大跨度超高预应力梁施工技术.doc

大跨度超高预应力大梁
施工技术

吴刚 季佳

（江苏省华建建设股份有限公司深圳分公司）

[摘 要]：敏华16.8m高24m长预应力梁，本文系统地介绍了大跨度超高预应力混凝土的设计、施工等。
[关键词]：16.8m 24m 高支模 有粘结预应力

1.工程概况
敏华控股办公研发大楼由敏华家具制造（惠州）有限公司投资兴建，总建筑面积30101.29m2，地下一层，地上五层，为一级多层综合楼，建筑总高度22.8m，考虑建筑要求，中庭采用有粘结预应力混凝土梁，该工程柱网较规则，基本柱网为8m×24m。板厚150mm，柱截面尺寸为500mm×700mm.

2.预应力施工

2.1 预应力材料
2.1.1 预应力钢材
本工程使用强度等级为1860MPa高强度低松弛钢绞线(松弛损失小于2.5％)，公称直径15.24mm，公称面积为139.98mm2。钢材应具有出厂证明书，进场时应进行外观检查和力学性能抽样检验，合格方能使用，本工程采用江西新余新华金属制品股份有限公司。
2.1.2 混凝土
本工程预应力梁混凝土强度等级为C40，混凝土中不得使用任何含有氯化物的外加剂。预应力筋封端采用同等级C40混凝土。
2.1.3 锚具
本工程锚具张拉端采用夹片式锚具（采用天津市银燕预应力锚具厂产品），固定端采用挤压锚具（采用天津市银燕预应力锚具厂产品）。
锚具是预应力工程中最重要的部件，必须严格要求，出厂前应由供方按规定进行检验并提供质量证明书，其质量应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》国家标准(GB/T14370-2002)的要求，进场时应抽样进行外观检查和有见证送检，合格方能使用。锚具静载锚固性能应满足下列要求：
（1） 锚固效率系数ηa≥0.95；
（2） 极限拉力时总应变εapu≥2.0%；
2.1.4 端部承压垫板
本工程张拉端承压垫板采用配套铸铁垫板，垫板尺寸根据张拉端锚具型号确定；固定端采用多孔钢垫板或挤压锚具配套单孔铸铁垫板。
2.1.5 螺旋筋
本工程预应力端部单孔承压垫板下局部受压间接钢筋采用φ6的螺旋筋, 多孔承压垫板下局部受压间接钢筋采用多孔锚具配套的螺旋筋。
2.1.6 波纹管
为保证工程质量，本工程有粘结预应力部分采用镀锌波纹管，波纹管接头采用大一号波纹管。
2.1.7 灌浆水泥
有粘结孔道灌浆采用R42.5普通硅酸盐水泥，并掺入适量的膨胀剂。水泥进场前需有准用证和出厂检验报告，进场后抽样进行快速检验，合格方能使用。
2.1.8 设备
（1）千斤顶
根据设计要求预应力孔束情况，分别采用张拉千斤顶型号包含QYC150T等。千斤顶使用前必须在国家计量检测机构通过张拉力-油压标定，并出具相关校正报告。
（2）油泵
油泵为千斤顶张拉工作的配套设备，本工程根据张拉力，均采用ZB500型高压油泵。油泵使用前施工组需配油表进行油压试压，上压正常方能使用。油表精度为0.4级，读数范围一般为0-60 Mpa（或0-100Mpa）。
（3）灌浆机
灌浆机采用UBJ型挤压式灰浆泵或UB3型单缸活塞式灰浆泵。灌浆泵应配置压力表，压力表读数不宜小于1Mpa。
（4）挤压机
挤压机采用挤压锚具配套机械，使用前需对挤压模进行检查，并在挤压过程中控制油压和挤压锚具外径。挤压过程中若出现油压偏小或锚具外径偏大时，应对挤压模重新测量，并根据情况换用挤压模。
（5）电焊机
预应力施工中支撑筋和张拉端承压垫板的焊接，采用交流电焊机。电焊机必须满足安全要求，并具有接地或接零保护。
（6）砂轮切割机
预应力筋下料和张拉后的切除可以采用砂轮切割机。下料采用座式切割机，多余预应力筋的切除采用手提切割机。

