广州南站高架候车层大型预应力钢筋混凝土楼盖设计与施工.pdf

4 6 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e Te c h n o l o g y 第 4 5卷第 1 期 2 0 1 4年 1月 Vo 1 4 5 No 1 J a n 2 0 1 4 广,k ltI 南站高架候车层大型预应力 钢筋混凝土楼盖设计与施工 刘 岩 ，盛 平 ，王 轶2 ( 1 _ f 中恺农业工程 学院城 市建设学院 ， 5 1 0 2 2 5 ， 广州 ； 2 北京建 筑设计 研究院， 1 0 0 0 4 5 ， 北京 ) 摘 要 ： 广州新 南站高架候车层 的钢 筋混凝土楼盖面积大 ， 属大 型钢 筋混凝土楼盖 ， 高架候车层楼盖采用 “ 跳仓法” 施工技术 ， 将混凝土的变形通过“ 先放后抗 ” 的方法 ， 实现了“ 抗放兼施 ， 以抗为主” 控 制混凝土裂缝 的目 的。 设计采用部分预应 力钢筋混凝土梁 ， 部分预应力钢 筋混凝土设计与“ 跳仓法” 施工技术的结合 ， 使高架候车层 楼盖在使用过程中处于合理 的工作状态 。高架候车层混凝土楼盖浇筑完毕至今未见裂缝 ， 达到了预期效果。 关键词 ：高架候车层 ； 大型钢 筋混凝土楼盖 ； 预 应力 ； “ 跳仓法” ； 裂缝 中图分类号 ： T U3 7 5 1 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6( 2 0 1 4 0 1 0 0 4 6 0 3 DES I GN AND CoNS TRUCTI oN oF LARGE PRES TRES S ED REI NFoRCED CoNCRETE RooF oF oVERHEAD W _AI TI NG FLooR oF GUANGZHoU S oUTH RAI LW AY S TATI oN L I U Ya n SHE NG P i n g WANG Yi ( 1 C o l l e g e o f U r b a n C o n s t r u c t i o n ，Z h o n g k a i U n i v e r s i t y o f A g r i c u l t u r e a n d E n g i n e e r i n g ，5 1 0 2 2 5 ， G u a n g z h o u， C h i n a ； 2 B e i j i n g I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r a l D e s i g n ，1 0 0 0 4 5 ，B e ij i n g ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e r o o f o f o v e r h e a d wa i t i n g flo o r o f Gu a n g z h o u Ne w So u t h Ra i l wa y S t a t i o n i s a l a r g e r e i n f o r c e d c o n c r e t e r o o f ” Ah e ma t i v e b a y ” t e c h n i q u e i S u s e d i n c o n s t r u c t i o n o f t h e r o o f o f o v e r h c a d wa i t i n g flo o r a n d c o n c r e t e c r a c k i S e f f e c t i v e c o n t r o l l e d t h r o u g h ” r e l e a s e b e f o r e r e s i s t a n c e ” wh e r e r e s i s t a n c e i S t h e e mp h a s i z e d Pa r t i a l p r e s t r e s s e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m i S c o mb i n e d wi t h ” a l t e r n a t i v e b a y ” c o n s t ruc t i o n t e c h n i q u e t o c o n t r o l t h e r o o f o f o v e r h e a d wa i t i n g flo o r u n d e r r e a s o n a b l e wo r k i n g c o n d i t i o n No c r a c k i s d e t e c t e d a f t e r p o u tin g o f t h e c o n c r e t e r o o f o f o v e r h c a d wa i t i n g fl o o r a n d t h e e x p e c t e d e f f e c t s a r e s u c c e s s f u l l y r e a l i z e d Ke y wo r d s ： o v e r h e a d wa i t i n g fl o o r ；l a r g e r e i n f o r c e d c o n c r e t e r o o f ；p r e s t r e s s i n g ； ” a l t e r n a t i v e b a y me t h o d” ： c r a c k 1 工程概况 广州新客站主要分为南、北无站台柱雨篷和主站 房三部分 ， 南、 北无站台柱雨篷位于主站房南北两侧 。 广州新客站站桥合一 ， 火车从建筑物楼层中间穿过。 站 房平面尺寸为4 7 6 m 2 2 2 m， 地下1 层 ， 地上3 层。 地下室 主 要 为车 库 、 机 房 ， 层 高 为3 9 5 m； 首层 为 进 站 层 ( 0 0 0 0 m) ， 即铁路顶板作为地面 ， 层高1 2 n l ； 2 层即站 台层( 1 2 0 0 0 m) ， 为单线铁路桥梁结构 ， 层高9 m； 3 层即 高架候车层( 2 1 0 0 0 m) ， 为钢筋混凝土框架结构 ； 屋面 由各种不同的空间曲面组成 ，为预应力空 间钢结构 最高点标高为5 0 0 0 0m， 最低点标高为2 3 6 0 0 m。主体 结构 采用站房与铁路桥墩共柱的形式 ，主跨度为3 2 m， 桥墩截 面为2 8 mx 4 8 m， 刚度 很大 ； 上部覆盖大跨 度钢结构屋盖 ， 刚度很小 ； 高架候车层位于中部 ， 刚度 较大 ( 图1 ) 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 8 1 2 作者简介 ： 刘 岩( 1 9 6 5 一) ， 女 ， 河北衡水人 ， 高级 工程师 ， 副教授 ， 硕 士， e ma i l ： HZ TYS l 6 3 c o rn 高架候车层轴线平面尺寸为3 4 0 m 1 9 2 m， 面积达 7 6 万mz 。柱网布置两个方向不等 ， 平行轨道方 向的柱 间距为1 6 m H 3 2m， 垂直轨道方向的柱间距为2 1 5 m和 2 3 5 m。支承高架候车层 的柱为钢筋混凝土柱 、 钢管混 凝土柱和钢骨柱三种。 高架候车层楼盖设计采用部分预应力钢筋混凝土 梁、 钢桁架、 钢筋混凝土楼板及压型钢板与钢筋混凝土 组合楼板 ： 混凝土楼盖施工采用“ 跳仓法” 施工技术 ， 展 示了设计与施工协调配合的成功案例。 