縫較多。主要采取措施為：加強(qiáng)模板支架整體剛度，確保起拱弧線；井字梁交界處及其與頂板交界處粘貼海綿條；預(yù)應(yīng)力梁張拉前先拆除梁側(cè)模。梁底模及支撐拆除條件為：有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁須在灌漿結(jié)束后，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁須在預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后。

3.4 灌漿質(zhì)量保證

本工程要求灌漿用水泥強(qiáng)度≥30 MPa，灌漿料水灰比控制在0.40～0.45之間。為減少水泥收縮，增加水泥的和易性，在水泥漿中加入摻量為水泥用量8%的ANG濃縮型灌漿料，并嚴(yán)格遵循灌漿工藝要求，控制灌漿壓力及溢出效果，以達(dá)到灌漿密實(shí)要求[1]。

4 主要施工工藝

4.1 預(yù)應(yīng)力筋鋪放

4.1.1 有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋鋪放

1）金屬波紋管鋪設(shè)。金屬波紋管φ75 mm，壁厚0.30 mm，波紋管必須接頭牢固，縱橫向順直，保證預(yù)應(yīng)力曲線線形準(zhǔn)確。波紋管之間的接頭采用大一號的波紋管進(jìn)行連接，每根接頭管長度為20～30 cm，兩端分別全部擰入波紋管內(nèi)，然后用膠帶將接口密封好。另外，在每個(gè)孔道的固定端處設(shè)置出漿管，在每跨曲線波峰部位的波紋管頂部設(shè)置排氣兼泌水管，灌漿孔設(shè)置在張拉端部。出漿管和排氣管采用弧形壓板與波紋管連接固定，并高出梁面200 mm（圖1）。

圖1 波紋管中的排氣管做法

2）穿鋼絞線。鋼絞線采用人工按編號分批次穿入，方向?yàn)橛慑^固端向張拉端，為保護(hù)波紋管的完好，在鋼絞線端部應(yīng)加導(dǎo)帽。在穿筋施工過程中，為防止預(yù)應(yīng)力筋發(fā)生扭絞，需把預(yù)應(yīng)力筋不斷調(diào)順。穿鋼絞線前應(yīng)認(rèn)真核對編號，防止穿錯(cuò)而造成返工。預(yù)應(yīng)力筋伸出承壓板的長度應(yīng)要≥30 cm。

3）錨固張拉端安裝。有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端采用B&S體系多孔夾片群錨，在綁扎梁柱鋼筋時(shí)應(yīng)預(yù)留喇叭口位置，并按圖紙位置將喇叭口固定在鋼筋骨架上。

4.1.2 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋鋪放

1）安裝定位筋。為保證預(yù)應(yīng)力鋼筋的矢高準(zhǔn)確、曲線順滑，根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋矢高的要求，將定位筋安放就位，并且點(diǎn)焊在肋梁箍筋上。

2）鋪放梁中預(yù)應(yīng)力筋。按圖紙要求鋪放預(yù)應(yīng)力筋，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在梁截面中水平方向應(yīng)對稱均勻布置，在梁中鋪設(shè)時(shí)采用集團(tuán)束或并束鋪設(shè)，中心必須和矢高保持一致。張拉端的承壓板在張拉端部無法成一排布開時(shí)，可上下均勻整齊散開，但其受力中心必須和預(yù)應(yīng)力矢高一致，其預(yù)留張拉長度應(yīng)≥30 cm。

3）錨固張拉端安裝。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端采用B&S體系單孔夾片群錨，錨固端及張拉端采用綁扎方法固定（圖2）。

圖2 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端、固定端做法

4.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉及控制要點(diǎn)

4.2.1 預(yù)應(yīng)力筋張拉

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力取值，張拉控制應(yīng)力系數(shù)為0.75，即單束預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制力為195.30 kN，張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa。混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉。

