云南航站楼超长预应力钢绞线机械穿束施工工法

'超长预应力钢绞线机械穿束施工工法1、前言自20世纪80年代以来，为了扩大空间，增加空间分割自由度，大型桥梁、高层、超高层建筑和超长混凝土结构大量涌现，预应力混凝土成为桥梁等大跨度工程首选的施工技术。预应力混凝土具有用途广、强度高、是比较有发展前途的工程技术之一，与普通钢筋混凝土结构相比，预应力混凝土结构具有挠度小、跨度大、自重轻、抗裂性能好、节约钢材等诸多优点。在增加了建筑物的实用性和美观性的同时也加大了工程施工难度。昆明新机场航站楼楼前高架桥主桥工程，桥宽50米，全长432米，共计三联，单联长度144m（钢绞线单股长155米）。钢绞线用量共计700余吨，累计约延长米，工期紧张，如何缩短施工工期和确保超长预应力穿束的实现是一具有重大挑战的技术难题。在**新机场航站楼楼前高架桥（F2-M桥）、**机场高速两面寺立交桥工程及昆明二环快速系统改造工程，施工过程中我公司会同云南建工**建设有限公司和四川省**工程技术公司昆明分公司，对预应力机械穿束技术进行了认真研究与实验，成功应用了预应力机械穿束技术，逐步形成超长预应力钢绞线机械穿束施工工法。由于在解决超长有粘结预应力穿束和缩短施工工期方面效果明显，其技术先进、操作方便，有显著的社会和经济效益。**新机场航站楼楼前高架桥（F2-M桥）获2010年度云南**集团建筑科技进步一等奖结构质量十佳工程。停车楼及高架桥、引桥综合施工技术设计与应用技术获云南建工集团2010年度科技进步奖一等奖。2、工法特点2.0.1传统预应力钢绞线穿束通常使用人工穿束，最大人工穿束长度约在70m以内，超长预应力人工穿束费工费时，波纹管内钢绞线数量越多越难实施，施工多采用分段牵引方式，必须在波纹管上开牵引孔，存在质量隐患。本工法可实现150m～200m超长预应力穿束； 2.0.2在解决了超长预应力穿束难题的同时，有粘结预应力穿束施工难度得到了大幅度降低，降低了施工成本。机械穿束由4人加一台设备为一个作业组，施工速度快，平均穿束速度达40m/min，最快可达78m/min；2.0.3使用机械穿钢绞线时无需提前下料，对作业面无特殊要求。钢绞线用钢管架设下料盘固定，成捆使用，下料盘设置灵活，离梁端头可近可稍远，结构需要多长就穿多长，可明显减低原材损耗及避免下料误差；2.0.4本工法所使用穿束机总重约60Kg,拆装、移动极其方便。3、适用范围200m以内有粘结预应力混凝土结构钢绞线穿束施工。4、工艺原理预应力钢绞线穿束机，由一个基座，基座前侧固定了电机、制动装置、砂轮切割机，后侧固定两块固定板，四组转动轮（主动轮、从动轮、副主动轮、副从动轮）设于固定板之间，五个两两啮合的齿轮等主要构件组成。图4-1预应力穿束机平面示意图图4-2预应力穿束机剖面图在完成预应力孔道波纹管埋设、检查验收，穿束机安装就位后，预应力钢绞线的一端从基座后侧装入，预应力钢绞线依次穿过后侧的定位孔、主动轮、和从动轮之间的凹槽、副主动轮和副从动轮之间的凹槽、前侧的定位孔之后穿进对应的波纹管道口，然后调节调整螺母使螺杆下降压迫轴承座和副轴承座，直到所有转动轮都尽可能的夹紧预应力钢绞线，最后启动电机。 图4-3预应力穿束机各齿轮配合关系将钢绞线穿过穿束机定位滚轮控制钢绞线及运行方向，采用电机作为动力，带动由齿轮组成的减速装置将钢绞线穿入波纹管内。通过变频控制系统，可灵活自如的控制钢绞线前进或后退的速度。钢绞线穿束过程中遇到阻碍能迅速退回，检查、调整后再重新穿束。5、施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程施工前期准备→放线定点→焊接托架筋→安装预应力波纹管→焊波纹管定位筋→安装锚垫板、螺旋筋→检查验收波纹管→机械穿入钢绞线→检查预应力钢绞线数量和孔道质量→进入下道工序施工。5.2操作要点5.2.1波纹管安装与锚垫板埋设波纹管是用来预留预应力孔道的，因此预应力混凝土用波纹管应内、外清洁，无油污，无孔洞和不规则褶皱，咬口无松动，无开裂，无脱扣，在一定的外荷载作用下，有抵抗变形的能力，在浇筑混凝土过程中水泥浆不能渗入管内。1.波纹管的埋设1）预应力波纹管坐标根据施工图所示预应力筋孔道曲率、控制点坐标进行打点放线，对应的孔道坐标用粉笔在钢筋架上标记定位。2）波纹管的选用根据设计要求选用波纹管预留孔道（超长预应力结构宜优先选用塑料波纹管），针对不同的束选用相应的波纹管直径以保证管道内一定面积的空隙以利灌浆、穿束。 