緩黏結預應力施工技術在高鐵站房中的應用

譚志勇，李建達，匡國冠，王永生

(1.中鐵城建集團第二工程有限公司,廣東 廣州 511455;2.中國鐵路廣州局集團有限公司站房建設指揮部,廣東 廣州 510610)

0 引言

緩黏結預應力是一種改變套管形狀,在套管和預應力筋之間填充新型緩凝材料的預應力體系。該預應力體系將無黏結預應力和有黏結預應力特點整合,施工前無需預留孔道,也無需灌漿,鋼筋與緩凝材料之間不存在黏結效果。施工完成后,預應力筋包裹的緩凝材料慢慢凝結、硬化,逐漸與鋼筋產生黏結力,最終達成效果可與有黏結預應力相同[1]。20世紀90年代起,國內外開始對緩黏結預應力筋進行了試驗研究,吳轉琴等[2]通過多個試件的拉拔試驗,得到鋼絞線護套的橫肋高度與鋼絞線和混凝土間的錨固黏結性能有關。王占飛等[3]通過對預應力梁的張拉試驗,得到在增加張拉力時,緩黏結劑將失去錨固作用。范蘊蘊等[4]針對緩黏結劑的物理、化學性能,開發符合要求的緩黏結劑材料,得到溫度對緩黏結劑材料固化時間的影響。

由于高鐵站房具有工期緊、體量大、質量要求高等特點,緩黏結預應力技術在高鐵站房的應用中仍有一些問題亟需解決,緩黏結預應力技術在鐵路高鐵站房系統中的應用受到較大限制。本文從施工角度,以某新建高鐵站房為例,并且以解決現場實際問題為導向,歸納總結施工過程中緩黏結預應力技術遇到的重點、難點問題,為制定高鐵站房緩黏結預應力施工方法提供參考。

1 工程概況

某高鐵站房車站設5臺12線,5座島式站臺尺寸均為450 m×12 m×1.25 m,車站有高架候車室的側線平臺,站房建筑面積近5萬m2,生產生活房屋面積約為1.4萬m2。

該工程采用的緩黏結預應力筋為強度高、松弛度低的鋼絞線,最外層用聚乙烯套管包裹,套管外壁設有垂直于鋼絞線的橫肋,增強緩黏結預應力筋與混凝土摩擦力。緩黏結預應力筋構造圖如圖1所示,圖1中代表高密度聚乙烯套管,2代表緩黏結黏合劑,3代表鋼絞線。

2 緩黏結預應力施工工藝

2.1 施工流程

為提高緩黏結預應力筋的施工質量,材料進場后進行復檢,框架底模和板底模安裝好后綁扎普通鋼筋,之后將預應力筋控制點定位,穿設緩黏結預應力筋,然后安裝緩黏結預應力筋的端部配件,隱蔽工程驗收之后即可澆筑混凝土,張拉預應力筋,最后將多余預應力筋切除并做封錨。圖2為緩黏結預應力結構施工流程。

2.2 緩黏結劑的配制及施工工藝

外包材料和鋼絞線之間間隙由緩黏結劑填充,緩黏結劑前期具有無黏結劑的特性,有一定流動性且可較好附著于鋼絞線表面。外包材料上的不均勻起伏特點,可與緩黏結劑一起將鋼絞線包裹,因此鋼絞線難于被腐蝕,可很好地保護預應力筋。

本工程中將緩凝砂漿作為緩黏結劑,緩凝砂漿是將水、砂、水泥和復合膠結劑按特定比例配合而成,可根據工程特點在20 d,30 d或40 d前不凝結,之后再開始逐步硬化。配置緩黏結劑時應根據實際工程進行,需按嚴格比例配置,在配置緩凝砂漿時需要隨配隨用,這是因為緩凝砂漿具有緩凝的特性,緩凝砂漿配置好后,須在12 h內將該緩黏結劑用于預應力筋上,超過12 h后將不允許使用。

緩黏結劑應均勻包裹在預應力筋上,緩黏結劑包裹完成后需使用塑料布順時針纏繞緩黏結筋,之后再逆時針纏繞一遍,纏繞時不得留空隙且塑料布不得有破損,以免水分散失。搬運時應使緩黏結筋保持順直,不得彎曲和將緩黏結筋在地上拖動。

2.3 緩黏結預應力筋下料

預應力筋下料長度應綜合考慮設計曲線長度、張拉端伸長預留長度、彈性收縮值等因素。采用式(1),式(2)來計算緩黏結預應力筋下料長度L(L1僅在梁內應用)。

單端張拉時:

L=L0+L1+L2

(1)

雙端張拉時:

L=L0+L1+2L2

(2)

其中,L0為鋼絞線在投影方向上的長度;L1為曲線增加長度;L2為鋼絞線的操作長度。

應在平整場地進行緩黏結預應力筋下料長度計算,其預留長度應符合規范[5]要求:單端張拉長度預留1.0 m,雙端張拉長度預留1.8 m。需使用砂輪機在平整場地規范切斷預應力筋,不得使用電弧切割。

2.4 緩黏結預應力筋組裝

安裝梁中的緩黏結預應力筋時,事先按照圖紙和設計要求畫好定位點,按定位點均勻鋪設預應力筋并固定,避免發生位移[6]。位于梁中間的緩黏結預應力筋應沿梁寬對稱布置,高度采取不大于1 m的架立筋控制;梁中應布置在反彎點、跨中的三點矢高及支座位置,預應力筋布置如圖3所示。