4.2.2 張拉工藝流程

1）有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁張拉工藝流程：采用YCWB-150大型千斤頂對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行整體張拉，現(xiàn)場條件不具備時(shí)可采用YCN-23、YCN-25小型千斤頂對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行逐束張拉，為了保證張拉質(zhì)量，應(yīng)采用三級張拉的方式，首先按編號正序?qū)㈩A(yù)應(yīng)力筋張拉至10%設(shè)計(jì)張拉力，然后按照反序張拉至60%設(shè)計(jì)張拉力，最后再按照正序張拉至100%設(shè)計(jì)張拉力。

2）無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁張拉工藝流程：無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用YCN-23、YCN-25小型千斤頂單根張拉。張拉前逐根測量原始長度，張拉后再次測量總長度，減去原始長度，所得之差即為實(shí)際伸長值，用以校核計(jì)算伸長值。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力筋張拉控制要點(diǎn)

千斤頂、錨具和限位板必須同軸并且相互咬合。張拉初期密切觀察千斤頂和限位板的位置，發(fā)現(xiàn)位置錯(cuò)動(dòng)時(shí)應(yīng)立即停止張拉，待調(diào)整合適后再繼續(xù)進(jìn)行張拉作業(yè)。

4.2.4 預(yù)應(yīng)力筋張拉測量記錄

預(yù)應(yīng)力筋全部張拉至10%設(shè)計(jì)張拉力，量測千斤頂油缸長度L1，張拉應(yīng)力增大至100%設(shè)計(jì)張拉力，持荷2 min，量測千斤頂油缸長度L2。則單端張拉的實(shí)際伸長量ΔL=（L2-L1）÷0.90，兩端張拉的實(shí)際伸長量ΔL=（L2-L1）÷0.90+（L2'-L1'）。

4.3 預(yù)應(yīng)力孔道灌漿和錨具封堵

4.3.1 預(yù)應(yīng)力孔道灌漿

有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，孔道應(yīng)及時(shí)灌漿，水泥漿強(qiáng)度等級為M30，采用強(qiáng)度等級為P.O 42.5水泥配制的水泥漿，水灰比控制在0.40～0.45，攪拌后3 h泌水率不大于2%，在水泥漿中加入摻量為水泥用量8%的ANG濃縮型灌漿料。

每個(gè)孔道灌漿應(yīng)一次完成，待排氣孔流出濃漿后方可撤除壓力并封閉排氣孔，排氣孔封閉后宜再繼續(xù)加壓至0.50 MPa。當(dāng)輸漿管長度大于30 m時(shí)還應(yīng)相應(yīng)提高壓力0.10～0.20 MPa，稍后再封閉灌漿孔[2]。

4.3.2 錨具封堵

在孔道灌漿后，應(yīng)將錨具外露的預(yù)應(yīng)力筋多余部分用機(jī)械方法切斷。錨固端封錨采用C40補(bǔ)償收縮細(xì)石混凝土，其外露預(yù)應(yīng)力筋的保護(hù)層厚度為：處于正常環(huán)境時(shí)，不應(yīng)小于20 mm；處于易受腐蝕的環(huán)境時(shí)，不應(yīng)小于50 mm。

5 預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制

5.1 預(yù)應(yīng)力筋安裝質(zhì)量要求

預(yù)應(yīng)力筋束形控制點(diǎn)的豎向位置偏差應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 束形控制點(diǎn)的豎向位置允許偏差

5.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉質(zhì)量要求

本工程預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用應(yīng)力和伸長值雙重校核的方法，伸長值允許偏差為-6%～6%。對于后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，斷裂或滑脫的數(shù)量嚴(yán)禁超過同一截面預(yù)應(yīng)力筋總根數(shù)的3%，且每束鋼絲不得超過1根[3]。

6 結(jié)語

通過對預(yù)應(yīng)力工程施工過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，使有黏結(jié)與無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)充分結(jié)合，發(fā)揮各自長處。同時(shí)采取張拉應(yīng)力控制、孔道灌漿控制、骨架密集節(jié)點(diǎn)鋼筋控制等一系列措施，使得本工程大跨度井字梁的混凝土質(zhì)量得到了根本保證，并在后續(xù)使用中未發(fā)生任何裂縫及變形情況，工程質(zhì)量得到了建設(shè)及監(jiān)理單位的一致認(rèn)可。