大面积、超长有粘结预应力楼盖施工工法

'大面积、超长有粘结预应力楼盖施工工法工法编号：RJGF(闽)—S2—2009完成单位：福建省第五建筑工程公司主要完成人：吕建星吴炳来蔡自力1前言随着经济发展，单层面积、柱网间距大的商场、会议中心、展览厅、车站等大型建筑物日益增多，这类建筑经常采用现浇后张有粘结预应力楼盖，即楼盖的框架主、次梁采用有粘结预应力梁，且整个楼盖不设缝、面积大、长度超长。在预应力施工中如何做到楼盖一次成型，避免分段施工，分段张拉，简化施工程序，缩短工期。我司在施工的福建晋江SM商业城、厦门SM商业城的施工中进行了探索。经过不断的总结、完善，形成了本施工工法，该工法关键技术获1999年度福建省工程建设系统QC成果二等奖。厦门SM商业城大面积、超长预应力施工技术应用获2003年福建省科技进步三等奖。本工法在实际施工应用中取得了良好的社会效益和经济效益。2工法特点2.0.1预应力施工与其它专业施工密切配合，穿插进行，充分利用结构面积大的特点，使其它工序与预应力施工工序合理搭接，在不影响工期情况下达到节约成本的目的。2.0.2超长预应力筋交叉搭接，使大面积预应力楼盖一次成型，避免分段施工、分段张拉，简化施工程序，节约工期。2.0.3预应力筋布设灵活，可按受力需要布设成各种曲线形式，按实际需要进行分束；预应力筋固定锚固端、张拉端设置灵活；预应力筋、锚具利用率高。2.0.4预应力的张拉、灌浆设备系统化、轻便化，人员专业化，施工效率高，安全可靠，成本低。3适用范围本工法适用于大面积、超长后张有粘结预应力楼盖结构预应力砼的施工，主要针对楼盖纵横两向连续长度超长，主、次梁跨度超15米，配有大量有粘结预应力筋的工程。13 4工艺原理本工法所指的大面积、超长楼盖指面积超过5000M2，连续长度超过60M，楼盖框架主、次梁均配置预应力筋的楼盖。由于预应力束长度受到摩擦损失的限制，一般单端张拉曲线束应小于两跨，两端张拉曲线束应小于四跨，因此存在超长预应力束连接的问题。本工法预应力束采用交叉搭接布束方案（如图4），即在连续梁中间支座两端设置张拉锚固端，使预应力束之间通过交叉搭接连接起来。中间张拉端设在梁顶或梁侧。采用这种连接方式使楼盖超长预应力梁不必分段施工，整条梁同时铺设预应力筋，同时浇灌，同时张拉，从而简化整个楼盖的施工。针对结构单层面积大，每层施工周期长，预应力工程规模大的工程，本工法在施工工艺中强调对预应力施工过程的检查及成品保护。同时结合结构特点，合理控制施工节奏，充分利用模板架料的周转，达到节约成本的目的。图4交叉搭接布束示意图5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程安装梁支架安装梁底模、一面侧模、隔跨板模绑扎梁钢筋波纹管制作预应力筋铺设钢绞线下料梁筋调整封另一面侧模、其余板模13 绑扎板筋预应力筋铺设检查浇梁板砼→制作砼试块砼养护，拆侧模清理张拉头，灌水检查张拉←压砼试块孔道灌浆→制作水泥浆试块封锚←孔道水泥浆养护拆底模及支撑←压水泥浆试块图5.1预应力楼盖施工工艺流程图5.2绘制施工翻样图施工前，根据现场情况对预应力设计图进行细化，绘出安装翻样图，以指导现场施工。现场施工的翻样图包括：非预应力筋位置详图；预应力筋分束及其编号；预应力束在每个固定支架处的高度；预应力筋与非预应力筋的位置关系详图；预应力束锚固端的位置及安装详图；梁柱节点细部详图等。翻样图应经设计单位审核认可。5.2.1非预应力筋位置详图对非预应力钢筋需要详细定位的主要有梁面纵筋、柱主筋。梁面设置张拉端时，梁面筋排列应使中间两根面筋净距大于锚环直径，中柱主筋的排列应保证预应力束能顺利穿过柱节点，边柱主筋的排列应保证端部张拉端能顺利张拉。