2 高架候车层楼盖设计 高架候车层平面面积大 ， 为满足使用舒适度要求， 采用钢筋混凝土楼盖。 为了防止结构单方向过长 ， 减小 在温度作用下产生的应力和变形 ，高架候车层楼盖设 置两段钢桁架区，将楼盖沿长度方向 ( 平行于轨道方 向) 断 开， 分为3 个钢筋混凝土区与2 个钢桁架区。在楼 盖钢桁架区的两端采用滑动支座 ，两段钢桁架区对整 个楼盖起到“ 伸缩缝” 的作用。高架候车层结构平面如 图2 所示。 2 0 1 4 年 1 月 刘岩 ， 等 ：广州南站高架候车层大型预应力钢筋混凝土楼盖设计与施工 4 7 ， 一 ， 钢 管 渝 勰 + 丰 丰 n r 乍 9 9 霄 枉柱 f 钢 管 柱 钢 管 混 凝 土 柱 钢 管 混 凝 土 柱 2 0 8 5 0 钢 管 混 凝 土 柱 2 0 8 5 0 钢 管 混 凝 土 柱 ID 柱 I 钢 筋 混 凝 土 柱 钢 筋 混 凝 土 柱 f 12 0 0 0 网 筋 混 凝 P 、f 、， 、 ， 1 r ， 、f l r 、 、 ， I r 怖 甲 甲 。 一 怖 2 3 2 5 0 2 3 2 5 0 2 1 5 0 0 I 2 3 2 5 0 2 3 2 5 0 l 2 1 5 0 0 2 3 2 5 0 2 3 2 5 0 2 1 5 o o 2 3 2 5 0 2 3 2 5 0 2 1 5 0 0 I 2 3 2 5 0 2 3 2 5 0 2 l 5 o 0 6 8Oo 0 6 80 0 0 68 00 O 6 8 Ooo 4 4 ， 0 图1 高架候 车层东西向剖面 ( 垂直轨道 方向) 示意 ， l l f I l l l I 靼一分 l ， I j l I y l J 、 _ 【 f l j 1 l 闸 ： Ni lli l结 目 一 训 l ll IlI J I lu J 1 Ij 1 il j 儿 I l ： l l 莩 。 二 分 l l I l 一 l 、 l I 腮 111 皿 珊 干开 结 J二 【 JJ 川 川 1 1 2 0 8 5 I 喜三分 屡 i j I l 、 l I 1 9 29 0 0 ， 图 2高 架 候 车 层 结 构 平 面不 意 钢桁架区楼盖采用压型钢板与钢筋混凝土组合楼 盖 ， 板厚 1 5 0m m； 考虑钢桁架区楼盖混凝土 的伸缩 ， 沿 y向( 垂直轨道方 向) 设置两道构造缝 ， 将每一钢桁架 区的楼盖分为3 块 。钢桁架区楼盖独立工作 ， 其混凝土 伸缩变形可控。 支承高架候车层的3 种柱分别为钢管混凝土柱 、 钢 筋 混凝 土 柱和 钢 骨柱 。钢管 混 凝土 柱截 面 为 圆形 0 2 6 0 0 x 6 0 长圆形2 0 0 0 mmx 9 0 0 minx 6 0 m mx 6 0 mm 两种 ，一部分钢管混凝土柱落在铁路桥墩的桩基承台 上 ， 在铁路轨道梁之间穿过； 另一部分钢管混凝土柱落 在铁路桥墩上 ， 与轨道梁不直接发生关系。 钢筋混凝土 柱截面为2 0 0 0 mm l 4 0 0 mm，直接落在轨道梁上 ， 而 轨道梁与桥墩间为单向滑动支座。 钢骨柱截面为2 5 0 0 mm l 0 0 0 m m。 2 5 0 0 mmx l 2 0 0 mm和2 5 0 0 mm l 5 0 0 mm， 与铁路构件不发生关系。柱截面刚度较大。 钢筋混凝土楼盖区采用大跨度部分预应力钢筋混 凝土主次梁 ， 抗 裂等级三级 ， 允许 裂缝宽度 为0 2 mm。 框架主梁采用有粘结预应力技术 ，次梁采用无粘结预 应力技术。预应力筋采用 1 5 2 高强度低松弛预应力 钢绞线， 强度等级 为1 8 6 0 M P a ， 张拉控制应力为 1 3 0 2 N mm z ； 预应力梁的混凝土强度等级为C 4 0 。 