无粘结预应力圆形施工工法

'圆形构筑物无粘结预应力混凝土施工工法一、前言   无粘结预应力混凝土技术，用于直线形混凝土梁、桁架、板等构件、矩形建筑物、构筑物，已是屡见不鲜的成熟技术，而用于圆形构筑物则不多见。由山西省建一公司承建的山西大同市西郊污水处理厂的3个Φ38m的大直径圆形水池，则是该技术首次在山西省亮相，施工的结果表明：采用无粘结预应力混凝土技术施工的圆形构筑物工序少、工艺先进、施工速度快、工程质量容易控制，经济效益也很明显。   二、特点   1．节省原材料，与普通预应力混凝土技术相比，池壁混凝土厚度可大大减小，可节省37.5％的混凝土用量，节省56.58％钢筋用量。   2．减少了施工工序，它无需像后张法预应力混凝土施工那样，要事先预埋波纹管或钢管预留孔道之后穿筋张拉、锚固，再灌浆。它是将无粘结预应力筋铺设在模板内，待浇筑混凝土达到规定强度后，即可张拉、锚固、封端。因而它工序简单、施工方便、工期短，并且不干挠正常的混凝土施工。   3．减少了施工设备的投入量，与绕丝及电热张拉相比较，无需外围再满搭设脚手架，无需变压器、半导体测温仪、电压、电流测量仪及喷浆等设备。   4．提高了圆形构筑物的整体性和刚度。   5．无粘结钢绞线的成型已是成熟生产工艺，所用原材料、锚夹具、张拉机具等产品质量稳定，便于市场采购。   6．技术含量高，能够缩短工期，质量容易保证，并且能产生明显的经济效益。   三、适用范围   本施工工法，适用于各种圆形水池、油池、筒仓等池壁和筒壁采用无粘结预应力混凝土的结构。   四、工艺原理   无粘结预应力混凝土是指配有无粘结预应力筋，靠锚具传力的一种预应力混凝土。其施工过程是：先将预应力筋铺设在模板中，待浇筑混凝土达到规定强度后，进行张拉锚固。   用于圆形构筑物池壁的无粘结预应力混凝土施工工艺，就是在绑扎构筑物池壁或筒身钢筋的同时，将预应力筋按设计要求逐环固定在模板内，然后浇筑混凝土。待混凝土达到设计强度后，利用无粘结预应力筋与混凝土不粘连，可滑动的特点，在两端头进行张拉，再利用工作锚具将钢绞 线锁紧固定于端头的锚固板上，用混凝土封闭锚固端，从而达到对圆形构筑物产生预压应力的效果。   五、工艺流程及操作要点   该工法的工艺流程如下：施工准备→安设外侧模板→绑扎圆形构筑物池壁钢筋→架设固定无粘结预应力筋位置的架立筋→铺设绑扎无粘结预应力钢筋→安放端头承压板及螺旋钢筋→隐蔽验收→安设内侧模板→浇筑混凝土→混凝土养护→安装锚夹具、张拉设备→预应力筋张拉→锚固封堵。   1．无粘结预应力筋下料。钢绞线的下料长度，应计算确定，综合考虑其曲率、张拉伸长值及混凝土压缩变形等因素，并应根据不同的张拉方法和锚固形式，适当增加预留长度50～100mm。   2．端头承压板和螺旋筋的设置。端头承压板和螺旋筋的埋设位置应准确，可用螺栓固定于模板内表面，以确保承压板表面与浇筑混凝土表面平整，平整度不宜大于3mm，且应保持张拉作用线与承压板面垂直。无粘结预应力筋的外露长度应根据张拉机具所需的长度确定，曲线筋末端的切线应与承压板相垂直，曲线段的起始点至张拉锚固点应有不小于300mm的直线段。   3．无粘结预应力筋的铺设和固定。无粘结预应力筋的竖向及水平方向的位置应按设计要求进行绑扎和固定，其垂直高度可用特制的定位支架来控制主筋位置的准确性。铺设钢绞线时，应从下部开始，每一固定点都要用22#铅丝绑牢。无粘结预应力筋的位置应保持平顺，其安装偏差应符合标准要求。   4．混凝土的浇筑和养护。无粘结预应力筋铺设完毕后，应进行隐蔽工程验收，当确认合格后方能浇筑混凝土。   混凝土宜采用大流动性的泵送混凝土施工，浇筑时严禁碰撞无粘结预应力筋、支撑架及端部预埋件，张拉端、固定端混凝土必须振捣密实。混凝土应一次浇捣完毕，不得留有施工缝，浇筑完后，应按要求进行养护。   5．张拉机具的检验。张拉设备的校验期限，正常使用不宜超过半年，新购置的设备和使用过程中发生异常情况的要及时进行配套校验，并出据校验报告。   6．张拉。   待结构混凝土强度达到设计或规范要求后，即可按设计给定的张拉顺序和张拉应力，依次进行张拉。   (1)张拉前应在锚固肋处搭设操作平台，对锚固肋上锚固筋的埋件位置、数量以及锚固肋的混凝土质量进行检查，对承压板表面进行清理并涂刷防腐涂料。   (2)张拉顺序如下：安装锚夹具→安装千斤顶→给油张拉→伸长值校核→持荷顶压→二次张拉→卸荷锚固→填写记录。    (3)张拉应自下而上，逐环进行，为使池壁对称受力，应采用4台千斤顶对一环两根无粘结预应力筋同时张拉。   (4)采用超张拉方法，其程序为：从零应力开始张拉到1.03倍预应力筋的张拉控制应力。即0～103％σcon持荷2min后锚固。   (5)无粘结预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求，如需提高张拉控制应力值时，不宜大于碳素钢丝、钢绞线强度标准值的75％。   (6)张拉力值的控制：采用应力控制方法张拉时，应校核无粘结预应力筋的伸长值，如实际伸长值大于计算伸长值10％或小于计算伸长值5％，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。无粘结预应力筋的计算伸长值和实际伸长值可按《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ／T92—93第5．3．6条计算。   (7)当千斤顶的额定伸长值满足不了要求时，只需将千斤顶反复张拉，即可满足任意伸长值的需要。   7．封堵锚固端。首先，应用无齿切割机割掉夹具外多余的钢绞线，外露长度不宜小于30mm，然后内灌防腐油脂，套上塑料封端帽。按图纸要求对封闭部分的混凝土池壁和混凝土锚固肋进行凿毛，涂刷粘结剂，再安设模板，由下往上逐层用C40细石膨胀混凝土封严端头。   六、材料   原材料的选用，除应符合GB50204《钢筋混凝土施工验收规范》中的要求外，还应符合下列要求：   1．无粘结预应力钢筋。无粘结预应力筋是指施加预应力后沿全长与周围混凝土不粘结的预应力筋。它由钢绞线或钢丝束，油脂涂层和塑料护套组成。   预应力筋可选用7Φ85钢丝束、Φj12.7和Φj15.2钢绞线，其形式如图1示。 用于制作无粘结预应力筋的钢绞线或碳素钢丝，其性能应符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB5224 95和《预应力混凝土用钢丝》GB5223—95的规定，常用钢绞线的技术指标及力学性能见表1、表2。2．锚具。无粘结预应力筋必须采用I．类锚具，锚具的静载锚固性能应符合《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ／T92—93的要求。由于两端同时张拉锚固，对于常用直径为Φ15.2和Φ12.7的单根钢绞线环筋的无粘结预应力筋的锚具，选用单孔夹片锚具(见表3)，采用二片式直开缝夹具。当锚具凸出混凝土表面时，其构造由锚环、夹片、承压板、螺旋筋组成。其锚环和夹片形式见图2。 锚具组装件的零件材料，应按设计图纸的规定采用，并应有机械性能证明书。无证明书时，应按国家标准进行质量检验。材料不得有夹渣、裂缝等缺陷。   锚固采用锚具凸出混凝土表面的作法，张拉后，用工作锚具将其锚固，其形式如图3所示    3．混凝土。池壁混凝土应采用C40以上的大流动性混凝土，浇筑时不留施工缝，应一次连续浇灌完毕。拌制混凝土的水泥、砂、石应有出厂合格证，进场后应按规定抽样复验。   4．池壁钢筋；池壁钢筋混凝土中所选用钢筋无特殊要求，但是由于布设预应力钢绞线的需要，因此，两排立筋中应间隔1000-1200mm设1个定位支架，以便控制主筋位置。   5．封堵。本工法主筋锚固端的封堵，采用的是2mm厚的白色塑料封端帽，略比锚具大一些，如图4所示。七、机具设备   张拉机具，根据张拉力值选用YCN—25型前置内卡式液压千斤顶和与之配套的油泵。无粘结预应力筋张拉机具及仪表，应由专人使用和管理，并定期维护和校验。   其他机具：便携式钢筋砂轮切割机1台(备砂轮片3～5片)，30m钢尺1把，150mm的钢板尺4把，指挥工具1套。   八、劳动力组织及安全   1．张拉时，每一台拉伸机处应有3人操作，分别为：操作拉伸机1人，测量记录1人，操作油泵1人；一个水池张拉时所需人员为：每个锚固端3人，指挥1人，电工1人，安全员1人。