大跨度預應力混凝土懸挑梁結(jié)構(gòu)的施工與監(jiān)測分析

李孝槐 （時代出版?zhèn)髅焦煞萦邢薰?，安?合肥 230000）

1 引言

隨著中國經(jīng)濟騰飛發(fā)展，高層建筑像雨后春筍般拔地而起，預應力混凝土梁結(jié)構(gòu)因其獨特的優(yōu)勢得到了更好的應用。就目前大跨度懸挑結(jié)構(gòu)工程實踐結(jié)果證明，因其復雜的受力傳遞路徑，使用預應力技術極為有效地提高了大跨度懸挑結(jié)構(gòu)承載安全儲備，增強構(gòu)件抗疲勞性能、擴大使用空間、降低建筑建造成本，同時起到減輕自重的作用[1-4]。目前，在有大跨度梁、大尺寸懸挑梁的建筑體系中，通常采用加大截面尺寸、內(nèi)配型鋼及預應力等多種方式，而對于尺度6～9 m 的混凝土懸挑梁，預應力技術尤為合適。國內(nèi)已有大量的成功實施安全監(jiān)測案例，對我國復雜的大跨度預應力懸挑梁施工技術與安全監(jiān)測完成，具有強有力的推進和借鑒意義[5]。

本文結(jié)合時代數(shù)碼港研發(fā)樓項目工程中的管理經(jīng)驗，對大跨度預應力懸挑梁工程的無粘結(jié)預應力技術施工與監(jiān)測進行研究，為類似的結(jié)構(gòu)工程提供參考和借鑒。

2 工程概況

時代數(shù)碼港研發(fā)樓（圖1），位于合肥市高新區(qū)黃山路與二環(huán)路交口西南角，框架-核心筒結(jié)構(gòu)，總建筑面積45850 m2，其中地上建筑面積34450 m2，總高度98.85 m，工程地下2 層，地上25 層。主體結(jié)構(gòu)設計基準期為50年，抗震設防類別為標準設防類，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。

圖1 時代數(shù)碼港研發(fā)樓外立面

本工程11～25 層均有懸挑梁，懸挑長度最長達7.31 m，結(jié)構(gòu)標準層大懸挑梁平面如圖2 所示。在結(jié)構(gòu)設計規(guī)劃的初期階段，為了保證施工效果，在分析普通鋼筋混凝土使用的缺點后，經(jīng)過全方位的研究與討論，排除了常規(guī)鋼筋混凝土懸挑梁的結(jié)構(gòu)方案，并提出了兩種結(jié)構(gòu)形式方案，即型鋼混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)。通過對兩種結(jié)構(gòu)主體方案實施建模計算分析和施工方案研究，并從安全、穩(wěn)定、成本控制等方面進行了對比，最終選擇安全性較好、造價相對較低、施工安全可靠的后張法無粘結(jié)預應力混凝土懸挑梁，以滿足建筑外立面效果和室內(nèi)辦公使用功能。

圖2 結(jié)構(gòu)標準層大懸挑平面示意圖

3 施工技術

3.1 后張法預應力混凝土施工要點

本工程中，大跨度預應力懸臂梁采用的后張法預應力混凝土施工工藝，具體施工要點如下。

①鋼絞線下料、制作

在鋼絞線的下料制作過程中，錨固結(jié)構(gòu)的長度與工作受力長度的總和即是整個鋼絞線下料的實際長度，工作受力長度本身屬于兩端錨具的預應力實際長度。為了保證整個鋼絞線工作效果，在鋼絞線穿束的過程中，一般均需要采用整束穿入的方式方法，再完成鋼絞線的排序操作。

在本工程實際操作中，其本身的延長方向需要每2m 構(gòu)建捆扎結(jié)構(gòu)。因為波紋管的損壞率相對較高，為此在整個操作階段，所有的穿束動作要相對舒緩。同時將鋼束的前端進行扎進，包裹相關的膠帶，這樣不僅可以減少結(jié)構(gòu)磨損沖擊，同時也能保證鋼絞線可以順利穿入。安裝操作完成后，對錨墊板、波紋管實施綜合檢查分析，若是波紋管出現(xiàn)了損壞，用膠帶對其捆扎束縛。

