有粘结和无粘结二合一组合预应力梁施工技术的研究与应用

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摘要：通过在上海外高桥保税物流园区施工了2个堆载铜板坯、铝锭（40KN/m2荷载）的两层重载仓库工程，主要研究了单一预应力结构型式的预应力损失、布置安装、张拉施工工艺等的技术难题问题，解决了组合预应力梁在施工中的布置、安装、张拉工艺的可控性难题。特别是大跨度预应力梁应力损失的问题；堆载荷载大（40kN/m2）要求；后浇带处预应力钢绞线布置、安装的问题及施工进度与成本问题。

关键词：有粘结和无粘结二合一组合；扰度；组合预应力梁张拉工艺；有粘结预应力板下张拉；无粘结预应力板上张拉；组合预应力布置方式；组合预应力在梁中占的空间少。

1 前言

当前新型材料和新技术在建筑行业大力推广使用，建筑节能（省钢、省水泥）设计正在大力推广，大跨度的预应力结构形式在各种建筑结构中已大量使用，成为现代设计研究、施工技术研究追踪的方向，并逐步得到推广和应用。针对单一型式的预应力钢绞线由于各种原因预应力损失较大、对施工要求高、对锚具等材料要求高以及在结构内部不能充分发挥作用的技术缺点，通过研究在同一根梁内布置有粘结和无粘结组合预应力筋的施工技术，组合应用后达到整个受力体系各个预应力构件能充分发挥扬长避短的效果。

2工程概况

世天威物流（上海外高桥保税物流园区）有限公司K7-1地块一期、二期仓库工程，位于上海外高桥保税物流园区，共建造了两座100m×96m的金属仓库，仓库的第二层楼面为混凝土框架结构，主梁截面为700mm×1400mm，次梁为400mm×900mm，屋面采用轻钢结构。因为该仓库为铝锭堆载场所，仓库的楼面荷载非常大（40kN/m2）。考虑到结构安全及节省投资，我单位与设计院共同研究并在梁内采用了有粘结和无粘结预应力二合一组合预应力梁技术，最后我单位按照该施工技术工艺流程和质量控制措施实施，分两期建造的两座仓库目前使用正常，结构安全可靠。组合预应力平面布置如下图1.

图1 有粘结和无粘结二合一组合预应力梁平面布置图

3工艺原理

有粘结和无粘结二合一组合预应力梁是在同一根主梁结构内同时布设有粘结和无粘结预应力钢绞线，在次梁布设无粘结预应力钢绞线，组合应用后达到整个体系各个预应力构件能充分发挥扬长避短的效果，组合预应力梁的应用可以进一步减少预应力的损失，进一步减少梁在使用荷载作用下的扰度，充分发挥有粘结和无粘结钢绞线各自的优势，补偿各自的劣势。

同一根梁内的两种预应力钢绞线互相作用，使得整个结构体系可避免在温度变化时混凝土收缩减少对结构产生不利的影响；结构超长时可以通过组合预应力的作用，减少结构由于超长引起的一系列问题，充分发挥预应力的作用，进一步提高梁的抗裂性，同时减少梁在使用荷载下的挠度。

4 工艺流程及操作要点

4.1有粘结和无粘结二合一组合预应力梁施工工艺流程

矢量高定位钢筋安装 有粘结预应力波纹管安装 有粘结和无粘结预应力筋制作安装 有粘结和无粘结预应力筋锚板安装 浇注混凝土 无粘结预应力筋张拉 有粘结预应力筋张拉 后浇带处组合预应力张拉 灌浆、封锚 组合预应力梁下拆除支架。

4.2 组合预应力梁施工工艺

4.2.1 矢量高定位钢筋安装

矢量高定位钢筋即为预应力钢绞线对混凝土的曲线作用位置的定位点，预应力钢绞线定位钢筋通常采用不小于φ10的钢筋与箍筋焊接或绑扎，焊点、绑扎点不宜少于4点，矢量高定位钢筋的固定应考虑到波纹管及支架钢筋本身的尺寸，间距宜为1000mm。

4.2.2 有粘结预应力波纹管安装

组合预应力梁应先安设有粘结预应力钢绞线波纹管，再安装无粘结预应力筋钢绞线。矢量高定位钢筋定位后即可布设波纹管，为保证搬运金属波纹管时不变形导致漏浆，波纹管的成品长度原则上不超过6m，一般采用4m为宜。波纹管安装后，应检查波纹管有无破损，接头是否牢固、严密。