3）波纹管托架为保证波纹管埋设高度、曲线坐标及混凝土浇筑过程中位置的准确，采取φ12托架筋焊于梁箍筋上，根据并沿长度方向每米用φ6的U型钢筋电焊在托架筋上，确保管道在混凝土浇注时不上浮，不变位。管道容许偏差纵向不大于30mm，竖向不大于10mm。图5.2.1-14）波纹管接长当波纹管需接长时，用大一号的波纹管做接头，接头管长度为300mm～400mm，在接头处用胶带密封，防止渗漏。如图所示：图5.2.1-25）准确的孔道波纹管预埋（孔道坐标、曲率、曲线），是保证预应力工程施工质量的关键，同时也有利于预应力筋穿束施工的顺利进行。6）做好成品保护工作，防止人员踩踏变形、移位和波纹管损坏，保证预应力工程质量和防止穿束堵管现象。2.锚垫板埋设1）根据束的根数的不同，选用与之相适应的锚板及螺旋筋。2）安装时，先安装螺旋筋，再安装锚垫板，锚垫板的端部平面应与钢束轴线垂直，必要时可将螺旋筋、锚垫板与周围钢筋焊接在一起。3）锚垫板安装时注意灌浆孔应朝上布置。锚垫板与波纹管连接处用海绵或棉纱将缝隙填充密实，并用塑料胶布缠绕密封，防止漏浆。张拉端锚具安装示意图如下： 图5.2.1-3固定端锚具安装示意图如下：图5.2.1-45.2.2机械穿束1.作业平台准备机械穿束施工前，应搭设可靠的穿束施工作业平台。作业平台需满足同时容纳2人和一台穿束设备所需作业面（不小于1.5m×3.0m）。2.钢绞线为预应力工程的主要材料，其质量好坏直接影响到整个工程的质量，因此对所用的钢绞线应严格检查、验收、妥善存放。3.每条梁的预应力波纹管埋设完并且端头板固定好后，架设穿束机械，吊运钢绞线至梁端头附近，用钢管架设下料盘固定钢绞线，下料盘适当靠近穿束位置(水平距离小于20m，垂直高差小于15m)。4.穿束本工法所采用的机械穿束由4个人和一台穿束机组成一个工作组（穿束梁两端各1人、钢绞线下料盘1人、机械操作1人），准备就绪后开机穿束，根据锚具及千斤顶所需尺寸预留外伸长度（约900mm）后切断，完成单根穿束，如此循环直至穿束完成。 6、材料与设备6.0.1材料材料表表6.0.1-1序号设备名称设备型号数量备注1波纹管Ф90、Ф110根据工程需要2无粘结预应力筋Φs15.23群锚QM15-9、QM15-11、QM15-12、QM15-16、QM15-184钢管Φ48×3.5作业平台及钢绞线固定6.0.2设备设备需用表表6.0.2-1序号设备名称设备型号单位数量用途1穿束机3.0kw台1穿束2手提式砂轮机0.6kw台1钢绞线切割3砂轮切割机1.4kw台3波纹管切割4电焊机33.6KVA台3波纹管托架5角磨机台2钢绞线端头打磨6活动扳手22把2搭设作业平台及下料盘7对讲机TX-818台3信号联络7、质量控制7.1工程质量控制标准预应力钢绞线应按照国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003)要求进行检查、检验和验收合格后方可使用。锚具标准应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370-2007)的要求，且应满足应力幅度为120Mpa动载试验，经200万次荷载循环无断丝;锚具配套产品如锚垫板、锚下螺旋筋尚应满足设计及相关规范要求。预应力管道采用塑料或金属波纹管，性能应符合《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T529-2004）或《预应力混凝土用金属螺旋管》（JG/T3013-1994）标准规定的要求；7.2质量保证措施7.2.1钢绞线不得锈蚀（浮锈除外），钢绞线不得有死弯，否则应切除；7.2.2应采取措施防止钢绞线污染，特别是油污； 7.2.3波纹管卷制完成后，进行水密性实验等工作。预应力筋下料场地清洁，下料、挤压锚具完成后将钢绞线编号盘好，下垫枕木，并用防雨布包裹严实备用。7.3过程控制7.3.1穿束过程中严格控制钢绞线的伸出长度和预留长度，确保材料不浪费；7.3.2穿束时，钢束运行过程中，专人负责观察、控制运行情况，避免出现钢绞线穿破出波纹管还在继续运行的情况；7.3.3穿束结束后，专人负责检查穿束的数量，两端均要检查、核对，严格依照设计要求穿束；7.3.4若发生堵管致钢绞线过弯的现象，要及时回退、切除，更换预应力筋重新进行穿束，保证钢绞线的成型质量。