②孔道留設

本工程在整個施工過程中，堵塞本身就是施工操作之中的一項常見問題，若出現(xiàn)了此類問題，就會增大后期施工操作難度和有效推進，同時也會為后期張拉測量分析產(chǎn)生較大的難度。為有效地管控此類問題，本工程中的施工作業(yè)人員在現(xiàn)澆混凝土出現(xiàn)凝結(jié)之前，采用多次抽拉鋼絞線的方式方法，高效疏通處理孔道內(nèi)部出現(xiàn)的堵塞問題，進而保證后期張拉各項工作的有序推進。

③孔道和錨墊板施工

本工程在施工過程中，對波紋管鋪設工作進行有效的控制管理，可以最大程度提升后期施工質(zhì)量，因此在波紋管鋪設的過程中要根據(jù)施工現(xiàn)場做好質(zhì)量管控，確保鋼絞線受力方向的精準性和工作性能。鋼絞線受力方向確定之后，需要在每間隔0.5m 的情況下使用定位拉筋的方式進行波紋管的加固工作。若是波紋管出現(xiàn)扭曲之后，將會直接造成預應力損失。在結(jié)構(gòu)梁施工時，要對錨墊板安裝質(zhì)量控制，保證錨墊板位置，進而保證鋼絞線受力方向。

④漿體制作

本工程施工作業(yè)人員在完成漿體制作的過程中，全面按照相關規(guī)范進行落實。

首先，保證在配置過程中用水量符合要求，由于水本身就是漿體配置過程中不可或缺的主要成分，為此在實施稱重的過程中，嚴格地按照相關的規(guī)范標準實施推進。對于制作過程中漿體流動性相對較低的現(xiàn)象，嚴禁在內(nèi)部進行加水，以此影響到漿體的指標發(fā)生變化，繼而影響質(zhì)量。

其次，在制作漿體過程中，孔道壓鑄的水泥，使用普通的硅酸鹽水泥進行拌制操作。其設計水膠比的配比應當控制在0.35～0.45。為了更好地保證孔管內(nèi)部密實度，減少收縮力度，通過試驗的方式在水泥之中摻加一定的外加膨脹劑，以保證整個水泥的質(zhì)量。

最后，在漿體制作結(jié)束的同時，要將所有的漿體一次性傾瀉而出，再進行下一階段的操作。要充分做好各方面的檢查，若在進行正式壓漿操作程序之前，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部存在殘留的漿體，應當及時地采用空壓機設備對整個管道進行細致地清理。

3.2 預應力張拉

本工程中，大跨度預應力懸臂梁采用的預應力張拉，依據(jù)設計要求及規(guī)范規(guī)定，具體張拉要點如下。

①張拉設備及要求

首先，采用具有出廠合格證的夾具、錨具以及相配套的連接器，仔細檢查各配套錨固的性能、類別及規(guī)格等，與此同時，按照相關標準規(guī)定對此配套設備質(zhì)量（外觀及硬度）進行抽樣檢查，對質(zhì)量存疑的設備應同時進行靜載錨固性能試驗。

其次，張拉機具應與錨具配套使用。此配套設備在還未進場使用之前，為保證張拉力真實值和壓力表讀數(shù)值之間的正常比例關系曲線，應按照相關規(guī)范規(guī)定，對千斤頂和壓力表進行精準校驗。千斤頂?shù)膹埨εc行程要滿足施工需要、壓力泵的油壓量程應符合張拉力的需要。

②預應力控制

當對混凝土施加的預應力時間過早，混凝土未達到其指定強度，預應力便對混凝土產(chǎn)生預壓力，則會引起混凝土產(chǎn)生較大的局壓應力、收縮和徐變而造成的應力損傷，故應在混凝土強度達到設計要求的100%時方能進行張拉。預應力鋼筋張拉時應采用應力控制、應變校對的方法進行。

預應力鋼筋張拉實測中，其實測的伸長值與計算的伸長值的之間存在一定的偏差，兩者之間的偏差值應控制在-6%～+6%。與此同時，實際伸長值必須從初應力開始量測。預應力鋼筋張拉實際伸長值在現(xiàn)場量測結(jié)果的基礎上，應扣除施加初應力至最大張拉應力間的量測伸長值，再加上推算得到的初應力以下的伸長值。