4.2.3 有粘结和无粘结预应力钢绞线制作与安装

1）有粘结和无粘结预应力钢绞线下料采用砂轮锯或切断机下料，钢绞线的每根钢丝应是通长的，不得有接头，钢绞线的张拉端采用夹片锚，锚固端采用挤压锚。下料长度由计算确定。

有粘结钢绞线下料长度为：孔道长度+（工作锚环厚度+限位板厚度+千斤顶长度+工具锚厚度+100mm）×2；无粘结钢绞线下料长度为：与有粘结钢绞线下料长度一致。

2）有粘结预应力钢绞线安装时，每根波纹管内穿过的钢绞线应该一致。下好料的钢绞线应单根盘卷绑扎后吊运到相应位置。穿管之前需要在钢绞线端头缠绕光滑的胶带，保证在穿管过程中不破坏管壁，同时也减少阻力使穿管更省力。安装无粘结预应力钢绞线时，应严格牢固的将其固定在定位钢筋上，并应防止在钢筋笼内部刮伤、刮破保护套。安装过程见下图2。

图2组合预应力梁内有粘结和无粘结钢绞线安装实景

4.2.4 锚具和锚板安装

1）进场验收合格后还应按照规范对锚具、夹片等进行抽样请有资质的单位进行全面的检验，合格后方可使用。固定端锚具与安装钢绞线是同时工作，根据图纸要求确定锚固端位置后将锚板绑扎固定在距离波纹管前端约600mm的钢筋上，再将钢绞线从锚板孔中穿过再穿入波纹管。

2）端部的锚垫板的埋设在框架梁、柱边时尽量使锚垫板对称于梁中心轴线的基础上，便于进行各个方向的调整。当柱、梁的纵筋与锚垫板的埋设冲突较大时可调整柱、梁钢筋的位置；当柱、梁钢筋调整后不符合钢筋验收标准的要布置加强钢筋，所有锚垫板在水平方向上允许调整的范围为10mm。在转角处受双向预应力的作用锚固端混凝土容易开裂，应加设附加钢筋。

图4转角柱组合预应力梁实景 图4组合预应力梁实景

4.2.5 混凝土浇注

1）浇注预应力混凝土前，应进行模板检查、钢筋及预应力钢绞线工程的隐蔽工程验收。锚具与模板间的缝隙应填实，锚垫板上有螺纹的灌浆孔宜用黄油掺麻丝堵塞封口。

2）振捣混凝土时，预应力钢绞线的固定端及其他钢筋密集的部位应振捣密实，并避免振捣棒接触和碰弹波纹管、锚具预埋件。在振捣过程中，注意检查模板、管道、固定端钢板及锚垫板的位置和尺寸，发现松动及时整修。

3) 浇注完毕的混凝土应按照规定及时养护，已浇注的混凝土强度未达到1.5N/mm2以上，不得在其上踩踏或安装模板及支撑。浇注时留置同条件养护试块，张拉时混凝土的强度不得低于其设计强度值的80%。

4.2.6 无粘结预应力钢绞线张拉

1) 无粘结预应力钢绞线张拉

无粘结和有粘结二合一组合预应力梁一般布置在框架主梁上，次梁常采用无粘结预应力钢绞线。整个组合预应力系统中张拉顺序为：先张拉次梁无粘结预应力钢绞线，再张拉组合预应力梁内无粘结钢绞线；然后张拉组合预应力梁内的有粘结预应力钢绞线，先张拉分区中的中间梁，再张拉中间梁两边的梁，同时每根梁内的无粘结预应力钢绞线成对称张拉。

2)张拉程序和工艺

无粘结预应力钢绞线张拉最终控制应力σcon按设计、规范及施工方案的要求取用。当设计中需要超张拉时，调整后的钢绞线张拉应力σcon应满足：钢绞线σcon≤0.8fptk。（σcon为预应力钢绞线张拉控制应力；fptk为预应力抗拉强度标准值。）预应力钢绞线张拉时，应从零张拉力加载至初张拉力后，量测伸长值初读数，再以均匀速度加载至张拉控制力。对塑料波纹管成孔管道，达到张拉控制力后，宜持荷2min―5min。初拉力宜为张拉控制力的10%--15%。 为减少钢绞线的松弛损失，采用超张拉4%相应等级控制应力的方法进行张拉；