2.2方案设计
2.2.1工艺流程
框架梁底模板安装
波纹管生产、检验 ↓
│ 框架梁钢筋骨架绑扎
│ ↓
└─────→ 框架梁波纹管、垫板安装 ←----┐
预应力筋采购、检验 │ │
下料、挤压 ↓ │
└────────── 预应力筋穿束 ----------┘
↓
梁侧模安装
↓
布板筋
↓
浇筑混凝土━→试块制作
锚具检验 ↓ │
│ 混凝土养护 │
↓ ↓ ↓
千斤顶、油表校正 ───→ 预应力筋张拉←强度达张拉要求
↓
孔道灌浆
↓
切去外伸多余钢绞线
↓
封头

2.2.2施工工序
（1） 垫板安装
框架梁钢筋骨架基本绑扎定位后，即可开始安装预应力筋张拉端部承压垫板。根据图纸要求，预应力框架梁张拉端锚固在梁端部和后浇带位置。由于有粘结群锚承压垫板尺寸较大，安装时应适当调整非预应力钢筋的位置，保证垫板的定位和混凝土浇筑后预应力筋的张拉。垫板与非预应力钢筋焊接定位。承压垫板后应按设计要求和局部承压要求安装网片筋或螺旋筋。当张拉端节点钢筋密集，难以安装螺旋筋时，在其后安装4片ф12网片筋，每片网片筋的间距为50～60mm。
（2） 安装波纹管支承定位筋
框架梁内波纹管采用Φ12水平支承筋支承定位。支承筋在框架梁钢筋骨架绑扎完成后焊接于梁箍筋上。 焊接支承筋前应先根据框架梁预应力设计曲线（如下图），对控制点在梁箍筋上打点。为保证预应力曲线的准确，框架梁钢筋骨架绑扎后，应尽量在预应力支架钢筋

打点放线前在梁箍筋下垫好垫块。波纹管定位支承钢筋施工大样如下示意图。当预应力筋与普通钢筋或其它管线位置有冲突时，应当适当调整普通钢筋或其它管线位置，保证预应力筋位置的准确。预应力梁中每隔约1000mm设置一个支撑点。

（3） 铺设波纹管
框架梁支承筋安装完成后、腰筋拉接筋绑扎前开始铺设波纹管。波纹管从梁端穿入，并

用双股扎丝与支承筋绑扎定位。波纹管每根标准长度6m，预埋波纹管长度超过6m时，用波纹管接头(大一号波纹管)将两根波纹管连接。波纹管接口处用胶带缠裹密封，以防接缝处漏浆。两根波纹管相接处应抵紧，以防穿筋时出现翻皮。波纹管在孔道端部与预埋铸铁承压垫板喇叭管相接，并对接缝进行处理以防漏浆。
波纹管安装时应避免反复弯曲和电焊火花烧伤管壁。波纹管安装后，应对波纹管的位置、曲线形状、固定的牢固程度、接头及管壁破损情况进行检查，如有破损可用粘胶带修补，破损严重的应更换。波纹管曲线如上图。
（4） 设置灌浆孔(兼泌水排气管)
混凝土浇筑前须在波纹管上设置灌浆孔(兼泌水排气管)。多跨连续孔道灌浆孔( 兼泌水排气管)设置在波纹管曲线的波峰处。做法为：在波纹管上开洞，并将其用细管引出梁顶面绑扎定位（波纹管上的洞在混凝土浇筑后凿开）。管道长度露出混凝土构件表面不小于100mm，管道内径不小于16mm。灌浆孔(兼泌水排气管)应逐跨设置。连续跨灌浆孔留设大样如上图。对单跨一端张拉的预应力孔道，排气管也可留设于固定端根部，如下图。

