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期刊导读

基于高大跨屋面梁预应力张拉施工技术与质量分析
Construction Technology and Quality Analysis Based on Pre-stressed Tensioning of Roof Beams
with High and Large Spans

张雷雷 ZHANG Lei-lei
(中国铁建电气化局集团第一工程有限公司,洛阳 471000)
(The 1st Engineering Co.,Ltd. of China Railway Construction Electrification Bureau Group,Luoyang 471000,China)

摘要:高大跨预应力屋面梁的施工技术要点较多,需要相关人员了解施工流程,掌握各项施工要点,做好施工质量管理,以此来保证施工的安全性和质量水平。基于此,本文结合萧县站站房预应力屋面梁的施工,对高大跨屋面梁预应力张拉施工流程和施工技术要点进行了分析,探讨了具体质量管理方式,以期可以为相似高大跨屋面梁预应力张拉施工活动的开展提供有效参考。
Abstract: There are many key points in the construction of high and large-span prestressed roof beams. It is necessary for relevant personnel to understand the construction process, master various construction points, and do a good job in construction quality management to ensure the safety and quality of construction. Based on this, this article, combined with the construction of prestressed roof beams in the station building of Xiaoxian Station, analyzes the construction process and construction technical points of the prestressed tensioning of high and large span roof beams, and discusses specific quality management methods, in order to achieve similar high and large span roofs. The development of beam prestressed tensioning construction activities provides an effective reference.
关键词:高大跨屋面梁;预应力;张拉;施工技术;质量管理
Key words: high and large span roof beam;prestress;tension;construction technology;quality management

  中图分类号:U445      文献标识码:A      文章编号:1006-4311(2021)27-033-03      doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2021.27.011

0  引言
