緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在綜合體建筑大跨度梁中的應(yīng)用

趙培慶，李威，張立山

（民航機場建設(shè)工程有限公司，天津 300456）

0 引言

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由外包護套、鋼絞線和中間填充的緩粘結(jié)膠黏劑構(gòu)成。外包護套表面通過機械壓制成波紋狀，在施工階段，緩粘結(jié)膠黏劑具有一定流動性，且對鋼材有較好的附著性。施工完成后，緩粘結(jié)膠粘劑隨著時間的推移逐漸固化，與鋼絞線、外包護套之間產(chǎn)生粘結(jié)力。當(dāng)膠黏劑完全固化后，鋼絞線與外包套管之間充分粘結(jié)，外包護套與混凝土進行咬合，從而使預(yù)應(yīng)力筋與混凝土形成整體；緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力從無粘結(jié)過渡到有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，具備了有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的力學(xué)效果[1]。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為一種新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在近幾年得到了迅速發(fā)展，隨著我國大型、超大型綜合體建筑的建設(shè)越來越多，此項技術(shù)的應(yīng)用也會越來越廣泛。本文以廣州南沙國際郵輪母港綜合體項目為例，說明緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)在航站樓二層大跨度轉(zhuǎn)換梁中的應(yīng)用情況。

1 工程背景

廣州南沙國際郵輪母港綜合體項目，位于廣州南沙虎門大橋下游珠江鄰水邊，總占地面積71 935 m2，總建筑面積356 443 m2，其中郵輪母港航站樓二層設(shè)計為入境關(guān)檢區(qū)域。為滿足關(guān)檢區(qū)域大空間需求，所有框架柱設(shè)計為鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)，其中4 榀框架梁設(shè)計為緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，每榀總長為25.2 m，梁截面尺寸為1 200 mm伊1 800 mm，混凝土強度等級為C60。具體結(jié)構(gòu)平面見圖1 所示。

圖1 二層大跨度緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)平面圖Fig.1 Second floor plan of large span slow bond prestress structure

航站樓主體結(jié)構(gòu)施工工期要求為180 d，作為廣東省重點工程，施工管理具有工期緊張、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且多為現(xiàn)澆大跨度結(jié)構(gòu)等特點。

2 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)點

圖2 固定端布置圖Fig.2 Layout of the fixed end

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力有先張法預(yù)應(yīng)力和后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力及后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力。而緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是一種新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)，它具備后張法預(yù)應(yīng)力筋中有粘結(jié)和無粘結(jié)的共同優(yōu)點，且又克服了二者的缺點。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅能達到傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力效果，且在施工過程中與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比，無需鋪設(shè)波紋管和灌漿等工序，同時降低了現(xiàn)場人工操作的不良影響，施工質(zhì)量更容易得到保障。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉端和錨固端均采用單孔錨具，節(jié)點布置更靈活，施工更方便。同時，施工過程中可節(jié)約鋪設(shè)波紋管和灌漿工序的施工時間，可有效提高施工工效，節(jié)約工期[2]。

3 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工

3.1 施工參數(shù)的確定

3.1.1 預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力值的確定

本工程緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用直徑為21.8 mm 高強低松馳鋼絞線，外包套管肋高不低于2.0 mm。肋中緩凝粘合劑充盈[3]。其中鋼絞線強度標準值fptk=1 860 MPa，彈性模量Ep越195 GPa，張拉控制應(yīng)力為滓con=0.75fptk=1 395 MPa。預(yù)應(yīng)力張拉時采取雙控原則，即張拉應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長值2 個控制參數(shù)。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力筋下料長度的確定

根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合06SG429《后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工圖表示方法及構(gòu)造詳圖》進行預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)及下料長度的確定[4]。

4 束預(yù)應(yīng)力筋分別按梁內(nèi)固定端兩束和柱內(nèi)固定端兩束對稱布置，其中梁內(nèi)固定端和柱內(nèi)固定端不在同一平面內(nèi)，具體固定端布置如圖2所示。

根據(jù)張拉端組件尺寸及預(yù)應(yīng)力筋保護層厚度要求，承壓板尺寸為110 mm伊110 mm，按照預(yù)應(yīng)力筋縱向布置兩排，水平布置5 束，保護層厚度為50 mm 計算，張拉端深化設(shè)計時需對梁兩側(cè)原結(jié)構(gòu)板加厚至600 mm 處理，加厚范圍為1 550 mm伊700 mm，同時進行構(gòu)造配筋。具體張拉端布置圖如圖3 所示。

