一种竖向超长预应力混凝土结构新型施工方法介绍

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摘要

本文以某电视塔为工程背景，介绍了一种竖向预应力结构新型施工方法，包括孔道形成、灌浆和排气方式、穿束方法等，为类似的工程提供参考。

关键词：预应力 灌浆排气 穿束

ABSTRACT

In this article, a new construction method was introduced for vertical prestressed structure including conformation of prestressed duct, the method of grouting and exhausting, piercing process,. It has important reference meaning to similar project.

KEYWORDS: prestressed structuregrouting and exhaustingpiercing process

中图分类号：TU375 文献标识码：A

预应力技术的出现极大的扩展了混凝土结构的使用范围，以往的预应力结构多用在水平构件上，如大跨度的梁、板，在竖向构件上使用较少，本文旨在探讨竖向超长的电视塔中预应力技术的结构特性以及施工方法。

1工程介绍

本工程中塔结构由塔身（含塔基）、塔座、塔楼、桅杆四个部分组成。其中，电视塔塔身为圆筒形钢筋混凝土结构，塔身高度263.100米，桅杆长86.900米，其中混凝土桅杆长27.600米，钢桅杆长59.300米；塔座为地下一层、地上三层框架结构，围绕塔身而建并与塔身相连；塔楼为8层钢框架结构，位于塔身上部，整个塔楼结构依附和支撑在塔身上。

竖向预应力钢绞线分布在从标高-9.700米至290.700米标高段。

2 预应力技术分析

在塔身中设置竖向预应力，其目的是为了满足塔身整体受弯验算，以及减小在正常使用情况下塔身的侧向位移和裂缝，满足正常使用功能的要求，设计的原理清晰明确，不再赘述。

整个工程的重点和难点就在于塔身预应力的施工，包含预应力孔道形成、预应力筋的穿束、张拉及灌浆。

2.1预应力孔道的形成

以往的工程预应力孔道的形成多使用镀锌波纹管，然而波纹管厚度小，强度低，容易破坏，并且一旦破坏出现孔洞时，会造成混凝土渗入孔道中的现象，从而对预应力效应的施加产生极大的危害。为了保证浇注混凝土时最大程度的不破坏预埋管，预埋管采用73mmx4mm镀锌钢管。

由于塔身分段浇筑混凝土，所以预埋镀锌钢管也应分段预埋，各段钢管之间采用丝扣连接。为了保证丝扣连接件的可操作性和准确性，塔身预应力的丝扣连接件采用正反丝扣连接套筒。预埋钢管的作用是为后张预应力的预设孔道，因此应保证整个预埋钢管在预应力筋穿束前不漏浆，不堵塞。

2.2张拉端节点安装

张拉端位置处应提前安装预应力喇叭口，然后再进行预埋钢管，节点的设计应满足强度要求，同时应便于施工，在本工程中设计如下的节点，(1)钢管斜向缓慢延伸出塔身，为钢绞线穿束提供足够的角度；(2)设置张拉牛腿，为张拉端垫板提供预埋空间；（3）牛腿中配置足够的局部承压钢筋和螺旋筋，满足局部承压要求；（4）保护好灌浆孔，防止初次浇筑时混凝土堵住灌浆孔无法灌浆；（5）预埋封锚胡子筋，节点需满足以上五个设计要求，经过有限元软件计算，满足强度要求。

2.3灌浆孔和排气孔设置

以往的工程中，预应力孔道多数是水平孔道，孔压不大，灌浆压力为1MPa的灌浆机械即可满足要求。在本工程中竖向高差达到300多米，一次性灌浆显然不具有可能性，分级灌浆成为必然选择。因此，灌浆孔和排气孔的设置非常重要，由于本工程中混凝土分节浇筑，每次浇筑高度约为5米，考虑每节设置一个通气孔兼做灌浆孔和排气孔，灌浆体密度为2.5x103kg/m3，每节灌浆体底部静压强为2.5x103x10x5=0.125MPa，考虑到0.5-0.6MPa的稳压要求，总压强约为0.725MPa，现有的灌浆机械满足使用要求。

2.4预应力筋的穿束

预应力孔道及节点铺设安装完毕后，又一个重要的环节就是预应力筋穿束。300米长的孔道，每根钢绞线的重量约0.4吨，每个孔道中往往多根，本工程中为每孔道7根，所以每个孔道钢绞线总重约为3吨；单根穿束不可行，因为钢绞线会拧在一起造成最后几根无法传入；加上摩擦阻力以及动力效应，所以穿束工作难度较大。本工程预应力穿束采用慢速卷扬机为牵引动力，选择自下而上整体穿束，由设置在塔顶的牵引装置提供动力，孔道中伸入一根钢丝绳用以提升捆绑到一起的钢绞线。

2.4.1绑扎固定

预应力筋按图同时考虑施工工艺操作长度下料后，运至现场，在铺设现场7根一束进行绑扎，每1~2米一个绑扎点，用薄钢片绑扎成束，防止在预应力穿束过程中预应力筋缠绕而造成穿束困难。

2.4.2预应力筋束端头固定

由于竖向预应力的特点，当自下而上穿束时，必须将预应力筋束与牵引钢丝绳可靠连接，而且从预埋钢管穿入，因此预应力筋束端头的固定成为重要节点。本工程采用一种特制的小型7孔锚具，锚具每孔只可以通过直径5毫米的钢丝，具体见图1。

预应力筋束端头的固定方法：预应力筋由7根直径5毫米的钢丝组成，因此在将预应力筋捆成束前，在每根预应力筋一端距离端头1米左右打散，将周圈多余6根钢丝切掉，只剩余中心1根直径5毫米的钢丝；然后每7根预应力筋进行绑扎，只剩一根钢丝的预应力筋端头全部穿入小型7孔锚具，用夹片顶紧。

图1 图2

2.4.3预应力筋束与牵引钢丝绳的连接

预应力束利用小锚具固定好后，用连接器将预应力筋束与牵引钢丝绳进行可靠连接，如图2.

2.4.4预应力的穿束

通过卷扬机将预应力束牵引至张拉端后，首先，用专用临时V型锚夹具将预应力束固定于喇叭口上；其次，将预应力束与连接器、小型7孔锚具分离，并将预应力筋穿入永久7孔锚具，并用夹片顶紧；然后，再用小型7孔锚具固定预应力束，并可靠连接连接器、牵引钢丝绳，松开临时V型锚夹具，通过卷扬机慢慢将永久锚具放置正确位置；（或者采用手动葫芦进行）。 最后，锚具放置正确可靠后，松开连接器和牵引钢丝绳，并分离小型7孔锚具，预应力穿束完毕。

3小结

本文通过某电视塔工程介绍了一种针对竖向超长预应力结构的新型施工方法，在预应力孔道的形成、灌浆和排气、预应力钢绞线的穿束等各个环节均做了详细介绍，可为相关的工程施工提供参考。

参考文献

1 预应力混凝土结构的三维有限元分析与研究，杨铮浙江大学2005-02-01

2 中央电视塔塔身竖向预应力混凝土结构施工 李晨光; 周华建筑技术1992-06-29

3 混凝土电视塔中预应力技术的应用汪祖培; 张小玲; 俞志雄; 彭国忠; 林波高效预应力混凝土工程实践1993-06-30

4 预应力在高耸结构上的应用研究任永青大连理工大学2002-03-25

5 预应力施工技术在超高建筑中的应用陈江; 陶继勇施工技术2006-09-18