预应力混凝土结构抗裂能力强、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好,且能有效地减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度,从而使结构设计得更为经济、轻巧与美观,因此被广泛应用于各种高大跨度的工程领域中,但预应力混凝土构件的施工工艺比钢筋混凝土构件复杂,技术要求相对较高,需要有专门的张拉设备及专业的技术操作人员。只有掌握关键的施工技术,控制施工质量使预应力构件达到设计及规范要求,才能使结构满足安全、适用、耐久的要求,才能达到预期的设计效果。
1  工程特点以及关键点
萧县站站房候车大厅高13m,长45m,宽25m,大厅屋面梁设计采用后张法现浇预应力混凝土梁,混凝土设计强度等级为C40。梁跨度大,预应力主梁跨度为25.05m;梁截面高,截面尺寸为600mm×1800mm;梁模板支设高度大,大厅预应力梁的支设高度为13m;支点及节点复杂,大厅预应力梁与柱及次梁的交接处钢筋布置相当密集;施工环境干复杂,邻近营业线铁路行车产生振动对波纹管定位、混凝土浇筑及养护、预应力张拉等关键环节施工干扰较大。
基于本工程屋面预应力梁张拉施工存在着层高及跨度大、梁截面尺寸大、自重大等特点,须保证梁模板有足够的强度和刚度,以确保在混凝土浇筑和养护过程中梁底模和侧模不涨模、不跑模,梁截面不发生变形。须保证预应力梁模板支撑系统要有足够的承载力和稳定性,以确保预应力梁在混凝土施工和张拉施工过程中整体稳定,不发生沉降和侧向位移。须制订科学实用的浇筑及养护措施,并保证逐项落实,以确保预应力梁所使用的大量混凝土在终凝前,水化产生的热量能够得到有效的控制,避免混凝土内外温差过大产生裂纹。须采取切实有效的波纹管定位、及稳固措施,保证在模板钢筋安装、混凝土浇筑等环节波纹管的位置不发生变化,以确保预应力钢绞线的张拉效果。
2  施工工艺流程及技术要点
高大跨屋面梁预应力张拉施工技术应用过程中,需要严格按照工艺流程进行施工,否则就会不同程度的影响到施工质量。具体的施工流程如图1所示。在施工过程中还需要严格把控施工技术要点,通过对施工技术要点的控制来保障施工质量,具体技术要点如下。
2.1 模板安拆技术要点  模板的安装顺序为:安装梁底模板→非预应力钢筋绑扎→安装梁一侧模板→预埋波纹管→穿筋→安装梁另一侧模板。在安装模板和拆除模板时需要保证梁模板支架能够承担施工时所产生的压力和梁的自重,梁底模、侧模要保证有足够的刚度能确保梁底不下挠、梁侧不鼓凸。模板拆除时,侧模须在预应力张拉前拆除,拆模时混凝土强度需满足其表面、棱角不因拆模而受损;底模必须在预应力张拉完毕、孔道注浆完成后方可拆除。
2.2 固定支架施工技术要点  波纹管支架的定位精确度直接影响到预应力钢绞线曲线的施工质量,而预应力钢绞线曲线直接影响到预应力在梁内的分布效果,从而影响预应力梁施工质量。预应力梁钢筋绑扎前,先明确梁内普通受力钢筋和预应力钢绞线的位置关系,安装梁内底筋,然后找出预应力钢绞线曲线的最低点、反弯点等关键点,在沿梁的长度方向上,每1m计算出各波纹管的标高并做好标记,然后按照计算高度安装固定波纹管支架,再安装梁箍筋及其他钢筋,待钢筋安装绑扎完毕后,校正波纹管支架位置并与箍筋焊接固定。支架采用Φ14mm钢筋制作,形状为一字形,长度与梁箍筋宽度相同,具有支撑波纹管及预应力钢绞线、上部混凝土等荷载的承载力,防止在施工过程中波纹管的出现位移。预应力梁内各层预应力束波纹管按照图2所示位置布置。
2.3 钢筋绑扎技术要点  预应力梁的钢筋进行绑扎时需要先计算按照由下至上的顺序完成绑扎施工,先安装下部钢筋,再安装波纹管,最后安装上部钢筋。当预应力筋与普通钢筋或其它管线位置有冲突时,应当首先保证预应力筋位置的准确;钢筋下料时应考虑柱中主筋要让出锚垫板和孔道的间距。主梁与次梁交叉部位,先安装主梁钢筋,再安装次梁钢筋,最后安装箍筋。避免在主梁与次梁交接处,次梁钢筋影响预应力波纹管的位置及主梁钢筋的位置,以便减少工序冲突,提高施工效率。