圖3 張拉端布置圖Fig.3 Layout of the pull end

根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋布置圖及規(guī)范可知，設(shè)計單根鋼絞線長度越孔道長度垣工藝操作長度，孔道長度=直線長度垣曲線增量。其中，直線長度為每段預(yù)應(yīng)力筋一側(cè)的張拉端外邊至另一側(cè)的張拉端外邊（或固定端外邊）的直線距離；梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力孔道的曲線增量按每跨增加1 倍的梁高累加計算；由于本工程緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁跨度為25.2 m 大于20 m，工藝操作長度取1.8 m，結(jié)合預(yù)應(yīng)力筋布置深化圖，梁內(nèi)固定端和柱內(nèi)固定端兩種預(yù)應(yīng)力筋下料長度分別為31.55 m 和32.55 m 兩種。

3.1.3 理論伸長值的計算

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力理論伸長值駐lpc，公式為：

式中：Fpm為緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，N，本工程采用一端張拉，F(xiàn)pm=0.75fptk伊Ap；lp為緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋長度，mm；Ap為緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋截面積，mm2；Ep為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量，N/mm2。

將已知參數(shù)代入公式，可得出本工程KZL-1、KZL-4 預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值駐lpc=225 mm，KZL-2、KZL-3 預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值駐lpc=232 mm。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋實測伸長值 駐lp0可控制在依6%理論伸長值內(nèi)，則KZL-1、KZL-4 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋實測伸長值駐lp0在211~232 mm 內(nèi)均為合格；KZL-2、KZL-3 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋實測伸長值駐lp0在222~246 mm 內(nèi)均為合格。

3.2 施工控制要點

3.2.1 支設(shè)梁底模，綁扎梁骨架鋼筋

本工程預(yù)應(yīng)力梁長25.2 m 跨中梁底模板按照1/500 梁長起拱，采用滿堂腳手架支撐。為保證梁不出現(xiàn)下沉變形等質(zhì)量事故，在梁底模中間加設(shè)兩排立桿，并將支撐架體小橫桿加密。梁底模板支設(shè)完成后，綁扎梁骨架鋼筋，鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，最后再綁扎梁中鋼筋。

3.2.2 定位矢高，固定鋼絞線架立筋

根據(jù)設(shè)計預(yù)應(yīng)力筋基本線性圖，本工程為2段L（折線）形布置，結(jié)合規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力筋在梁內(nèi)豎向高度采用架立筋控制，架立筋間距控制在1 m 以內(nèi)。固定鋼絞線架立鋼筋采用準14 mm的螺紋鋼筋，架立筋采用綁扎固定。當(dāng)綁扎操作比較困難時，增加綁扎附加筋，架立筋與附加筋采用焊接固定[5]。

3.2.3 穿入預(yù)應(yīng)力筋

預(yù)應(yīng)力筋的加工及組裝按照深化設(shè)計確定好的下料長度在工廠內(nèi)完成，穿入前確保每根預(yù)應(yīng)力筋規(guī)格、尺寸及數(shù)量無誤且端部配件組裝可靠。預(yù)應(yīng)力筋由固定端向張拉端穿入，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋發(fā)生碰撞時，優(yōu)先保證預(yù)應(yīng)力筋的位置，且不得影響預(yù)應(yīng)力筋的矢高。預(yù)應(yīng)力筋出梁面張拉端若遇到梁墻柱普通鋼筋較密時，張拉端位置可前后錯過鋼筋較密處進行調(diào)整。

3.2.4 安裝張拉端，固定端承壓板

張拉錨固體系包括固定端采用的Mp22 擠壓錨具和張拉端采用的M22-1 單孔夾片錨具，所有錨具均采用磚類錨具[6]。張拉端嚴格按照深化預(yù)應(yīng)力筋位置在加厚板端部模板上鉆孔，先將螺旋鋼筋套入緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋上，確保與緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋同軸，且固定牢固，再安裝承壓板，最后安裝穴模，承壓板與穴模緊靠固定，且確保承壓板與預(yù)應(yīng)力筋垂直。張拉端錨具系統(tǒng)安裝時，同樣先安裝螺旋筋，再安裝擠壓錨，且確保緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋露出擠壓錨長度滿足張拉機具所需長度，本工程預(yù)留1.8 m。

3.2.5 綁扎梁其他鋼筋，合側(cè)模，澆筑混凝土

本工程緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架梁除了骨架鋼筋外，還包括內(nèi)箍筋、拉鉤筋、腰筋等鋼筋，確保所有鋼筋綁扎完畢后進行合側(cè)模?；炷翝仓?，檢查預(yù)應(yīng)力筋拋物線型和定位鋼筋固定情況，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整?；炷猎噳K制作時，應(yīng)多出2 組，與梁進行同條件養(yǎng)護，在預(yù)應(yīng)力筋張拉前試壓時使用，混凝土澆筑過程中，不得擾動預(yù)應(yīng)力筋、定位鋼筋以及預(yù)埋件的位置，并應(yīng)確保端部混凝土振搗密實。張拉操作位置先進行預(yù)留，待張拉完成后再補澆預(yù)留位置混凝土。

