大跨度機庫鋼桁架中的預應力鋼絞線穿束施工技術

李 昭 王曉麗 羅 浩 熊勛昌

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

隨著建筑科學技術的進步，應用預應力結構體系的大跨度機庫鋼桁架越來越多。這種結構體系有更好的豎向支承剛度，能改善其支承的屋蓋鋼結構的受力性能，減小機庫大門上方鋼桁架的撓度和大門開口邊桁架支承柱的約束內(nèi)力，改善了抵抗外荷載的能力，極大地提高了結構的技術經(jīng)濟指標[1-3]。但是該體系結構復雜，施工技術屬于前沿，缺少相應的實施經(jīng)驗，給施工帶來了新的挑戰(zhàn)。

本文主要從鋼絞線分束深化設計、鋼絞線外鋼套管深化設計、鋼絞線穿管施工工藝、鋼絞線穿束控制要點4個方面，闡述預應力鋼絞線的穿束施工技術。

1 工程概況

成都天府國際機場國航基地工程（機務維修一期）101號維修機庫的屋蓋鋼網(wǎng)架結構平面尺寸為146 m×90 m，機庫入口大門處設計有跨度為146 m的門頭預應力鋼桁架。鋼桁架的下弦鋼管中心標高＋22 m，內(nèi)配置由69根高強低松弛鍍鋅鋼絞線組成的預應力束，預應力鋼絞線的單根長度達151 m，單束質(zhì)量達12.7 t（圖1）。

圖1 預應力鋼絞線原設計

2 單束鋼絞線施工難點

1）原設計采用69根鋼絞線為一束，若將鋼絞線一根一根地穿管，穿束過程中易互相纏繞攪亂，無法進行捋直調(diào)整，施工難度極大，并且穿管后預應力鋼絞線的質(zhì)量無法控制，后期張拉不易控制。

2）作為一束的69根鋼絞線，質(zhì)量達12.7 t，若將69根鋼絞線只設置一個套管整束穿管，則穿管過程中鋼絞線與鋼管管壁摩擦力很大，造成的鋼絞線磨損較大，并且穿管時所需拉力較大，對機械設備要求較高，施工難度大、費用高。

3）單束鋼絞線在張拉過程中互相影響較大，先張拉的鋼絞線易松弛，張拉質(zhì)量不易控制。必須在地面穿管階段將不利因素減小，降低后續(xù)高空張拉的質(zhì)量風險。

4）鋼絞線的穿束套管是由焊接在球節(jié)點內(nèi)部的鋼隔板固定的，鋼隔板焊接施工時操作空間受限，焊縫質(zhì)量無法保證。鋼隔板間距和套管固定點間距較大，且預應力鋼絞線質(zhì)量大，易引起套管和鋼隔板變形。

5）套管內(nèi)壁在焊接時的焊縫平整度要求很高，不能有任何凸出焊縫的缺陷，以免造成鋼絞線穿束時摩擦損傷，對鋼絞線張拉施工造成不利影響。

6）鋼絞線在穿束以前的調(diào)直、編號、分組工作很重要，須對施工場地、穿束機械選擇、穿束施工條件和穿管工藝流程進行細化分析，制定合理的施工方案。

3 鋼絞線分束深化設計

針對鋼絞線穿束施工的難點，通過分析設計原理和設計意圖，針對鋼絞線穿管施工過程，將鋼絞線分三步進行優(yōu)化，分別為設計分束優(yōu)化、分束整穿優(yōu)化、分束增加套管優(yōu)化。

1）將原設計的69根鋼絞線再分為3組，每組23根鋼絞線，這樣單束的質(zhì)量減至原來的1/3，解決了整束穿管時鋼絞線質(zhì)量過大的問題。

2）將69根鋼絞線進行分組后，每組僅有23根鋼絞線，有效地降低了鋼絞線之間互相纏繞的概率，且極大地方便了鋼絞線的編號，從而為以后的預應力張拉創(chuàng)造了良好的條件。

3）在每組鋼絞線外增設鋼套管，有效降低了穿管過程中束與束之間的不利影響，同時解決了多根鋼絞線容易互相纏繞的問題。

4）將每組鋼絞線作為整束同時穿管，由于穿管的同時性，鋼絞線之間互相摩擦的情況大大減少，避免了先后穿管的鋼絞線之間的摩擦損傷。

5）將3根分束鋼套管設置成品字形對稱排布在下弦管內(nèi)，套管與套管間距設計為30 mm，滿足焊接操作空間要求即可，3根套管以三角形結構形式設置，3根套管在下弦管內(nèi)相對穩(wěn)定牢固（圖2）。

圖2 預應力鋼絞線深化設計

4 鋼套管的深化設計

1）原設計只在桁架球節(jié)點處設置環(huán)形鋼隔板定位鋼套管，深化時在下弦桿中也增設環(huán)形鋼隔板，有效地減少了鋼隔板之間的間距，使套管能更穩(wěn)定、更牢固地安裝在下弦桿中，并且更有利于傳遞預應力橫向等效荷載。此項優(yōu)化從根本上提高了預應力鋼絞線對結構受力的作用，保證預應力在桁架中能起到應有作用（圖3）。