部分预应力钢筋混凝土框架主梁最大跨度4 8 m， 梁截 面 主要 为矩形 1 5 0 0 mmx 2 6 0 0 mm和 1 5 0 0 m m 3 2 0 0 2 6 0 0 n q m( 高度变化) ， 预应力孔道最多6 束， 每束 最大预应力筋 1 9 1 5 2 ； 次梁最大跨度3 2 n l ， 梁截面主 要为矩形8 0 0 m mx 3 2 0 0 m m和6 5 0 m mx 2 6 0 0 m l n 。预应 力孔道最多4 束 ， 每束预应力筋1 2 1 5 2 。 钢筋混凝 土楼盖 区域板厚有2 2 0 m m和1 8 0 mm两 种 ， 楼板混凝土强度等级为C 3 0 。详尽的构件及节点详 图大样设计为施工的顺利进行奠定了基础。 3 高架候车层楼盖预应 力施工 高架候车层钢筋混凝土楼盖结构顶标高为2 0 8 5 0 m， 面积为7 6 4 1 6 m 2 。其中钢筋混凝土结构区面积约为 5 万i n ，混凝土工程量约为4 5 万i n 。 。一般柱网尺寸为 3 2 m 1 2 1 5 m和3 2 m 2 3 2 5 m，最大柱 网尺寸为3 2 m 4 4 7 n l 。其截面尺度与跨度大 ， 所处位置高 ； 楼盖节点 种类多， 构造复杂 ， 钢筋密集 ， 施工难度大。 3 1 高支模与梁钢筋绑扎 由于候车层与站台层的单线铁路桥梁结构同时施 工 ， 候车层要在进站层 ( O 0 0 0 I n ) 和站台层 ( 1 2 0 0 0 m) 即铁路桥梁面上进行高支模 ，同时还要求在桥梁面以 上预留5 5 I n 净高 ， 保证桥梁连续施工。施工环境复杂 ， 作业面受限制 ， 安全控制难度大。 高支模方案几经论证 确定 ； 使用电子计算机仿真模拟钢筋施工全过程 ， 确定 钢筋绑扎方案。 模板竖向支撑采用工字钢I 5 0 与1 4 0 ，沿高度方向 设置横杆 ， 工字钢上面为碗扣式脚手架 。 为保证支撑体 系的稳定 ， 沿垂直梁长方向设置剪刀撑 ， 沿支撑高度均 匀布置。在桥梁面上空 ( 预 留5 5 m 净 高) 设置钢梁 ( 工 字钢 ) ， 支撑在工字钢上端 ； 钢梁上立钢管支撑 上部结 构的梁板模板 。 在支撑模板支架的工字钢上 ， 形成上下 分隔 的作 业 区域 。满 足桥 梁轨 道及 地 面层 结构 与 2 1 0 0 0 n l 层结构同步施工作业的要求。 4 8 建筑技术 第 4 5卷第 1 期 本工程预应力梁跨度大， 均为多跨连续梁。 在梁柱 节点区域钢筋密集 ， 预应力孔道多 ( 4 束、 6 束 梁 ) 且分 两层布置 ， 单孔预应力筋根数多( 1 5 根 、 1 9 根 束) ， 部分 梁柱节点还设有钢骨，预应力筋铺放时需在钢骨上打 孔 ， 梁钢筋绑扎难度大 。 由于梁截面大， 属于超大梁。 为了确保钢筋位置准 确和绑扎的安全 ，梁钢筋采用1 8 号槽钢作为型钢马凳 支架 ， 间距1 5 0 0 h i m， 沿梁长满铺 ； 采用花岗岩作钢筋 垫块 ， 沿梁宽放3 块 ， 沿梁长每6 0 0 m m垫3 块 。梁钢筋在 模板 内绑扎 的工艺流程 ：在模板上画主次梁箍筋 间 距一摆放垫块一搭设型钢支架( 直接落在底模上) 放 主梁 、 次梁主筋 ( 在垫块上摆放底层钢筋 ， 上层主筋按 设计要求摆放在支架相应位置上) 套开 口箍筋与主 筋绑扎固定一穿梁腰筋、 拉筋一挂梁侧面垫块并绑扎。 预应力筋和预应力套管的铺放在 “ 套开口箍筋与主筋 绑扎固定” 与“ 穿梁腰筋、 拉筋” 两个步骤中间进行。安 装梁侧模板与顶板模板时 ， 要求其固定方式为 ： 侧模加 底模 ，顶板模板压侧模 。梁侧模采用M1 6 穿墙螺栓 固 定 ， 梁模板上口用定型卡子固定 ； 为防止胀模现象的出 现 ， 梁侧模根部须楔紧。 原设计大梁采用封闭型箍筋 ， 而对于超大截面的梁 来说 ， 封闭箍筋施工难以实现。为此， 现场设计人员与施 工单位积极配合 ， 将封闭的大梁箍筋改为开口套箍。这 样既满足了设计规范的要求， 也保证了施工实现。 