3.2.6 安裝錨具及預(yù)應(yīng)力張拉程序

由于緩粘結(jié)膠黏劑具有一定流動性，為減少張拉過程的摩阻力，提前在不安裝錨具夾片的情況下進行預(yù)張拉2~3 次，使膠黏劑受到一定的擾動，然后安裝夾片，張拉到位[7]。本工程預(yù)應(yīng)力筋張拉分兩階段，當(dāng)預(yù)應(yīng)力梁混凝土強度達到設(shè)計強度的100%時（以同條件養(yǎng)護試塊的試驗結(jié)果為準），進行第一階段張拉，張拉預(yù)應(yīng)力筋總數(shù)量的50%；當(dāng)航站樓主體結(jié)構(gòu)全部完成后，進行第二階段張拉，張拉預(yù)應(yīng)力筋總數(shù)量的另外50%。預(yù)應(yīng)力筋兩側(cè)對稱同時張拉，按照張拉端布置圖，第一階段張拉KZL-1、KZL-4 組件（或KZL-2、KZL-3 組件）；第二階段張拉KZL-2、KZL-3 組件（或KZL-1、KZL-4 組件）。由于本工程地處廣東地區(qū)，施工時正處于夏季，當(dāng)?shù)厝鞙囟雀哂?0益，根據(jù)規(guī)范要求，張拉過程可為張拉應(yīng)力從0~1.0滓con即可。張拉控制應(yīng)力不超過0.75fptk=1 395 MPa，預(yù)應(yīng)力張拉時采取雙控原則，即張拉應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長值2 個控制參數(shù)。當(dāng)實際伸長值大于或小于理論伸長值的6%時張拉暫停，查出原因，并采取相應(yīng)措施進行調(diào)整后再繼續(xù)張拉。

3.2.7 切割多余預(yù)應(yīng)力筋，張拉端封錨

張拉端封錨預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，留出30 mm 長的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，其他多余的采用砂輪鋸進行切除。及時對錨固區(qū)進行封錨保護，采用高一個強度等級的微膨脹細石混凝土或砂漿封埋密實[8-9]，最后澆筑張拉操作預(yù)留位置混凝土，如圖4 所示。

圖4 張拉端預(yù)留操作位置圖Fig.4 Reserved operation location diagram of the pull end

4 應(yīng)用效果

4.1 張拉效果

本工程自2019 年9 月5 日開始預(yù)應(yīng)力梁梁底模板支架施工，9 月13 日完成該部位的混凝土澆筑，7 d 后對預(yù)留的同條件養(yǎng)護的混凝土試塊進行抗壓強度試驗，混凝土強度已經(jīng)達到設(shè)計值100%，即在2019 年9 月20 日進行第1 階段的預(yù)應(yīng)力筋的張拉，第2 次張拉在2019 年12 月25日，即本工程主體結(jié)構(gòu)全部封頂之后，兩次張拉過程，張拉應(yīng)力均在控制范圍內(nèi)，且實際伸長值偏差在理論伸長值的依6%控制范圍內(nèi)，張拉效果良好。二次張拉時間距離預(yù)應(yīng)力筋生產(chǎn)時間為98 d，在緩粘結(jié)劑的標準張拉使用期為180 d 內(nèi)。

4.2 可操作性

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工工藝與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相似，但與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比操作相對少了兩道工序，無需布置波紋管且不需要進行注漿，減少了現(xiàn)場人工操作的影響，施工質(zhì)量更容易得到保障。且緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉端與錨固端均采用單孔錨具，節(jié)點布置更靈活，施工更加方便。在該工程施工前，需對緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的布置進行詳細的施工深化設(shè)計，張拉端與固定端預(yù)應(yīng)力筋根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行了合理的布置，有效地避免了預(yù)應(yīng)力筋與型鋼柱及梁鋼筋的碰撞；在張拉端采用加厚板處理，預(yù)留張拉操作位置；采用一端出板面張拉方式，為張拉作業(yè)提供了便利的施工條件及足夠操作空間，確保了張拉過程順利完成。

4.3 經(jīng)濟性

本工程緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋約9 t，根據(jù)目前定額單價，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工及材料綜合單價為15 000 元/t，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工及材料綜合單價為20 000 元/t，則在本工程中緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)材料綜合費用比有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的材料綜合費用高出約（20 000-15 000）伊9=45 000 元。但由于緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工過程少了兩道復(fù)雜的施工工序，相對節(jié)約人工費用約150 000 萬元。綜上所述，本工程采用的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比總費用節(jié)省了約105 000 元。

5 結(jié)語

通過緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在廣州南沙國際郵輪母港綜合體項目中的應(yīng)用，不難發(fā)現(xiàn)，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在滿足公共建筑所追求的大跨度、大空間的效果外，與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比，施工過程相對較簡單，更具有可操作性，且施工質(zhì)量容易得到保證。雖然緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的市場價格較高，但在施工過程中可節(jié)約勞動力，節(jié)約工期，總體經(jīng)濟性較好。