圖3 環(huán)形鋼隔板的設置

2）套管焊接時由于操作空間狹窄，焊接角度不利，容易產(chǎn)生焊瘤、焊疤等焊接缺陷。為防止在穿管過程中鋼套管接口或焊疤磨損無黏結鋼絞線的塑料外包皮及鋼絞線，鋼套管采用了V字形接口。在套管焊接施工前，對鋼管端部采用人工進行無齒鋸打磨處理，將鋼套管端口裁切整齊并打磨出倒角，這樣2根鋼套管對接焊接后就會形成V字形接口，避免了鋼套管因為對接口兩側管壁不平而造成的不利影響（圖4）。

3）鋼套管厚度較薄，焊接過程中存在焊透的風險。通過研究，決定在鋼套管的外側套直徑大一號的接頭襯管，將焊接位置轉移到鋼套管外壁，有效地解決了由于焊接質(zhì)量而引起的鋼絞線穿管損傷問題（圖5）。

圖5 鋼套管外壁襯板

5 鋼絞線穿管施工工藝

5.1 施工工藝流程

目前國內(nèi)預應力桁架結構施工經(jīng)驗較缺乏，通過分析設計意圖、設計計算工況、預應力施工工藝、施工的過程工況等，最后結合本工程的設計特點和施工部署安排，得到了合理的穿管施工工藝：搭設鋼絞線放線支架、安裝牽引卷揚機→在放線場地上作好下料長度標記→用砂輪切割機依次下料→在鋼絞線兩端編號（同根同編號）并整理成束（23根鋼絞線為1束）→在鋼絞線穿入端安裝穿管器→套管（下弦鋼管）內(nèi)穿入牽引鋼絲繩至卷揚機端→牽引鋼絞線整束穿過套管（下弦鋼管），并一次牽引到位。

在鋼絞線穿管施工中，應特別注意在桁架支座下阻礙鋼絞線穿束的混凝土柱不得澆筑，否則對鋼絞線穿管折角影響較大，易造成鋼絞線損傷。為不影響后續(xù)混凝土柱施工，可將鋼桁架端部后續(xù)通過補桿拼裝焊接，并將處于套管外的鋼絞線束斜向上彎曲懸掛，再用軟帶臨時綁扎固定，網(wǎng)架提升完成后再將鋼絞線垂下來。

5.2 預應力穿管裝置

為確保穿管時每組鋼絞線中的每根鋼絞線都能均勻地承受牽引力，專門研發(fā)設計并加工了預應力鋼絞線錐形牽引裝置。該裝置主要由鋼錐筒（漸變直徑）、墩頭錨板（定制制作）和牽引螺栓組成。把每根鋼絞線的中心鋼絲端頭后錨固在墩頭錨板上，再由牽引鋼絲繩連接牽引螺栓進行牽引施工（圖6）。

圖6 鋼絞線穿束裝置

5.3 下弦桿活動段設計

鋼絞線在地面穿管后再隨網(wǎng)架提升至高空，其間鋼桁架端部不能將弦桿拼裝焊接完，因此將鋼桁架端部第2個球節(jié)點與第3個球節(jié)點間的下弦鋼管做成活動段，可盡量減小鋼絞線進入弦桿的轉向角度。

轉向角度越小，預應力鋼絞線與套管間的擠壓力就越小，鋼絞線的磨損也越小，待預應力穿管并提升完成后再焊接該活動段（圖7）。

圖7 下弦桿活動段

6 穿束施工過程中的控制要點

1）預應力鋼絞線原材在運抵施工現(xiàn)場后，堆放預應力鋼絞線的場地要用混凝土進行硬化，并且地面應保持平整、干燥。

2）鋼絞線加工、截取需要在施工現(xiàn)場完成，因此需要為鋼絞線鋪設場地進行硬化施工，寬度不宜小于1.5 m，并且場地中心線位置應分別與鋼桁架下弦鋼管的中心線重合，這樣在穿管時鋼絞線可以與下弦管平行穿入，使鋼絞線與套管的磨損控制在最小。

3）鋼絞線捋直鋪設后，一般需要調(diào)整準備幾天，因此要采取防雨措施，防止鋼絞線銹蝕，同時要采取防油污染措施。

4）鋼套管在加工時，套管端口一定要倒角，倒角一定要打磨順滑；另外，套管兩端切口要整齊，在同一個平面內(nèi)，焊接后形成V字形接口，V字形接口要光滑、無焊瘤。

5）環(huán)形鋼隔板的開孔定位一定要精準，尺寸誤差控制在3 mm內(nèi)，確保套管安裝后的整體保持水平。

6）鋼絞線在穿管施工時，一定要注意卷揚機牽引裝置穿管時的速度，不宜過快，避免鋼絞線產(chǎn)生纏繞，一旦發(fā)現(xiàn)有纏繞時應立即停止穿管施工，待處理調(diào)整完成后繼續(xù)穿管施工。

7 結語

目前，各大機場建設中的大跨度飛機庫越來越多，一些單跨超過140 m的邊桁架設計應用越來越廣泛。

本工程的這種預應力結構設計有效減小了屋蓋大門開敞邊的撓度和用鋼量，極大地提高了結構的技術經(jīng)濟指標。弦桿中的預應力鋼絞線設計將會越來越普遍，本文通過預應力鋼絞線穿管施工技術的總結，可為后續(xù)類似的工程施工提供借鑒。