图5.2.1-1～5.2.1-3为典型非预力筋的排列详图。图5.2.1-1梁面筋排列示意图图5.2.1-2中柱纵筋排列示意图图5.2.1-3边柱纵筋排列示意图5.2.2预应力筋分束编号13 预应力梁配有较多钢绞线时，应根据现场的实际情况进行分束，一般每束为5-12根钢绞线，大于12根预应力束，锚垫板太大，不利安装及张拉，但若每束根数太少，则束数过多也不利于排管。每根梁预应力束最好能排成一排，束间净距、预应力束保护层应不低于75mm。预应力束在梁截面的排列应对称。预应力束的长度单端张拉最长不超过两跨，两端张拉不超过四跨。应尽量采用两端张拉，以减少预应力束搭接数量。分束后在翻样图上给出每束编号。5.2.3预应力束位置高度根据设计的预力束曲线形状，确定预应力束在每一固定支架处的垂直、水平位置，当以箍肢作为支架时，由于箍筋位置随意性较大，翻样图上预应力束固定点的位置可能与现场筋箍位置相距一段距离，因此除给出预应力曲线束在固定点的高度外，还应给出该点斜率，以供现场修正，修正大小为该点的斜率乘以该点与箍筋的距离。5.2.4锚固端设置张拉端最好设在梁端，超长束存在交叉搭接，应在梁中间支座处设置张拉端，张拉端可设在梁面或梁侧，梁较宽且预应力束在支座处不是太高时，可按图5.2.4-1设在梁面，此时锚垫板上缘应尽量提到与主筋齐平,若梁面筋较多，锚垫板可放梁面筋之下。梁面张拉端应在垫板后面留槽口，槽口内的箍筋做成开口箍（如图5.2.4-2），等张拉完后再弯回并焊好。宽度较小的次梁按图5.2.4-3把张拉口设在主梁侧，为防止主梁受到侧向剪力过大，以及张拉时次梁侧面砼发生崩裂，梁在张拉端处应加肋，梁侧张拉端须在楼板面预留尺寸700mm×1400mm张拉洞口(如图5.2.4-4)。预应力束交叉搭接应尽量分散于整条梁各支座处，当支座一则有多束搭接时，梁面有多个张拉口，按图5.2.4-5所示位置放置。图5.2.4-1梁面张拉示意图图5.2.4-2梁面张拉口处开口箍示意图13 图5.2.4-3梁侧张拉示意图图5.2.4-4梁侧张拉预留洞示意图图5.2.4-5梁面多个张拉口布置图示意图5.2.5梁柱节点详图框架结构梁柱节点是预应力筋、非预应力筋最密集的地方，特别是预应力束交叉搭接处，纵横预应力束很多，应认真考虑排列，图5.2.5为典型柱节点构造详图，主梁预应力束分两排放置，每排不超过三束，以免过多削弱柱截面。在梁柱节点处，应准确绘出梁面筋、柱筋及预应力筋位置关系，同时应注意柱节点箍的放置，内套箍放置困难，且会影响预应力束的矢高，在允许情况下可改为拉钩。图5.2.5梁柱节点处预应力束布置示意图`13 5.3操作要点5.3.1预应力钢绞线下料及运输1预应力钢绞线应存放在防雨棚内，下料场地宜为水泥砂浆硬地面。2下料前根据图纸计算出每束预应力筋的长度，锚具后的张拉预留长度：梁面张拉应增加1.4m～1.5m，梁侧张拉增加0.7m～0.85m，曲线预应力束每跨长度按[1+8/3（δ2/L2）]L（其中L为跨度，δ为矢高）计算。3切下钢绞线束卷成2m直径的圆盘，用铁丝扎牢，并挂好木牌，分类堆放整齐。4钢绞线垂直运输采用塔吊，现场若未安装塔吊，可用人工逐根上传。5.3.2铺设1预应力筋在梁钢筋绑扎完之后开始铺设，铺设按焊支架→固定波纹管→穿束→调整→固定锚垫板→装穴模顺序施工。2支架用Ф12钢筋直接焊于箍肢上，每80cm～90cm一步，注意箍筋下砼垫块强度应保证，防止垫块被压碎。支架高度根据翻样图计取、修正。3波纹管用16#铁丝交叉绑扎在支架上，接头用比母管直径大3mm接头管连接，也可以用两片剖开的波纹管套接，并用胶带密封连接处。