灌浆口大样
（5） 预应力筋下料
预应力钢绞线进场时为通长成卷材料，施工前需按每束预应力筋下料长度进行下料。钢绞线的下料长度L按以下公式计算：
L＝L1＋L2＋L3
其中 L1--钢绞线埋入构件内的曲线长度（平面水平长度+曲线增长）。
L2--预应力筋张拉长度。
L3--下料误差。
预应力筋下料采用无齿砂轮切割机进行切割，严禁采用电弧焊切割，钢绞线不得有死弯，遇到死弯必须切除。
（6） 预应力筋固定端挤压制作
对于一端张拉的预应力筋，需在埋设前对固定端进行挤压制作。固定端采用挤压锚具，制作时应控制设备的油压，当油压小于挤压机额定油压时，应切除挤压头进行重挤。挤压后预应力筋外端应露出挤压套筒1～5mm。
当固定端采用单孔承压垫板时，挤压套筒挤压制作后，还应将套筒和配套单孔挤压垫板挤压连接，预应力筋挤压制作后需保证挤压锚与承压垫板的紧贴和垂直。固定端制作大样如下图。

（7） 穿筋
波纹管安装完成后，在梁端模板封堵前，将按长度下好料并挤压加工的预应力筋，分别按3、4根一组绑扎成束穿入已埋设好的波纹管内。穿筋后应观察张拉端预应力钢筋外露长度是否满足张拉要求，同时应调整固定端锚具垫板的位置，使其不重叠、不脱离。穿筋完成后应在张拉端和固定端分别按设计要求安装网片筋和螺旋筋。穿筋时应将同束内各根预应力钢绞线适当错开，便于以后锚具的安装。
穿筋完成后需对张拉端波纹管和承压垫板导管、张拉端端口进行塞缝处理，防止混凝土浇筑时从该处向波纹管孔道内漏浆。
（8） 预应力筋张拉锚固
1）张拉设备
采用QYC150型千斤顶及高压油泵(配油表)进行成束张拉。
张拉设备在使用前进行校正，并根据校正报告用内插法计算出张拉力所对应的油表读数进行控制。
2）张拉控制应力：
本工程预应力框架梁筋张拉控制应力为：σcon=0.75fptk=1395MPa
3）张拉程序：
混凝土强度达到设计强度90％后开始张拉,其张拉程序为:0→10％σcon（测量初读）→100％σcon锚固（测量终读）；
4）张拉灌浆工艺
a 准备工作
将锚垫板上混凝土清理干净，清除预应力筋上的泥浆，安装工作锚、夹片。
b 张拉设备定位安装
在预应力筋工作锚夹片后安装限位板，将张拉千斤顶安装就位。
c 张拉
张拉前,对张拉设备进行配套标定,计算出张拉力及张拉伸长值,然后进行张拉。张拉时开动油泵，给千斤顶张拉油缸缓慢供油，直至油压设计值；测量预应力筋伸长值，作好张拉记录。
d 锚固
轻轻松开油泵截止筏阀，使油压缓慢降至零，完成对预应力筋的锚固；油泵向回程油缸供油，活塞慢慢回程到底，卸下千斤顶、限位板。
e 孔道灌浆
采用灌浆泵将水泥浆灌入预应力孔道，并保证密实。
f 封端
切除过长预应力筋，并用混凝土封闭端部。
5）张拉顺序：平面内采用按结构顺序依次张拉，即从结构一边向另一边依次张拉。预应力梁的张拉采用对称张拉，原则上对构件截面先张拉中束，再张拉边束。如图。