8、安全措施8.0.1穿束时必须设置牢固可靠的操作平台，临边作业时，须有安全可靠的外平台及防护措施。操作时应在显著位置挂安全警示牌，交叉作业时，应在作业平台上方铺设隔离防护板,严防高空坠物伤人。高处作业严格执行《建筑施工高处作业安全技术规范》。8.0.2钢绞线应设置下料盘，防止钢绞线散开。钢绞线从下料盘到梁端的路径设置隔离区，搭设防护栏，专人全程监护防止钢绞线随意甩动伤人。8.0.3机械穿束作业人员须经上岗培训合格，优先选择熟练操作工人施工，防止机械伤人、穿出端伤人等意外事故。8.0.4穿入端、穿出段、下料盘三个位置必须设专人监护，并建立三点之间通讯联系。8.0.4施工用电应符合《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）标准规定的要求，现场用电应由专业电工负责搭接，必须保证用电安全，所有电箱须有漏电保护装置，防止漏电伤人，做到人走电断。严禁私拉乱接，施工用电必须有专业人员操作，严禁非专业人员动电，以防触电伤人。9、环保措施9.0.1预应力钢绞线包装材料应分类回收。9.0.2废弃短料回收后应妥善保存，用于较短的构件上，减少资源浪费。 9.0.3作业面上禁止有油污污染钢绞线。9.0.4穿束机更换的润滑油脂，必须妥善收集处理，严禁随意倾倒。10、效益分析本工法可实现150m～200m超长预应力穿束，为超长、大空间预应力混凝土结构设计、施工提供了更大的选择空间。在工程成功应用机械穿束实例，经济效益大大提高，下为传统穿束与机械穿束效益对比情况分析表：效益分析表表10.0-1穿束形式传统人工穿束机械穿束技术工期无改善缩短60%操作人数15人以上2-4人速度速度不均匀、容易损伤波纹管匀速且高速，不容易损伤波纹管相关设备需要吊车、卷扬机等机械配合预应力穿束机安全无改善降低施工难度及安全风险11、应用实例11.1昆明新机场楼前高架桥昆明新机场航站楼楼前高架桥（F2-M桥），东西向长432m，宽50m，桥高16.05m（-5.45m～+10.60m）。位于B1～F2层，为离港层大平台,下卧昆明市轨道交通6号线航空港南站，F2-M桥与停车楼重叠范围内墩柱共构，出停车楼两侧与两侧F1-R桥和F1-L桥相接的分联公用墩处设置盖梁，全桥一色现浇清水混凝土连续箱梁。2010年11月1日至2010年12月31日，在短短的60天内完成混凝土27839.5m3、钢筋制安4715.6t、模板制安72200m2、支架搭设约30万立方米，Φs15.2钢绞线共计705.024t（约64万米），钢绞线单股长155m，预应力穿束从开始到结束仅持续了9天，大大提高了工作效率，保证了新机场“12.31”重大进度节点目标的如期实现。施工图片：图11.1-1 图11.1-2图11.1-3图11.1-34图11.1-5图11.1-611.2机场高速两面寺立交桥工程机场高速两面寺立交桥工程于2010年2月开工，2010年6月竣工，工程位于昆明新机场高速路第一标段金瓦路，分为左幅和右幅，左幅：5联，共计417m；右幅：4联，共计387m。现浇连续箱梁的高度在3m至27m之间，金瓦路上梁宽从19.71m变化至27.49m。主要截面形式为：梁高1.8m，顶板厚度为0.22m，底板厚度为0.20m，腹板厚度为0.45m～0.65m。预应力筋机械穿束长度达90m～115m。 预应力机械穿束技术在机场高速两面寺立交桥工程得到了成功应用。施工图片：图11.2-1图11.2-211.3昆明二环快速系统改造工程昆明市主城二环快速系统是昆明市交通畅通工程的关键性项目，是实施现代新昆明建设的一项重要任务，对缓解主城区交通压力、合理分布交通流量具有极其重要的作用。该工程已被列为昆明交通环境整治的关键性工程，并得到了昆明市委市政府的高度重视和大力支持。昆明市二环系统于2009年9月4日开工，2010年5月1日竣工，工程全长27.08km，系统由两层体系组成，高架层为快速系统，主要承担快速交通和较长距离的迂回交通；地面层为城市慢速系统，主要承担沿线进出高架的转换交通。全线上部结构采用现浇预应力混凝土箱梁、普通钢筋混凝土箱梁和连续钢箱梁三种结构形式。最大高度为34m，桥面宽度为8m、13m、24m，箱梁高度为1.8m～2.3m。预应力穿束长度100m～120m，最长达126m。预应力机械穿束技术在昆明二环快速系统改造工程得到了成功应用。施工图片： 图11.3-1图11.3-2'