3 2预 应 力施工 从确定灌浆用细石混凝土配合比 、预应力施工张 拉顺序 ， 到预应力控制等施工全过程 ， 施工单位与设计 单位要密切配合 ， 遵守以下要求 ： ( 1 ) 预应力灌浆材料 应采用不小于强度等级3 2 5 水泥 ，水灰比0 4 0 4 5 灌 浆2 8 d 后标准强度应不小于3 0 MP a ； ( 2 ) 预应力梁在混 凝土强度达到强度设计值的1 0 0 后方能进行张拉 ， 张 拉后端部用微膨胀细石混凝土封堵 ； ( 3 ) 施工时预应力 筋超张拉3 ； ( 4 ) 预应力梁全部张拉完成前 ， 严禁拆除 梁下受力支撑 ： ( 5 ) 梁柱节点处钢骨开孔位置应保证预 应力矢高位置准确 ，如遇影响预应力筋矢高的钢筋或 线管等应避让预应力筋； ( 6 )包括预应力孔道曲线、 张 拉端加腋节点构造及张拉端封堵构造等在内的预应力 施工方案要经结构设计审核方可施工。 但是 ，因当时工期紧且处于桥梁与高架候车层交 叉施工阶段。 预应力梁全部张拉完成前 ， 严禁拆除梁下 受力支撑这一条很难实现 。 施工时 ， 一方面施工方清除 这一局部区域 ( 梁下受力支撑拆除区域 ) 混凝土梁板上 杂物 ， 用脚手管搭设围挡 ， 尽量减小该区域梁板面上 的 荷载 ； 另一方面设计方调整梁的预应力张拉顺序 ， 将不 良影响降到最低 。 设计人员在施工现场根据实际情况调整了混凝土 梁的预应力张拉顺序 ( 以混凝土楼盖第一分区为例 ) ： ( 1 )张拉顺序为先 向后l ， 向； ( 2 ) X 向各梁按从一 轴顺序进行张拉，同一根梁同时张拉； ( 3 ) y 向从 轴向两侧对称张拉 ， 同一根梁同时张拉 。 在设计与施工 双方配合下 顺利完成了预应力施工。 3 3 楼盖 混 凝土 浇筑 “ 跳仓法” 是对大型钢筋混凝土板进行分块跳仓浇 筑混凝土的综合技术措施 ，是实现在不设缝情况下成 功解决超长 、 超宽 、 超厚 的大体积混凝土裂缝控制和防 渗问题的有效方法。广州南站高架候车层楼盖的混凝 土浇筑就采用了“ 跳仓法” 施工技术 。将高架候车层楼 盖分仓为4 5 块 ， 按梅花形跳仓浇筑混凝土， 分仓位置设 置避开高应力区域 ， 选择受力较小处 ， 分仓长度为3 0 5 0 m 填仓时间为7 d 。 为减小混凝土收缩、 避免混凝土开裂 ， “ 跳仓法” 施 工过程 中主要控制点有 ： ( 1 ) 优选水泥 、 掺 合料和外加 剂 ， 加强粗细骨料的含泥量控 制 ， 确定混凝土配合 比； ( 2 ) 为保证钢筋混凝土板分仓缝处结构质量 ， 在板 内增 加抗裂构造钢筋 ； ( 3 ) 严格控制水泥入仓温度 ， 降低混 凝土入模温度 ； ( 4 ) 做好混凝土的早期养护。 严格执行混凝土养护工艺流程 ：混凝土浇筑振捣 完成一一次抹平 泌水处理一二次压光 ( 机械抹光机 抹光) 一 喷雾湿养护2 4 h 一 表面覆盖 ( 用塑料薄膜覆 盖) 一 十 蓄水湿养护1 4 d 。本次应用“ 跳仓法” 浇筑高架候 车层楼盖取得了有效控制裂缝的良好效果。 4结语 在广州南站高架候车层的钢筋混凝土楼盖设计与 施工中 ， 根据钢筋混凝土楼盖特点， 利用了混凝土使用 舒适度好 克服了收缩与徐变变形大的缺陷。高架候车 层楼盖采用“ 跳仓法 ” 施工技术 ， 将混凝土 的变形通过 “ 先放后抗” 的方法， 实现了“ 抗放兼施 、 以抗为主” 控制 混凝土裂缝的目的。设计采用部分预应力钢筋混凝土 梁 ， 将楼盖划分为若干板块 ， 预 应力钢筋混凝 土主 、 次 梁将每一板块约束在中间 ， 受预压应力的影响 ， 有效控 制了混凝土变形应力。部分预应力钢筋混凝土设计与 “ 跳仓法” 施工技术的结合 ， 使高架候车层楼盖在使用 过程中处于合理的工作状态。 参考文献 【 1 】 刘 岩 ， 盛平广州新客站高 架候 车层 的设计 与施工【 J 建筑施 工 ， 2 O l O ， 3 2( 1 1 ) ： 1 1 4 5 1 1 4 6 2 】 亚洲最 大的火车站 北京南站【 J 建筑技术 ，2 0 0 8 ，3 9 ( 6 ) ： 4 7 2 - 4 72