施加張拉時，張拉應力值應根據(jù)設計要求確定。在現(xiàn)場管理中，要求施工單位做好張拉記錄并進行預應力損失測試，監(jiān)理單位做好張拉結(jié)構(gòu)梁檢查，對張拉順序、張拉設置等工序旁站記錄。

4 施工監(jiān)測

4.1 監(jiān)測梁選取

大跨度預應力混凝土懸挑梁的監(jiān)測分析所涉及的材料數(shù)據(jù)較多，除設計資料外，施工工藝、施工條件、施工環(huán)境、主要施工機具等相關數(shù)據(jù)都要處于受控狀態(tài)。本工程為驗證時代數(shù)碼港研發(fā)樓大跨度預應力混凝土懸挑梁預應力效應設計參數(shù)、檢驗施工質(zhì)量，選取11 層、12層、21 層⑧軸線預應力梁分不同時期進行施工階段短期檢測，其中第21 層⑧軸線預應力梁進行長期性監(jiān)測。

4.2 測點布置

在梁澆筑混凝土前，選擇跨中截面和支座處截面預埋應變傳感器的接線，在預應力張拉施工結(jié)束后，定期進行應變數(shù)據(jù)采集。測點布置見圖3。

圖3 應變測點布置示意圖

4.3 監(jiān)測內(nèi)容

預應力梁主要截面混凝土的有效預壓應力；

預應力梁張拉過程中的反拱值；

預應力梁自張拉施工結(jié)束后的應變增量。

4.4 監(jiān)測結(jié)果

通過對目標懸臂梁的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)論為：

11 層與12 層預應力梁各主要截面混凝土的有效預壓應力為-0.5～-5.3 MPa 與0.0～-3.0 MPa，懸挑端反拱為2.3 mm與1.3 mm；

21 層預應力梁各主要截面混凝土的應變增量為-37.1～-379.7με，懸挑端反拱為2.9 mm；

所測預應力梁控制截面均處于受壓狀態(tài)，未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，均處于完好狀態(tài)。

5 施工及監(jiān)測對策

①安裝錨具、千斤頂

首先需要對張拉機進行檢驗分析，然后安裝錨板、夾具、限位板、工具錨以及錨夾片。所有的工作都要按照流程完成操作。

②預應力張拉

預應力張拉主要包涵初張拉、終張拉兩個主要階段。在達到混凝土實際強度時，彈性模量符合設計要求的情況下，方可進行初張拉。當初張拉完成后，方可拆除大跨度預應力混凝土懸挑梁底模。

③后張拉施工順序

0→初應力→1.05σcon（持荷2 min）→σcon 錨固（張拉油壓清零，對總回路縮量、夾片外露量進行測量）。

④壓漿及封錨

為了保證構(gòu)件有效受力，在張拉完成后，立即對孔道內(nèi)進行壓漿，以此減少預應力松弛。水泥的泌水率應當小于3%，對水泥漿進行調(diào)制之后，灌注進入孔道，壓漿之后，排出氣孔后的粘度應當與水泥漿始終一致。若是管道充滿水泥漿，應及時關閉出漿口，保持至少2 min的0.6 MPa 的壓力穩(wěn)定期，保證其穩(wěn)定性。在經(jīng)歷錨固與灌漿完成后，且在滿足其強度標準以及驗收合格的情況下，錨固外露的預應力鋼筋長度應大于30 mm。

6 結(jié)語

大跨度預應力混凝土懸挑梁的施工難度較大，但因預應力混凝土具有良好的受力性能，且各參數(shù)能夠滿足規(guī)范要求，能夠?qū)崿F(xiàn)大跨度、大懸挑的要求而被應用。并且采用這種結(jié)構(gòu)形式的懸挑梁可在保持承載力的情況下，減小截面尺寸、增加使用凈空，同時起到減輕自重、降低建筑建造成本的作用，滿足建筑使用功能。

時代數(shù)碼港研發(fā)樓工程中，大跨度混凝土懸挑梁通過采用部分預應力施工，并經(jīng)過長期的預應力監(jiān)測，充分證明了此結(jié)構(gòu)受力性能良好，滿足時代數(shù)碼港研發(fā)樓項目的使用功能。從結(jié)構(gòu)的受力性能和社會經(jīng)濟效益兩個方面得出，部分預應力混凝土大懸挑梁有著一定的發(fā)展前途和較好的優(yōu)越性。