4.2.7 有粘结预应力钢绞线张拉

1)无粘结和有粘结二合一组合预应力梁一般布置在框架主梁上，因此在分区张拉跨内的无粘结预应力筋张拉完毕后，再开始张拉框架主梁内的有粘结预应力钢绞线；先张拉分区中的中间框架梁，再张拉中间框架梁两边的主梁。

2)有粘结预应力钢绞线张拉时应做到如下几点：

A 机具完好、油泵等已校正；

B 张拉最终控制应力σcon按设计、规范及施工方案的要求取用。当设计中需要超张拉时，调整后的钢绞线张拉应力σcon应满足：钢绞线σcon≤0.8fptk。（σcon为预应力钢绞线张拉控制应力；fptk为预应力抗拉强度标准值）。

C 预应力钢绞线张拉时，应从零张拉力加载至初张拉力后，量测伸长值初读数，再以均匀速度加载至张拉控制力。初拉力宜为张拉控制力的10%--15%。 为减少钢绞线的松弛损失，采用超张拉4%相应等级控制应力的方法进行张拉；010%σcon (读初始伸长值L1)1.04σcon (量测伸长值L2) 锚固。

3）组合预应力梁有粘结预应力钢绞线的张拉时以张拉力和伸长值进行双控，并以张拉力为主以伸长值为辅。伸长值应分级计算，校验方法如下：0.1σcon量测千斤顶活塞伸长值L1，张拉至1.04σcon时量测千斤顶活塞伸长值L2；张拉伸长值ΔL=L2- L1+L0(初应力以下推算伸长值)；初应力以下的推算伸长值根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系推算确定。张拉时通过张拉伸长值的校核，检查张拉力是否足够，孔道摩擦损失是否偏大，时刻注意预应力钢绞线是否有异常。

4）实际张拉伸长值与理论伸长值相比较误差不超过－6%---+6%，否则应停机检查原因，查明原因并予以解决后方可继续张拉。组合预应力梁张拉理论伸长值计算按规范要求进行，即采取分段计算法。

4.2.8 后浇带处组合预应力梁张拉要点

1）后浇带处预应力钢绞线张拉前，非后浇带的混凝土养护28天后才能施工后浇带处的混凝土，在后浇带处混凝土强度达到80%才能张拉后浇带处预应力钢绞线；

2）先张拉无粘结预应力钢绞线，按照前述的非后浇带处张拉方式进行张拉，后张拉组合预应力梁内的有粘结钢绞线。有粘结钢绞线张拉端位于板底，需要先拆除梁两边的模板，对张拉端进行清理，检查混凝土的密实性和强度。

4） 在后浇带处的有粘接预应力钢绞线比较短，采用梁底一端端张拉的方式，张拉工艺流程基本与非后浇带预应力钢绞线相同。

4.2.9 灌浆、封锚要点

1）灌浆前应全面检查预应力构件孔道及进浆孔，排气、排水孔是否畅通；检查灌浆设备、管道及阀门的可靠性，压浆泵压力表应进行计量校验。

2）预应力钢绞线张拉结束后，应尽快灌浆，一般不宜超过48h。以免预应力钢绞线锈蚀或松弛，）灌浆应缓慢、均匀地进行，并应排气通顺；灰浆泵压力宜保持在0.5-0.7MPa，待孔道上全部排气孔、出浆孔溢出浓浆后，扎紧出浆管或堵塞排气孔及出浆孔并继续稳压灌浆40S以上，方可关闭灌浆喷咀阀门及连接管。卸拔连接管时，不应有水泥浆反溢现象。宜采用带有闸阀的灌浆连接管，在停止灌浆前，关上闸阀，4小时后再拆除连接管避免压力下降及浆液流失。

3）同一孔道灌浆作业应一次完成，不得中断。灰浆泵内不得缺浆，在灌浆暂停时，输浆管喷咀与灌浆孔不得脱开，以免空气进入孔道影响灌浆质量。

4）水泥浆在搅拌机中的温度不宜过高，当夏季气温高于45℃时，灌浆操作应放在夜间或清晨气温较低时进行；冬季灌浆宜在48h内气温不低于5℃期间进行，低于5℃时，应采取适当的抗冻保温措施。