6）施加预应力的管理
张拉过程中以应力控制为主，通过油表读数及伸长值测量，对预应力筋张拉实行双控管理。张拉前计算出预应力筋的理论伸长值，其实际伸长值(测量伸长值＋推算伸长值)应不超出理论伸长值的±6％，若超出此范围，应暂时停拉，查明原因方可继续张拉。
7）预应力筋伸长值的测量
当千斤顶张拉力达到张拉控制力的10％时，测量人员开始测量预应力筋的初始伸长值，当千斤顶张拉力达到张拉控制力时，测量人员测量预应力筋的最终伸长值，两者差值即为预应力筋测量伸长值。
（9） 孔道灌浆
预应力钢绞线张拉完毕后停置12小时，以观察钢绞线的锚固情况，然后再进行孔道灌浆，孔道灌浆在预应力筋张拉完成后内进行。孔道灌浆为纯水泥浆，水泥强度等级为R42.5，水灰比控制在0.4～0.45之间，并掺入适量的膨胀剂，以增加孔道灌浆的密实性。灌浆压力不小于0.3～0.5MPa，每个孔道灌浆应一次完成，不能中途停顿，喷嘴不能离开灌浆孔，以免空气进入孔道形成汽泡。水泥浆从孔道一端灌入，直至另一端冒出水泥浆为止。为保证孔道灌浆饱满，待排气孔出浓浆后将排气孔堵塞，并在灌浆口补压。
对于铸铁承压垫板，生产时已在垫板上设置了灌浆孔，故灌浆时可以从此处灌入，亦可从波纹管上设置的灌浆孔灌入。灌浆时应按施工段或施工时间制作水泥浆试块，并做好试块养护。灌浆试块28天强度不低于30Mpa。
（10） 锚具封堵
预应力筋张拉完成后须做好封锚工作，方法为：(1) 切除预应力筋多余长度,剩余钢绞线锚具夹片外露长度不小于30mm，切除时采用氧割或机械切割，严禁电弧焊切割；(2)将张拉端及其周围清理干净；(3) 用C40 微膨胀细石混凝土浇筑填充并振捣密实，外露钢绞线保护层厚度不小于30mm。
2.3 预应力框架梁施工要点
2.3.1 模板及支撑的安装与拆除
梁侧模在预应力筋安装并波纹管绑扎到位后方可安装。框架梁侧模若在预应力筋就位前安装，不但使波纹管无法绑扎有效固定，造成预应力孔道在浇筑混凝土时移位，而且使预应力定位支架筋无法准确定位和焊接固定，造成预应力筋曲线误差的增大。保证框架梁和横向次梁侧模在预应力筋埋设并调整定位之后安装，这一点对保证预应力孔道埋设的质量和工作效率十分重要。
结构周边边梁及柱侧模板，需待预应力张拉端垫板和垫板后局部承压钢筋全部施工完成后方能封堵。预应力张拉端是整个构件预应力施加过程中受力最大的地方，该处模板必须封堵严实，防止混凝土浇筑过程中张拉端垫板后局部漏浆，造成张拉过程中承压垫板的局部凹陷或严重时形成端部混凝土爆裂。为保证张拉端模板封堵质量，该处模板可以采用小模板拼缝封堵。
预应力梁底模及支撑，必须在预应力筋张拉结束后，方可进行拆除，并应与预应力孔道灌浆时间错开。框架梁侧模可以在张拉前拆除，但拆模时间不宜太早，以免框架梁侧因无法养护造成失水过快而产生收缩裂缝。
由于大部分预应力筋张拉端在结构平面内，为保证预应力张拉的顺利进行，在搭设上层脚手架支撑时，应预留不小于1m宽的通道，以保证预应力张拉设备在结构内脚手架支撑间的转移。
2.3.2 预应力筋下料、堆放及转运
本工程根据工程梁和施工场地情况，钢绞线采用现场下料，并根据工程进度情况将下好料的成品预应力筋立即穿入梁内。下料按照施工工艺中要求的下料长度和方式进行放线和切割。下好料的成品钢绞线不能有死弯及磨伤。
本工程预应力筋最长29m，所以在施工现场确定预应力筋堆放场地时，需考虑长度大于40m的下料跑道。下好料的钢绞线贴上长度标签，按长度分类堆放，并挂好长度标牌。钢绞线堆放场地应尽可能靠近结构和塔吊，以便于转运。
2.3.3 混凝土浇筑及养护
预应力框架梁高度大，混凝土应用插入式振动器振实。混凝土振捣过程中，应特别注意振动器不得冲击波纹管，以免造成破裂漏浆或移位。张拉端及梁柱结点等关键部位，因钢筋密集，浇捣困难，宜用小直径(φ30) 振动棒振捣密实，以免张拉时由于混凝土不密实使预埋承压垫板凹陷，造成质量安全事故。
对于波纹管交叉或排列较密的构件部位，宜采用浇筑前事先确定振动棒插入位置，并预留导管落棒，避免振动棒冲击波纹管。
由于框架梁混凝土强度等级高， 故此在张拉前混凝土应有切实有效的养护措施，防止框架梁混凝土在张拉前出现温度收缩裂缝。
2.3.4 框架梁预应力筋张拉
框架梁混凝土强度达设计张拉要求强度后，方能进行预应力筋张拉。本工程预应力筋有两端张拉，也有一端张拉。预应力筋采用两端张拉时，可用两套设备在两端同时张拉，也可以先在一端张拉锚固，再在另一端补足张拉力后锚固。
对结构周边预应力筋的张拉，必须有可靠的操作脚手架，以免在张拉时发生安全事故。另外，为保证预应力张拉在混凝土强度达到张拉要求后尽快张拉，张拉端构件模板应在混凝土达到一定强度后尽快拆除，以便预应力张拉端的清孔和锚具的安装。