2.4 铺设波纹管施工技术要点  波纹管接头必须要牢固、严密,两段工作管要顶紧。波纹管在连接部位应采用防水胶带紧密缠绕,在波纹管的峰顶处设置注浆孔和排气孔,注浆孔、排气孔与波纹管节点处,应采用棉麻丝密封,防止混凝土浇筑过程中,水泥浆渗入到波纹管内。在波纹管及预应力筋布置完成后再进行梁端部承压板及配套螺旋箍筋的安装。
2.5 承压锚垫板安装技术要点  波纹管位置固定好并穿束完成后,可安装承压锚垫板及螺旋筋。端部模板必须与端部承压锚垫板对拉螺栓固定。为保证其位置的准确,同时还必须保证锚垫板与孔道切线相垂直,应采用普通钢筋加以固定,以防止在浇捣砼时,发生偏位等现象。张拉端部锚垫板、螺旋筋由于处在钢筋分布分散处,安装比较方便,但考虑到锚垫板局部承压,除了普通固定钢筋外,还应按设计及规范要求设置承压用加强钢筋,以保证其局部承压满足要求。
2.6 混凝土浇筑和养护环节技术要点  预应力梁混凝土浇筑前应根据专线施工方案认真交底,对模板、支架、钢筋、波纹管等进行隐蔽工程检查,各项指标合格后方可浇筑混凝土。浇筑混凝土之前在梁构件周围进行电气焊作业时必须严格控制,避免焊渣损伤波纹管,使波纹管在浇筑时出现漏浆。振捣过程中避免振捣器碰撞波纹管,防止因撞破波纹管导致混凝土浆体流入管道内固结预应力钢绞线,影响预应力的张拉。张拉端部承压板后的混凝土必须振捣密实,以防张拉时混凝土发生局压破坏。由于高大跨预应力梁的截面较大,混凝土硬化时释放的水化热量较大,因此预应力混凝土梁浇筑完毕后,应采用薄膜及土工布覆盖洒水等方式,加强预应力梁的混凝土养护,防止张拉前出现早期收缩裂缝,养护时间不少于14天。
2.7 预应力筋下料、穿束及张拉施工技术要点  根据施工图中的预应力束的布置方案,确定预应力梁中预应力筋的长度。预应力筋断料必须在取得抽样复试检验合格报告后进行。断料必须在平整、干净场地上进行,防止钢绞线在断料中受到其它物质的污染或侵蚀。钢绞线断料时采用砂轮切割机进行,不得使用气割或电焊切割。钢绞线下料长度值(L)为:孔道曲线长度(L1)+工作长度(L2),其中(L1)按照具体使用的工艺要求确定。
预应力钢绞线穿束宜在每一孔道波纹管完成后进行。根据本工程跨度等特点采用人工单筋穿束。根据现场施工条件需设置临时施工平台供穿束和后期张拉使用,预应力筋吊装需使用专用的吊装工具,不得损伤预应力筋。穿束完成后要对波纹管的位置和中间接头进行检查,确认无误后 需对钢绞线工作长度和波纹管端部进行封闭保护,以防止水或其它杂质进入预应力孔道。
2.8 预应力筋张拉施工技术要点  预应力张拉时,按照设计要求,预应力梁混凝土的强度不得低于设计强度的80%,本工程预应力梁长度大于20m,采用两端张拉的方式进行张拉施工。张拉时按照先上后下的顺序逐层张拉,以张拉力控制为主,以钢绞线束伸长值偏差在正负±6%的范围为辅助校核,超出时应立即停止施工,待查明问题原因并消除后,方可继续施工。张拉过程中,断裂或者滑脱的预应力筋数量不得超过同一截面预应力筋总数量的3%,否则应更换预应力筋。
钢绞线张拉力控制如表1。
初应力时量取千斤顶活塞的伸长量L1,张拉达20%σcon时再量取千斤顶活塞的伸长量L2,二者之差为预应力束的实际推算伸长量。张拉达100%σcon时再量取千斤顶活塞的伸长量L3,L3-L1+( L2-L1)为预应力束的现场实际伸长量。预应力筋的理论伸长量采用平均应力法。具体公式如下:?驻L=■,Fp——平均张拉力。
3  高大跨屋面梁预应力施工注意事项
3.1 严控材料及设备质量  在施工过程中,材料和张拉设备是影响预应力张拉施工的关键因素,因此需要保证预应力筋以及锚具的质量符合施工标准,需要确保所采购的材料拥有相应的国家标准证明。所使用的材料必须有合格证及检测报告,并在进场后采取抽样的方式对预应力材料以及夹具进行抽查,且校验后各类指标须全部符合要求。张拉设备的标定时间不得超过有效使用年限。油压表不归零或损坏、失灵,千斤顶严重漏油等存在明显故障的机械不得在工程中使用。
