大跨度井字梁雙向預應力綜合施工技術

白順濤

中鐵航空港建設集團北京有限公司 北京 100070

1 工程概況

中央民族歌舞團劇場工程位于北京市海淀區中關村南大街，工程總建筑面積20 770 m2，本工程觀眾廳高度為16.80 m，屋面結構跨度為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預應力技術，主梁、次梁采用無黏結預應力技術。

2 方案設計

預應力筋采用φ15.20 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，抗拉強度標準值fptk=1 860 MPa。錨具采用B&S體系Ⅰ類錨具，有黏結預應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”“梁后澆帶內張拉端”等多種張拉端方式，無黏結預應力筋張拉端主要采用“內藏式張拉端”。預應力梁混凝土強度等級為C40，梁端混凝土強度達到設計強度的100%后方可張拉，孔道灌漿完成后應及時封堵張拉端。

3 重點、難點分析

本工程觀眾廳屋面的井字梁分布密集，梁跨度達29.90 m，雙向預應力筋穿插層多，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，預應力筋施工困難。本工程預應力波紋管布設前，提前將波紋管的位置預留出，并在中部采用定位鋼筋、在頂面采用角鋼定位的方法，將密集的非預應力筋撐開，必要時應調整普通鋼筋的位置和錨固方式，為保證預應力筋的矢高，需提前做好預先的布置試排工作。

3.2 預應力筋張拉順序

由于工程采用井字梁的結構形式，且預應力筋雙向布置，有黏結與無黏結預應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構的質量。本工程預應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，復雜曲線后張拉；優先張拉短跨預應力筋。

3.3 模板安拆及接縫處理

由于本工程屋面井字梁梁高達2 000 mm，梁底模按設計要求起拱≥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；預應力梁張拉前先拆除梁側模。梁底模及支撐拆除條件為：有黏結預應力梁須在灌漿結束后，無黏結預應力梁須在預應力張拉結束后。

3.4 灌漿質量保證

本工程要求灌漿用水泥強度≥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，并嚴格遵循灌漿工藝要求，控制灌漿壓力及溢出效果，以達到灌漿密實要求[1]。

4 主要施工工藝

4.1 預應力筋鋪放

4.1.1 有黏結預應力筋鋪放

1）金屬波紋管鋪設。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，保證預應力曲線線形準確。波紋管之間的接頭采用大一號的波紋管進行連接，每根接頭管長度為20～30 cm，兩端分別全部擰入波紋管內，然后用膠帶將接口密封好。另外，在每個孔道的固定端處設置出漿管，在每跨曲線波峰部位的波紋管頂部設置排氣兼泌水管，灌漿孔設置在張拉端部。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，方向為由錨固端向張拉端，為保護波紋管的完好，在鋼絞線端部應加導帽。在穿筋施工過程中，為防止預應力筋發生扭絞，需把預應力筋不斷調順。穿鋼絞線前應認真核對編號，防止穿錯而造成返工。預應力筋伸出承壓板的長度應要≥30 cm。

3）錨固張拉端安裝。有黏結預應力筋張拉端采用B&S體系多孔夾片群錨，在綁扎梁柱鋼筋時應預留喇叭口位置，并按圖紙位置將喇叭口固定在鋼筋骨架上。

4.1.2 無黏結預應力筋鋪放

1）安裝定位筋。為保證預應力鋼筋的矢高準確、曲線順滑，根據預應力筋矢高的要求，將定位筋安放就位，并且點焊在肋梁箍筋上。

2）鋪放梁中預應力筋。按圖紙要求鋪放預應力筋，無黏結預應力筋在梁截面中水平方向應對稱均勻布置，在梁中鋪設時采用集團束或并束鋪設，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，可上下均勻整齊散開，但其受力中心必須和預應力矢高一致，其預留張拉長度應≥30 cm。

3）錨固張拉端安裝。無黏結預應力筋張拉端采用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 無黏結預應力筋張拉端、固定端做法

4.2 預應力筋張拉及控制要點

4.2.1 預應力筋張拉

根據設計要求的預應力筋張拉控制應力取值，張拉控制應力系數為0.75，即單束預應力筋的張拉控制力為195.30 kN，張拉控制應力為1 395 MPa。混凝土達到設計強度的100%后方可進行預應力筋張拉。

4.2.2 張拉工藝流程

1）有黏結預應力梁張拉工藝流程：采用YCWB-150大型千斤頂對預應力筋進行整體張拉，現場條件不具備時可采用YCN-23、YCN-25小型千斤頂對預應力筋進行逐束張拉，為了保證張拉質量，應采用三級張拉的方式，首先按編號正序將預應力筋張拉至10%設計張拉力，然后按照反序張拉至60%設計張拉力，最后再按照正序張拉至100%設計張拉力。

2）無黏結預應力梁張拉工藝流程：無黏結預應力筋采用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，所得之差即為實際伸長值，用以校核計算伸長值。

4.2.3 預應力筋張拉控制要點

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，發現位置錯動時應立即停止張拉，待調整合適后再繼續進行張拉作業。

4.2.4 預應力筋張拉測量記錄

預應力筋全部張拉至10%設計張拉力，量測千斤頂油缸長度L1，張拉應力增大至100%設計張拉力，持荷2 min，量測千斤頂油缸長度L2。則單端張拉的實際伸長量ΔL=（L2-L1）÷0.90，兩端張拉的實際伸長量ΔL=（L2-L1）÷0.90+（L2'-L1'）。

4.3 預應力孔道灌漿和錨具封堵

4.3.1 預應力孔道灌漿

有黏結預應力筋張拉完畢后，孔道應及時灌漿，水泥漿強度等級為M30，采用強度等級為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。

每個孔道灌漿應一次完成，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加壓至0.50 MPa。當輸漿管長度大于30 m時還應相應提高壓力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，應將錨具外露的預應力筋多余部分用機械方法切斷。錨固端封錨采用C40補償收縮細石混凝土，其外露預應力筋的保護層厚度為：處于正常環境時，不應小于20 mm；處于易受腐蝕的環境時，不應小于50 mm。

5 預應力施工質量控制

5.1 預應力筋安裝質量要求

預應力筋束形控制點的豎向位置偏差應符合表1規定。

表1 束形控制點的豎向位置允許偏差

5.2 預應力筋張拉質量要求

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

6 結語

通過對預應力工程施工過程中各個環節的控制，使有黏結與無黏結預應力技術充分結合，發揮各自長處。同時采取張拉應力控制、孔道灌漿控制、骨架密集節點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量得到了根本保證，并在后續使用中未發生任何裂縫及變形情況，工程質量得到了建設及監理單位的一致認可。