2.3.5 框架梁柱节点处理
由于部分框架梁柱节点处两排预应力波纹管交叉设置，加上非预应力梁柱钢筋和预埋管线，节点构造极为复杂，是本工程施工的难点和重点。施工时应协调预应力和非预应力施工工序上的关系，非预应力腰筋、吊筋、二排钢筋及预埋管线等在可能情况下，应尽量满足预应力波纹管的安装要求。依照设计，框架柱节点处应先穿设预应力波纹管及钢绞线，并放置预应力固定端锚具，然后在绑扎柱箍筋。
梁柱节点处的混凝土浇筑也是施工的重点，该处由于钢筋密集，既要求混凝土必须浇筑密实，又要保护波纹管不致因振动棒的冲击而破坏，这要求在扎筋时适当为振动棒预留落棒位置。
2.3.6 张拉后预应力筋的切除
预应力筋张拉结束后，需待现场监理工程师验收签字确认后，方可切除张拉端多余预应力筋。预应力筋可以采用机械或氧割方法切割。采用氧割切割时，应用湿布覆盖于锚具和钢绞线之上，以免温度过高影响夹片锚固和钢绞线性能。
3.支撑系统
3.1方案设计
3.1.1受力计算
根据PKPM计算得以下结果
（1）500*1600梁
1）梁底立杆计算
模板支架搭设高度为16.8米，
基本尺寸为：梁截面 B×D=500mm×1600mm，梁支撑立杆的纵距(跨度方向) l=0.60米，立杆的步距 h=1.50米，
梁底增加2道承重立杆。

梁模板支撑架立面简图

计算中考虑梁两侧部分楼板混凝土荷载以集中力方式向下传递。
集中力大小为 F = 1.20×25.500×0.180×0.500×0.600=1.652kN。
（2）600*1750梁
1）梁底立杆计算
模板支架搭设高度为16.8米，
基本尺寸为：梁截面 B×D=600mm×1750mm，梁支撑立杆的纵距(跨度方向) l=0.60米，立杆的步距 h=1.50米，
梁底增加2道承重立杆。

梁模板支撑架立面简图

计算中考虑梁两侧部分楼板混凝土荷载以集中力方式向下传递。
集中力大小为 F = 1.20×25.000×0.180×0.150×0.600=0.486kN。
采用的钢管类型为48×3.5。

（3）楼板计算
模板支架搭设高度为16.8米，
搭设尺寸为：立杆的纵距 b=1.00米，立杆的横距 l=0.90米，立杆的步距 h=1.50米。

楼板支撑架立面简图

楼板支撑架荷载计算单元
采用的钢管类型为48×3.5。
根据计算结果和现场情况决定：
楼板立杆间距为800*800，梁下沿梁畅方向立杆间距为800，垂直梁方向立杆间距为300，步距1500，所有梁下节点全部采用双扣件，由于立杆全部立于地下室顶板上，所以地下室排架待上部拆除后，再进行拆除。

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根据计算结构，我们详细排除立杆布置图（具体立杆布置见下图）
4.结语

大跨度超高预应力大梁近年来在越来越多的工程中得到应用，降低了钢筋及混凝土的用量，提高了工程的实际使用面积和空间，改善了建筑物的使用功能，但进行施工前，必须要有正确的计算分析、严格的质量控制、合理的施工方法、可靠的安全措施方可保证施工的顺利进行。文中对其设计方案和施工要素进行了简单分析和阐述。