5）孔道灌浆后在水泥浆初凝后，终凝前应从出浆孔、泌水孔等处用探棒探查孔道密实情况。如有局部不密实之处，可采用人工或机械补浆填实。灌浆过程应如实填写现场施工记录，每个构件均应有灌浆施工记录。

6）有粘结预应力钢绞线张拉端封锚均采用内凹式，无粘结预应力钢绞线张拉端安装有穴模，在锚具与穴模间的空隙采用防腐油脂涂抹之后，再用比预应力梁高一标号细石混凝土或高标号砂浆封闭穴模。钢绞线切割时应保证钢绞线在锚具夹片外露长度宜大于40mm但不宜超过50mm。

4.2.10 拆除组合预应力梁下脚手架

1）当组合预应力梁内的有粘结和无粘结预应力钢绞线均张拉完，并待灌浆材料达到一定强度后才能拆除组合预应力梁下的脚手架。

2）后浇带的支撑架、模板拆除需要在后浇带混凝土浇注完毕后，同条件养护试块达到规定值，预应力张拉完毕后才可以拆除后浇带处的支撑。

5主要施工材料

主要材料表见表1

表1主要材料表

序号 主要材料名称 型号 数量 单位 备注

1 多孔锚板 200*200*12 96 个 12孔

2 单孔锚板 70*70*10 1000 个 单孔

3 多孔锚具 XM-12 96 套 带夹片

4 挤压锚具（单孔锚具） HYM15-6 2200 个 带弹簧丝、带夹片

5 弹簧筋 2200 个

6 波纹管 Φ80 3300 m

7 有粘结钢绞线 φs15.24 42 t

8 无粘结钢绞线 φs15.24 68 t

6本施工技术所需要的工机具及设备

主要机具、设备见表2

表2主要机具、设备表

序号 主要设备名称 型号 数量 单位 备注

1 电焊机 BX-500 2 台

2 电箱 380伏 2 台

3 电箱 220伏 2 台

4 砂轮切割机 φ400 2 台

5 穿束套 5 只

6 倒链 1.T 2 台

7 穿心式千斤顶 YDC2500 2 台 包括限位、垫板

8 穿心式千斤顶 YDQ280―160 2 台 包括限位、垫板

9 电动油泵 2YZB-50 2 台

10 精密压力表 1.5级 4 只 0-60MPa

11 手提式切割机 Φ180 2 台

12 压力灌浆机 SQ45 1 台 输送45L/min

7 质量控制

7.1有粘结和无粘结预应力钢绞线、锚具材料质量控制

1）进入施工现场的钢绞线应提供出厂质量证明书或试验报告单，钢绞线每盘上都应挂有标牌，标牌上写明钢材品种，直径，强度级别，重量，出厂日期等。钢绞线进场时应按型号、种类分批检验。检验内容包括查对标牌，外观检查，抽取试样作力学性能试验，检验合格后方能使用。

2）钢绞线的外观检查应逐盘进行。钢绞线的捻距应均匀，切断后不松散，其表面不得带有油污，锈斑或机械损伤。允许有轻微的浮锈。

3）每批钢绞线经外观检查合格后随机抽取进行送样检测。检测项目包括钢绞线抗拉强度和延伸率，以上力学性能应符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224标。

4）锚具选用应符合《预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器应用技术规程》GB/T14370---2000的规定。收料进库时须进行外观检验，从每批中抽取10%且不少于10套锚具，检查锚环、夹片外形尺寸及表面质量；锚具表面应无污物、锈蚀、机械损伤和裂纹。当有一套外形尺寸偏差超过产品标准或表面有裂纹时，应逐套检查。

5）所用的夹片锚具要进行硬度试验检测，应从每批中抽取2%，但不少于3套锚具；经过硬度试验合格的锚具要做静载锚固性能测试，检测数据应符合根据《建筑工程预应力施工规程》中国工程建设标准化协会标准CECS180：2005要求。

7.2施工过程质量控制要点

1）组合预应力梁铺设过程矢量定位钢筋高度控制的主控点为最高、最低及反弯点；有粘结和无粘结预应力钢绞线的间距控制。

2）组合预应力梁的安装顺序应先安装有粘结预应力波纹管，后安装无粘结钢绞线。

3）有粘结和无粘结预应力钢绞线在锚固端的定位应准确，保证施加预应力的效果。

4） 组合预应力梁的张拉顺序应严格控拉无粘结制，即应先张拉无粘结和后张拉有粘结预应力钢绞线。

5） 张拉过程质量控制：检查混凝土强度报告、千斤顶校验时效、张拉应力（通过精密表反映）；检查张拉实际伸长值与理论伸长值的相对误差；

6） 拆除组合预应力梁下的模板、支撑架时应严格按照规范施工，灌浆与封锚后，浆体强度达到80%设计强度才能拆除。

7） 灌浆过程：严格控制水灰比，水灰比不得大于0.45;