2.5 預應力筋穿束

有逐根穿束和集束穿束兩種穿束方式。逐根穿束是將緩黏結預應力筋逐根穿入結構內;集束穿束是多根下好料的預應力筋在結構中一次穿行而成。

本工程預應力筋穿束方式采用逐根穿束,鋼絞線下料好后,向臺座一端運送下料好的預應力筋,沿直線穿越套管與端模。將各孔眼編號,預應力筋根據孔眼編號穿束,以確保穿束無誤。為防止穿束過程中來回拉扯預應力筋對套管造成破壞,穿束前用膠帶在其端部纏繞包裹以減小阻力,降低對套管破壞。

2.6 預應力筋張拉

采用“雙控法”張拉緩黏結預應力筋,以張拉后預應力筋的伸長量作為質量控制標準,伸長量應在理論值的±6%范圍內[7]。

預應力筋常用一端張拉法和兩端張拉法,應按設計和施工計算要求確定預應力筋張拉方法。本工程預應力筋采用兩端張拉法張拉,施工時在構件兩端同時張拉預應力筋,或一端先進行張拉再張拉另一端。針對特殊鋼筋束或者特殊構件,張拉預應力工藝有冬季預熱張拉、分級張拉和邊角張拉等。

2.7 預應力筋端部封錨

預應力筋張拉完成后應將錨具外多余預應力筋切除,余下預應力筋長度應不小于30 mm。應用防腐油漆對錨具防腐處理,之后封堵錨具。封堵前先清除預應力筋上殘留的泥漿、油污等雜物,然后用清水洗凈,之后需將混凝土表面遺留水清除。張拉端穴槽應采用細骨料混凝土封堵,強度與結構混凝土相同,用于封堵的混凝土中不得含有氯化物外加劑,在終凝前使用抹布對其表面搓壓2次～3次,防止混凝土表面產生裂紋。

3 緩黏結預應力施工重難點突破

3.1 張拉結構裂縫控制

本工程中緩黏結預應力構件裂縫應滿足JGJ 387—2017緩黏結預應力混凝土結構技術規程要求,構件裂縫寬度控制在0.1 mm以內。張拉完成后檢查構件裂縫,如裂縫寬度不大于0.1 mm,可不處理構件裂縫,否則應上報裂縫實測值,進行裂縫處理。

3.2 套管的鋪設與定位

依據規范鋪設和定位套管,否則會直接影響套管內鋼絞線曲線走向,導致預應力筋達不到設計要求,從而影響預應力結構體系預期效果。通常構件中正在綁扎的非預應力筋或澆筑的混凝土會干擾已鋪設好的套管,使預應力筋套管發生偏移或損壞。

采取以下措施解決套管鋪設和定位中存在的問題:

1)梁主筋與預應力筋套管的灌漿過程主要通過排氣孔或泌水孔判斷是否滿漿,主筋和預應力筋與排氣孔和泌水孔的位置關系應在施工前配合設計院進行優化。

2)先綁扎非預應力筋的主筋及外圈箍筋,待預應力筋套管定位及鋪設好后,剩余鋼筋綁扎按套管優先原則進行,尤其最后進行主筋間的拉鉤。

3)在套曲線頂點、端點、反彎點等重要節點位置標注記號,隨時復檢。混凝土澆筑前應對套管全面檢查,對污染及破損位置及時清理和修補。

3.3 灌漿孔、排氣孔的安裝與保護

預應力筋張拉后,為達到較好的預應力效果,盡可能減少預應力損失,灌漿質量起著決定性作用。常通過灌漿口和排氣口判斷是否滿漿,然而這些孔洞往往會因為堵塞和變形而無法發揮作用,因此要注重漿孔和排氣孔的安裝和保護。其他工序可能會使排氣孔堵塞、開裂或者變形,導致安裝好的排氣孔失效,灌漿時孔道不密實。

工程采取以下措施,對灌漿孔、排氣孔安裝進行防護:

1)排氣孔安裝完畢后,對灌漿孔加壓檢查,之后封堵孔口。2)采用箍筋插入排氣孔定型,可解決排氣孔在混凝土振搗時易被擠壓變形問題。3)先進行下部孔道灌漿,再進行上部孔道灌漿,檢查排氣孔時從灌漿孔位置由近及遠排查,水泥漿流出后將排氣孔密封,一個孔道的注漿需一次完成。

3.4 預應力筋的張拉和錨固端的處理

在緩黏結預應力體系中,預應力筋張拉和錨固端封錨是整個體系起作用的基本條件,也是該體系施工過程中的關鍵步驟。預應力筋張拉程度是否達到要求,錨固端和構件節點的碰撞是緩黏結預應力施工中的難點。

針對上述難點,該項目采取的措施是:以控制張拉力值為主進行預應力筋張拉,實測伸長值與理論計算伸長值差值控制在±6%內,記錄好張拉前和張拉過程中的數據,嚴控施加應力值及預應力筋張拉前后伸長量偏差值。嚴格按照設計規范要求操作預應力筋固定端與張拉端,固定端與張拉端做法大樣圖如圖4所示。當錨固端預應力筋與構件節點碰撞無法按原先設計布置時,應與設計院、業主和監理及時聯系進行方案調整。

4 結語

緩黏結預應力技術綜合了無黏結筋施工簡便和有黏結筋性能安全兩方面優勢,預應力筋在張拉前是無黏結筋的性質,張拉后便具備有黏結筋特點,是預應力技術的新發展方向。緩黏結預應力筋用于混凝土結構,可極大提高結構強度及安全性,改善結構受力性能,確保施工質量,且施工工藝簡便,極大縮短工期和節約工程成本。