后张有粘结预应力技术在高层建筑框架梁施工中的应用

　　摘 要:本文结合工程实例,介绍了采用扁形波纹管的预应力混凝土施工技术要点难点,并对其预应力筋张拉力和张拉伸长值验算及双控施工进行了详细阐述,对施工质量和效果进行了评价。
　　
　　关键词:高层建筑;框架梁;有粘结预应力;张拉;扁形锚具
　　
　　1项目概况
　　
　　湖南湘潭某建筑工程为20层高层建筑,建筑面积35431m²,其中2~20层部分框架梁采用了后张预应力
　　有粘结体系。本工程采用高强度低松弛钢绞线φ15.24作为预应力筋,其抗拉强度标准值为f_ptk=1860MPa。预应力筋孔道采用预埋扁波纹管,张拉端与固定端锚具采用YH系列扁形夹片式锚具和挤压锚。预应力混凝土强度等级为≥C40,混凝土强度达100%设计要求后进行张拉,张拉控制应力σ_concon=0.7f_ptk。预应力筋张拉后对于有粘结梁应及时灌浆并封裹锚具。所有预应力梁下支撑必须待预应力筋张拉结束后方可拆除。
　　
　　2预应力施工技术难点分析
　　
　　2.1本工程预应力大梁采用扁形锚具及波纹管,张拉伸长值的参数与常规有所不同。由于使用扁形锚具,钢绞线在扁形波纹管中与在圆形锚具、圆形波纹管中摩阻力不同,需要通过实验预先测定,并在施工过程中考虑张拉伸长值的离散性,要在确保张拉控制力的条件下,确保张拉伸长值偏差不超出理论计算值的4 - 6%内,质量控制难度大。
　　2.2对于采用扁形锚具,张拉方式、张拉千斤顶有所不同。
　　2.3从9层到22层,每层有1根6连跨带悬臂的折线预应力梁和1根2跨的折线预应力梁,预埋波纹管和穿钢绞线是施工中的难点,张拉时管道的摩阻也会有所不同。
　　2.4本工程质量目标较高,对混凝土的成型后观感质量要求高,要求锚具不得外露。为保证张拉封锚后,锚具不外露,也为波纹管埋设方便,对节点进行了优化设计(见图1)。
　　
　　3后张有粘结预应力施工技术
　　
　　3.1工艺流程
　　铺粱底模→绑扎梁非预应力筋→划预应力筋曲线坐标→焊预应力筋曲线支架→排放波纹管预应力筋→安装埋件→隐蔽工程验收→支粱侧模→浇筑混凝土→混凝土养护→拆梁侧模→预应力筋张拉→外露切割→灌浆→端部封裹→落架及拆除模板。
　　预应力施工是本工程施工中的特殊过程,铺束、张拉、灌浆是预应力施工的关键过程。
　　3.2支撑与模板
　　支撑与模板应考虑能承受结构自重和施工荷载,要求支撑有足够的承载能力,稳定性好。
　　底模起拱按设计要求,一般取梁跨度的1%~1.5% ,支撑的拆除应从跨中向两边对称进行。
　　预应力筋的张拉须在梁的侧模拆除后进行,以免侧模阻碍梁中预应力的建立,因此要考虑粱侧模在底模不拆除的前提下拆除方便。
　　3.3钢筋绑扎
　　原则上非预应力筋制作及绑扎时应避让波纹管及端部锚垫板的位置。在允许范围内(不影响结构和设计意图)非预应力筋作相应节点调整布置方案。
　　梁中腰筋的拉结筋先不要放入,避免阻碍波纹管的准确走向,待波纹管铺设完后再放入进行绑扎。
　　在波纹管走向范围内柱中的箍筋先套入,但不要绑扎,以免妨碍波纹管的穿入及定位。
　　柱中主筋应让出波纹管穿入的间距( 张拉端处柱的主筋应留出锚垫板间距) ,波纹管处柱主筋向左或向右移位。
　　为保证锚具内陷,张拉端处梁中主筋的锚固弯钩应在锚垫板后提前弯下(距梁端或柱外侧160 mm)。
　　梁非预应力筋绑扎完毕后应立即垫好保护层垫块,并不要封粱侧模,此时可开始预应力筋施工。
　　3.4 铺管穿筋前的准备
　　3.4.1技术交底
　　施工前应依据设计参数对预应力筋进行标高放样(KL₂梁见图2,其它梁类同),同时对所有参与工作人员进行较为详细的技术交底。