8 施工安全措施

8.1 预应力工程施工中人员安全管理措施

1）预应力施工过程中操作人员在使用机械、使用电设备时，应遵守《施工现场临时用电安全技术规范JGJ80-91》及《建筑机械使用安全技术规程JG533-2001》的有关安全规定；

2）预应力张拉时操作过程要严格按照张拉操作规程施工，张拉时千斤顶后严禁站人，防止断裂后钢绞线伤人。张拉预应力钢绞线时其周围及两端应有完善的防护措施，并设置明显的警示标志，非作业人员不得进入作业区域；后浇带板底张拉、灌浆封锚等工作应要搭设作业平台，人员上高空带好安全带。

3）灌浆时宜穿好工作服并戴上防护镜，灌浆的机械接口应拧紧到位，不得在孔道口喷射方向观察出浆情况。

8.2、预应力工程施工中机具设备和材料的安全管理措施

1） 现场设专人负责有关预应力材料的检验、管理工作，保证预应力工程中钢绞线及波纹管等材料合格；

2）有粘结钢绞线原材成捆放置，下料时有较大的弹力，需要用下料架夹住。同时人员不得在线头周围1m内作业。无粘结钢绞线没有弹力，但含油脂，不得与火源靠近。所有下料切割不得动火，应采用砂轮切割机。

3）所有施工机械应由专人负责保管，并且要常保养、常检查、常维修，使其保持良好的工作状态；设备要由专人操作，应严格遵守操作规程，防止一切可能的机械伤害。

4）无粘结钢绞线属于易燃材料，现场放置在库房时做好防火措施。

9 环保措施

9.1 现场设置边角料堆场，对于多于的波纹管、钢绞线要集中管理，统一出场。

9.2 施工完毕后需要清理张拉端，切割的无粘结预应力钢绞线的保护套管为塑料制品，含有大量的油脂，切割后的材料不得随意丢弃，应归堆统一出场。

9.3 千斤顶使用过程中、拆卸过程应要有隔离措施，避免液压油污染环境。

9.4 灌浆过程中，采用在楼面上铺设彩条布防止制浆时水泥浆洒落在楼面。

9.5 灌浆过程压浆管道接头应密并布设防护套，防止喷洒水泥浆；在楼面的排气管处加设防护罩，防止喷出泥浆。

10工程应用前景

本项目属于土木建筑工程领域，研究的主要内容是有粘结和无粘结二合一组合预应力梁施工技术，第一、预应力技术已在国内外得到广泛应用。但是均为有粘结和无粘结的单一应用结构形式，与单一的预应力形式比较该组合预应力梁技术有所提高，有粘结和无粘结二合一组合预应力梁更能体现两者的优劣势；第二、组合预应力梁的布置安装和张拉的方法更灵活，极大的降低了施工技术难度和施工成本；第三、在转角柱的双向组合预应力梁布置锚具和张拉工艺时，需要考虑该薄弱处混凝土由于受力不均容易拉裂的技术措施，通过灵活布置的方式即可消除预应力损失；第四、该项技术具有施工成本低、效率高的特点；第五、提出在同一根梁内设置有粘结和无粘结预应力筋的施工技术，能解决单一预预应力结构体系中的预应力损失问题，同时能解决一些预应力施工中如在板底张拉、灌浆等难题。

从本工程实践效果分析，有粘结和无粘结二合一组合预应力梁施工技术在质量、工期、成本等方面的经济效益和社会效益都非常理想，在社会上必定会广泛推广。

参考文献：[1] 《建筑工程预应力施工规程》CECS180：2005（中国工程建设标准化协会标准）

[2] 《混凝土结构工程施工及验收规范》GB502042002年

[3] 肖 荣 ，温圣华 ，霍致安 ，杨宗放.《多层大面积厂房预应力混凝土框架结构施工新进展》文章编号：1000―4726(2008)12―0920―03

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。