某工程大跨度复杂预应力混凝土梁施工关键技术分析

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摘要:本项目为体育馆工程,为满足建筑对大空间的需求,结构上采用了大跨度预应力混凝土梁技术,其特点是:1.跨度大:单跨最长41m;2.截面大:预应力梁截面1200×2000;3.单层支设高度大:模板支设高度为15.6m;4.节点复杂:混凝土梁柱和上部钢结构柱交汇,内部钢筋布置密集,核心区应力情况复杂。本工程的大跨度混凝土梁施工存在很多技术难点,本文将重点介绍大跨度预应力梁的节点深化设计、真空灌浆等关键技术,供今后同类工程问题参考。

关键词:大跨度预应力钢筋混凝土梁深化设计预应力张拉真空灌浆

1、预应力梁的深化设计

为了使楼板获得较好的振动舒适度,结构上采用了大跨度混凝土梁,由于内部预应力孔道和上部钢结构预埋件的存在使得梁柱节点域结构复杂,柱子主要的受力钢筋密集,导致波纹管无法从中间通过,因此,通过论证,先后提出了两套设计方案。这两套方案一加一减,各有其独特的优势。

1.1 方案1

方案1的实质是一种加筋方案,梁中非预应力钢筋部分保持原有状态,在梁柱交汇的位置通过加腋使预应力筋及波纹管从柱子旁边绕过,从而避开了过密的柱子主筋。

这种方案的优势是通过加腋简化了结点构造,对原始设计变更较少,缩短了深化设计时间,梁端截面面积的加大提高了梁端负弯矩的抵抗能力,增强了梁端的抗剪能力。同时结点构造的简化也使施工难度降低,施工进度加快。因此应用此种方案使得设计上预应力筋的根数没有改变,提高了构件的刚度储备。

该方案的劣势则在于加腋导致了钢筋混凝土的使用量加大,模板的施工量加大的同时,而梁端部不规则的构造也对模板的质量控制提出更高要求;加腋后钢绞线在结点处双向弯曲,行走路线变长增加了张拉过程中钢绞线和波纹管的摩擦损失,降低了构件预应力终值;由于梁底没有吊顶处理,梁端视觉效果十分臃肿,不符合体育建筑精干的设计理念,且灯光在加腋位置无法合理布置无法满足体育建筑对照明效果的特殊要求,这也是此方案的一个主要问题。

1.2方案2

方案2的实质是采用减筋的方式,“第一个减”是将原有的八个预应力孔道改为六个,采用品牌配套的预应力锚具、锚头、张拉设备、波纹管、灌浆料等高品质材料;“第二个减”是切断部分柱子主筋,并设置加强筋,降低钢结构预埋件的埋置深度。

这种方案的优势是通过品牌产品的使用提高了施工控制水平,实现了专业化施工,从管理角度保证构件的张拉质量;断筋后的结点形式简化,便于施工;预应力孔道数量的减少也使梁截面的削弱降低,张拉工作量减少;钢结构预埋件的埋置深度降低使上部钢结构屋盖系统获得更加可靠的传力路径,提高了断筋后局部削弱的“木桶短板”;相比方案1,方案2节省了施工用料降低了施工复杂程度,获得了更加优秀的经济性;构件端部的简化也满足了体育建筑的灯管布置要求。

然而方案2也有其一定的劣势,断筋后柱子强度降低,安全储备减少;六孔相对八孔的施工质量控制需要更加严格;减筋后深化设计量提高,对设计水平提出更高要求。

方案比较:基于上述论述,方案2以更好的经济性,实用性获得了认可。

1.3预应力真空辅助灌浆

此技术在本项目应用上的创新点在于将原有的金属波纹管改进成为塑料波纹管,孔道系统密闭性的提高使真空效果加强,孔道真空度达到82%。

相比金属材料波纹管,塑料波纹管的优势如下:

(1)塑料波纹管绝缘,有效防止钢绞线通电强度降低。

(2)塑料波纹管的单根长度较长,应用于大跨度结构,可以减少管之间接头数量,塑料制品加工简易,接头技术成熟。

(3)其本身具有更高的耐腐蚀性,而且塑料波纹管的造价相对较低。

(4)材质柔软,便于运输,更加利于管道位置的确定;变形协调性高,预应力传递路径可靠均匀减少应力集中。

真空辅助压浆技术的优越性如下:

(1)孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化,随同空气一起被抽出,增强了浆体的密实度。消除混在浆体中的气泡,这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性,防止预应力筋的腐蚀。

(2)浆体中的微末浆及稀浆在真空负压下率先流入负压容器,待稠浆流出后,孔道中浆体的稠度即能保持一致,使浆体密实度和强度得到保证。

(3)孔道在真空状态下,减小了由于孔道高低弯曲而使浆体形成的压力差,便于浆体充盈整个孔道。

2、真空辅助压浆施工工艺

2.1 配置好水泥浆,准备压浆。

2.2 打开1,2 号阀门,关闭3,4 号阀门,保证观察孔处于关闭密封状态,开启真空泵。

2.3 待真空泵显示气压达到-0.06MPa时,打开阀门4,开启压浆泵,此时真空泵和压浆泵同时工作,缓慢压浆。

2.4 待吸浆端有水泥浆流入储浆桶时,关闭真空泵;打开3 号阀门,关闭2 号阀门,让水泥浆流入废浆容器。

2.5 待流入废浆容器的水泥浆变得很浓时,关闭1 号阀门;此时,压浆泵需继续工作一段时间。

2.6 压浆泵保持0.4MPa压力工作一段时间后,关闭4 号阀门,关闭压浆机,压浆完毕。

注意事项:压浆完毕后,系统的1,4 号阀门要保持关闭状态,以保证孔道内压力的存在;其余设备可以拆除。直至4-5h 后,水泥浆已经初凝,方可拆除1,4 号阀门。

3、总结

整体预应力结构体系跨度大、截面高度高、孔道数量少,难点突出;品牌锚锁锚具张拉仪器的使用、真空灌浆技术的应用,方法创新。全部完工后建设单位协同国内知名检测机构进行了结构的动力测试和评估和结构预应力测试和评估,经过测试结果分析,以及专家评估意见,结构适用性和可靠性良好,达到了较好的施工效果,为今后大跨度预应力混凝土梁的施工积累了宝贵的经验。