总需人员为n个锚固端×3人+3人。   2．安全措施。   (1)为防止张拉时预应力筋发生断裂和油管崩裂伤人现象，操作现场周围10米范围内不应有闲杂人员，以防不测。   (2)搭设操作平台应稳固，应能承受设备及操作人员的重量。   (3)所选用的电缆线应完好无损，如有破损应及时用防水绝缘胶带缠裹严密，以防漏电伤人。   (4)张拉时，拉伸机应与承压板垂直，高压油管不能出现死弯现象。   九、质量要求   1．对钢绞线的检验及要求。   (1)进场检查，对进场的预应力钢绞线，应按照GB／T5224—1995标准规定。检验其力学性能。按JG3006—93和JG3007—93标准规定检查预应力筋外包层材料和内灌油脂的质量。   (2)铺设检查，检查预应力筋的下料长度和其摆放位置的准确性和牢固程度。铺设完后的两端头外露长度为+50mm、﹣0。   2．对混凝土的质量要求及检查。检查混凝土同条件试块的抗压强度，确认其达到设计要求后，方可进行张拉。检查端头锚具承压板与混凝土表面的平整度，其平整度应不大于3mm。   3．对锚夹具的质量检查。锚夹具的检验应按《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》GB／T14370—93执行。    (1)外观检查。从每批中抽取10％锚具，但不少于10套，检查其外观与尺寸，如有一套表面有裂纹或超过产品标准及设计图纸规定尺寸的允许偏差则另取双倍数量的锚具重做检查，如仍有一套不符合要求，则应逐套检查，合格者方可使用。   (2)硬度检验。按每批抽取5％的锚具做硬度试验，每个零件测试3点，其硬度应在设计要求的范围内。如果有1个零件不合格，则另取双倍数量的零件重做试验；如果仍有1个零件不合格，则应逐个检验，合格者方可使用。   4．静载锚固性能试验。对经过检验合格的锚具，取出6套，组装成3个预应力组装件，进行静载锚固性能试验，应满足《无粘结预应力混凝土结构技术规程》中第2．3．1条要求。检查结果如有1组试件不符合要求，则应再取双倍数量的锚具重做试验，试验后如果仍有1个不符合要求，则判该批锚具不合格。   5．对张拉设备的检验。选用YCN—25型前置内卡式拉伸机和与之配套的油泵。技术参数分别为工作压力50MPa，额定压力250kN，工作行程170mm，重量24kg。张拉设备的检验期限，正常使用不宜超过半年，对新购置的张拉设备和使用过程中发生异常情况的，要及时进行配套检验，并应有校验报告，要求压力表的精度不宜低于1.5级。   十、效益分析   1．原材节约。以直径38m的沉淀池为例，与后张法、电热张拉施工方法相比较，除了池壁混凝土应具备的钢筋混凝土外，还要对主筋再包裹一层混凝土，仅此部分钢筋混凝土就可节约19100元左右，即每立方米池壁混凝土可节约124元。还可节约脚手架费用7.89元／m2。   2．工具节约。以此工法施工圆形水池、油池，免去了原后张法预留孔道所用的芯管、灌浆机具或电热张拉法所用的机械设备和喷射混凝土的机具。   3．不受气候影响。采用先张法或电张法施工的混凝土水池、油池等构筑物，在进入冬季后，便不宜室外施工，而用该技术施工，则不受气候的影响。冬期施工中，仅在锚端封堵时，局部采取防冻保温措施，费用很少。   十一、工程实例   由山西省第一建筑工程公司施工的大同市西郊污水处理厂，是日处理50000m2污水的大中型环保工程，一期和二期工程中共有3个直径为38m，高度4.5m的二次沉淀池和两个直径为12m的曝气池，都采用无粘结预应力施工工艺进行施工。全部施工完成之后，按设计要求进行满载试水，结果各项技术指标均符合设计要求，工程投入使用后也未发现渗、漏水及其他异常情况，工程经当地质量监督站核定为优良等级。   如将这几个水池与以往施工的同类型非预应力混凝土结构相比较，可节约钢材39.8t，节约混凝土376m3，同时由于无粘结预应力混凝土技术具有工艺简单，施工方便，不受季节、气候的影响， 因而这5个水池缩短工期12天，节省了大量的机械、模板租赁费用，共产生经济效益约23.695万元，不仅为国家减少了建设投资，同时我们施工企业也取得了明显的经济效益，该项新技术确实值得大力推广。'