　　3.4.2准备支架
　　支架采用10 mm(间距1000mm左右)的钢筋制作固定在箍筋上。
　　3.4.3预应力筋制作
　　预应力筋下料长度由轴跨及曲线形状、柱尺寸、张拉长度来确定,下料应用砂轮机切割。
　　钢绞线固定端锚具一般采用挤压锚,挤压锚应有出厂合格证。进场的锚具应按规范要求进行常规性检查,合格后才可用入工程。
　　3.5波纹管铺放
　　铺放前应对波纹管进行检查,如发现砂眼或脱扣应用胶带缠或截断。梁非预应力筋绑扎成型后从一端或两端将波纹管穿入梁内,两根管间加大一号的接头管,并用胶带封裹(见图3)。对于折线形预应力梁,铺管时,为适应4眼扁锚单根张拉钢绞线的工艺要求,每根管事先穿入4根通长连续的8钢丝,作为穿钢绞线时的牵引线,以克服折线形预应力粱穿钢绞线施工中的难题,在固定端设一灌浆(泌水)孔。
　　3.6埋件安装及锚具排列
　　锚垫板与螺旋筋紧贴,并与非预应力钢筋固定,将波纹管理顺并与支架筋用铁丝固定。锚具排列除了考虑结构设计中预应力筋的合理布置外。还必须满足施工中千斤顶的最小工作空间。
　　3.7穿束
　　在铺管的同时穿钢绞线,采用特制的“子弹头”将钢绞线逐根穿入。铺管穿束完成后,应由专人检查波纹管的位置、破损情况及钢绞线外露长度等。若钢绞线外露长度不满足千斤顶工作长度的要求,尚应作适当调整。钢绞线外露部分应包裹,防止污染或锈蚀。
　　当波纹管及预应力筋铺设完毕并自检后,应向监理报验,符合设计及相关规范要求,办理隐蔽工程手续,从而进行下道工序。
　　3.8预应力混凝土浇筑
　　浇筑混凝土时,应避免振捣棒直接撞击波纹管和钢绞线,以免振坏波纹管,造成漏浆,万一波纹管内漏浆会造成以后对预应力筋张拉及灌浆不利的影响。混凝土必须振捣密实,特别是钢筋密集区、张拉端尤应注意。混凝土浇捣结束后应加强养护,保持充分湿润,防止水份过早蒸发而表面产生裂缝。在浇筑中除留置竣工资料中需要的标养试块外,尚要留置施工试块,并与构件同条件养护,以确定张拉时间之用。
　　3.9预应力筋张拉施工
　　预应力筋张拉是通过张拉机械将力作用于预应力筋上,然后通过预应力筋最终作用于混凝土上,从而在结构中建立起预应力。因此,预应力筋张拉是整个预应力施工的关键,它将最终决定梁中预应力值的大小,施工时务必精心施工。确保工程质量。
　　3.9.1张拉机具的配备
　　张拉千斤顶采用前卡式千斤顶单根张拉。油泵和千斤顶在张拉前必须进行配套检验,得出千斤顶出力和油压表读数之间的关系式,根据检定结果和工程实际情况,计算出相应张拉力下油压表读数值,压力表的精度不宜低于1.5级,张拉机具运行应正常。
　　3.9.2预应力筋的张拉控制
　　张拉控制应力σ_concon=0.71f_ptk=1302MPa。张拉程序:0→0.2σ_concon (初读数)→1.0σ_concon(最后读数)→持荷3min锚固。
　　预应力张拉采用双控法,即应力控制(油压表读数),同时校核预应力筋实际伸长值。实测伸长值与计算值相比,应在+6%～-6%范围内,否则应暂停张拉,待查明原因并采取措施后方可进行。另要考虑千斤顶缸体内钢绞线有一定伸长。预应力筋张拉伸长值按下式计算:
　　△L_T =σ_concon×[1+e-(kL_T+μθ)]×L_T/(2×Es)
　　式中: L T ——孔道长度=σ_con( 1 + 8H₂/ 3L₂)L+直线孔道长度;
　　θ——夹角=8H/L; 　　k——每米孔道局部偏差对摩擦影响的系数,一般有粘结粱 =0.0025
　　μ——预应力筋与孔道壁之间的摩擦因数,取0.25;
　　E_s——预应力筋的弹性模量,一般有粘结粱为1.95×105N/ mm²。
　　