3.2 波纹管位置的固定及校核  在对波纹管位置的固定及校核时必须注意,预应力钢绞线曲线布置图中,预应力筋线型的竖向定位尺寸为预应力孔道中心至梁底面的垂直距离,因此在确定支架钢筋的高度时应以波纹管底部外径为基线,将束形图中的距离扣除波纹管半径(外径)作为预应力筋波纹管高度。
3.3 预应力梁张拉方案设计  在进行预应力张拉的过程中,需要从中轴线位置开始,以双向对称的模式实施张拉施工,在进行预应力梁张拉施工前需要计算理论伸长值。之后取第1根预应力梁进行张拉实验,需要对千斤顶的行程进行测量,在测量完毕后需要在数据上增加10%的推算伸长值,之后将推算伸长值以及理论伸长值进行对比和分析,如果两者的误差在5%~10%之间则代表可以进行后续的张拉环节。在进行张拉的过程中,施工人员不得位于千斤顶的后方,张拉时应在设备两侧对锚具周围混凝土进行观察,如果混凝土出现裂缝,必须要立即停止施工,分析混凝土裂缝出现原因之后才能够进一步进行张拉。整个张拉过程中两端操作人员可以利用对讲机的方式及时沟通和联系,确保整个张拉过程有序进行。
3.4 有粘结预应力孔道灌浆  预应力张拉完成后应在48小时内完成灌浆。孔道灌浆前,应对有粘结张拉端锚具间隙进行封锚处理。灌浆采用纯水泥浆,水泥浆采用42.5级普通硅酸盐水泥拌制,水灰比控制在0.4至0.45之间,水泥浆的立方体试块,标准抗压强度不小于30N/mm2。水泥浆拌制至孔道灌浆的时间不宜大于20分钟。灌浆前水泥浆不得有沉淀及离析。在灌浆时需要注意周围环境的温度,如果温度不合适容易使灌浆材料出现变化,从而影响混凝土结构的稳定性和使用效果,一般来讲灌浆时周围温度应当控制在5摄氏度到40摄氏度之间。在灌浆前还需要对材料实施阳光防护,在材料初步凝结的15分钟之内完成施工。在灌浆时还需要使用水对构件的表面进行处理,确保构件外部的湿润性。
3.5 锚具保护  有粘结预应力筋在灌浆完成24小时后即可切割工作长度内多余钢绞线,切割采用手提式砂轮切割机进行,露出锚具外的钢绞线长度宜大于30mm。绞线切割完成后,用强度等级为C45的微膨胀细石砼对锚具预留的凹陷部位进行封闭,从而达到全封闭的目的。
4  施工质量管理措施
4.1 建立健全质量管理体系  应当对现场施工管理制度进行明确,明确质量方针及质量目标,明确不同岗位管理人员的工作内容,从而促使管理制度能够逐层逐级落实。通过建立岗位人员奖惩制度和责任制度,对不同管理人员的工作表现实施相应的奖励措施和惩罚措施。
4.2 事前控制  认真落实施工方案、图纸的交底工作;材料进场后,做好钢绞线、锚具等验收、抽检工作,监督材料的现场保护;每次张拉施工前,都应检查张拉设备是否正常工作,规范操作过程。如发现设备不能正常工作,应及时更换设备,并做好设备更换记录;严格按有关设计文件及有关技术规范检查施工质量;配合监理、总包方及其有关工种做好技术协调工作;配合做好隐蔽工程验收工作;做好设计文件及其它有关资料的收集、整理工作;做好竣工资料整理工作。
4.3 过程控制  施工过程中,严格施工纪律,施工现场的生产工艺和操作规程,任何人都必须严格执行。掌握预应力现场施工过程中的质量动态,把控质量现状,发现质量问题,及时纠正解决。混凝土养护、预应力张拉、预应力孔道注浆等关键环节,应做好施工记录,并做好检查抽查工作,上到工序施工完成后应及时进行检查和验收,不合格或未按要求施工的不得进行下道工序施工。
5  结束语
高大跨屋面梁预应力单项工程是整体工程施工的重中之重,如果预应力梁构件施工质量不达标,将会影响到整体工程的安全性和适用性,也无法达到预期设计效果。本工程高大跨屋面梁预应力张拉施工完成后,通过对现场实体工程进行检验检测,预应力梁的强度、挠度等各项指标均满足设计要求。因此,在同类工程的施工过程中应根据工程的特点,分析高大跨屋面梁预应力施工的关键点和技术要点,严格按照工艺流程施工,重点控制材料质量和施工过程,是提高施工质量的有效方案。
参考文献:
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