　　由于本工程大梁采用扁锚扁管预应力,经过试验测定,并经过业主及监理校核,已完3层预应力大梁钢绞线伸长值的离散性,k取0.0015,E_s取2.04×105 N/mm²。
　　3.9.3操作要点
　　(1)安装张拉锚具前必须把梁端埋件清理干净。
　　(2)安装张拉设备时,千斤顶张拉力的作用线与预应力筋末端的切线重合。
　　(3)张拉时要严格控制进油速度,回油应平稳。
　　3.10孔道灌浆及锚具封裹
　　有粘结预应力筋张拉锚固后孔道应尽快灌浆,并对多余预应力筋进行切割,对锚具进行封裹处理。
　　3.10.1孔道灌浆注意事项
　　(1)灌浆工作的准备:水灰比的确定,清理灌浆孔及其泌水孔,保证水电供应至灌浆现场,水泥浆就近搅拌供应,灌浆途中绝对不可断水断电。
　　(2)预应力钢材张拉完成后应停12h,以观察钢绞线锚固情况,然后再进行孔道灌浆。
　　(3)每个孔道灌浆应一次完成,缓慢均匀进行,中途不能停顿。
　　(4)制浆采用32.5级及以上普通硅酸盐水泥,水灰比0.4。
　　(5)压浆用UB3型灰浆泵进行,压力为0.4～0.6MPa。
　　(6)压浆要求密实。
　　(7)若出现孔道堵塞无法灌入的孔道,应从另一端或者中部通气孔压浆。若一次性不能灌好孔道,可采用人工补浆。
　　3.10.2封锚
　　灌浆前应将多余外露钢绞线用机械法(砂轮机)或氧气乙炔切割,切割处离夹片距离应大于30mm,对张拉端用C40混凝土封裹。
　　
　　4工程施工质量控制要点与效果评价
　　
　　4.1 施工质量控制要点
　　1)波纹管允许偏差:控制点竖向允许偏差±10mm,水平允许偏差±20 mm,保护层厚度最小值40mm。
　　2)曲线各坐标位置是否与设计相符合,曲线是否流畅,张拉端铁件焊接是否牢固妥当,喇叭管是否与钢绞线垂直,验收后逐项做好验收记录,供质检部门。
　　3)预应力张拉采用双控法,即应力控制(油压表读数),同时校核预应力筋实际伸长值。实测伸长值与值相比,应在+ 6%~-6%范围内。
　　4)夹片回缩应符合≤6mm。
　　4.2施工效果
　　 4.2.1压力监测
　　张拉前在框架梁预应力筋束上布设8支GMS-1500钢弦式岩土测力计,监测结果表明,预应力筋张拉猫固后初期应力损失较大,以后逐渐减少并趋于稳定,符合应力损失,监测获得的预应力损失较小,与理论计算值相差仅3.5%,符合设计技术要求。
　　4.2.2框架梁的起拱情况
　　张拉前在梁上布设测点,在预应力筋张拉和灌浆完成后,用百分表测量挠度反拱值,其结果符合设计要求,框架梁顶面末发生开裂现象,孔道浆体强度达到设计要求后拆除梁支撑排架。
　　
　　5结语
　　
　　综上所述,在施工时,预应力筋的布置和定位直接影响到其受力情况,在混凝土浇注前进行一次全面的检查,将波纹管调整到位后才进行下一工序。混凝土浇注过程中不准下料口对准波纹管下料,波纹管位置要铺设走道板,防止波纹管被踩压走位。本工程在施工过程中,将预应力筋平面布置图输入计算机,并将预应力筋的有关信息(编号、张拉条件、张拉时间、张拉结果等)及时输入计算机,取得了直观的视觉效果,为合理安排工序提供了直观可靠的依据。利用计算机对张拉结果进行计算分析,简便函易行,不易出错,大大的提高了工作效率。
　　
　　参考:
　　[1] GB50204-2002.混凝土结构工程施工及验收规范.
　　[2] GB/T5224-2003.预应力混凝土用钢绞线.
　　[3] JGJ85-2000.预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程.
　　[4] 封大斌,弈贵臣.后张法预应力施工手册[M]北京:建筑出版社,1999.