4钢绞线穿管应待波纹管固定后进行，短束采用逐根穿入，两端拉长束采用整束穿入，由于束较长，现场制作穿束导引帽(如图5.3.2)及一些滚轮，作为穿束辅助工具。图5.3.2穿束导引帽示意图5穿束后开始固定锚垫板，设在梁面的张拉端锚具，固定垫板时应注意垫板的角度、位置，以免影响以后张拉，由于在张拉端附近预应力束较多，垫板前方的预应力束很难与垫板垂直，施工时应认真调整，否则张拉容易出现断丝。6锚垫板后的预留张拉槽采用泡沫塑料作穴模，装模前钢绞线用塑料布包扎保护好，锚垫板喇叭口内用填充物塞严，特别应注意对梁面张拉口的保护。5.3.3预应力筋铺设检查1由于工程规模大，铺设好的预应力筋难免受到意外的损坏，隐蔽前应对预应力工程半成品按以下要求作全面检查：1)钢绞线是否被电焊烧伤。13 1)波纹管是否被损坏。2)张拉口是否被非预应力筋挡住。3)张拉口穴模是否受损或移位。4)灌浆管、泌水管是否损坏。2浇筑混凝土时，应派专人护管，对振捣时出现波纹管意外受损或灌浆管、泌水管被破坏应及时进行修复。3混凝土浇筑完后必须再检查管道是否通畅。5.3.4张拉1张拉顺序为先次梁，后主梁。张拉时，混凝土强度达到设计要求后可进行张拉，设计文件无具体要求时，混凝土强度不应低于设计强度值的75%。2张拉时，设在梁面的张拉端，因锚垫板陷入梁面，张拉空间受梁面筋限制，张拉采用变角张拉或在千斤顶前方加延长筒（如图5.3.4）；中间张拉端前方预应力曲线束曲率较大，张拉前应仔细对中，并在锚板孔四周及夹片外周涂上润滑剂，避免张拉时出现断丝；由于预应力束较长，弯折较大，整束内每根钢绞线可能松紧不一，因此张拉前先用小千斤顶逐根预拉5%σcon，然后再整束按0.15σcon(量初值)→σcon→持荷3分钟顺序张拉到位。张拉到最后要持荷数分钟，持荷可增加伸长量2～3%。图5.3.4梁面采用延长筒张拉示意图5.3.5灌浆1短束灌浆管设在端部，长束设于曲线束中部低处，泌水管（兼排气管）设在预应力曲线束最高点，因框架梁最高点刚好在柱内，为不影响上层柱的施工，泌水管可设在柱侧，考虑到柱侧高度略低于柱中，在柱两侧均设泌水管，若在高点有少量泌水，从一侧补浆能轻易从另一侧排出泌水。2考虑到要及早拆模，灌浆用水泥浆的实际强度可适当提高，因施工面积大，水泥浆的水平运输长，且灌浆机、料斗等要经常移动，需要消耗一定时间，水泥浆除泌水率、流动度必须满足规范要求外，初凝时间应达到1.5～2小时。3灌浆前孔道应灌水洗净、润湿，灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断。13 灌浆时，压力控制在0.3Mpa左右，单端拉短束，从一端灌向另一端，两端拉长束，从中间向两端施灌，灌完封闭排气管后应适当加压，以保证管道水泥浆密实。灌完1～2小时后进行二次压浆，最后还须安排专人补浆，直至泌水管水泥浆不再下沉为止。5.3.6封锚1封锚前先切除外露钢绞线，切割采用φ180手持砂轮切割机。2切割应保证夹片后至少有30mm的外露长度且钢绞线末端有25mm的保护层。3最后清理砼表面，复位非预应力筋，锚头涂一层环氧胶泥，用微膨胀细石混凝土封锚。5.4与其它工种的配合5.4.1模板安装：梁板模分两次安装，先安装底模、一面侧模及一半板模（呈梅花形安装），然后安装梁筋及预应力筋，检查合格后再安装其余模板。对预应力梁，梁底模起拱高度取0.05%－0.1%L。5.4.2钢筋调整：预应力筋等梁钢筋基本完成之后开始铺设，由于预应力筋铺设时往往要移动部分梁筋，特别在柱节点处，预应力筋位置经常与梁筋冲突，必须调整部分梁筋才能穿行，少量梁箍、柱节点箍及拉接筋须等预应力筋铺完之后再安装。故预应力筋铺完之后必须对钢筋进行调整才能封模。5.4.3重新支撑：因施工面积大，在浇上一层砼时一般不保留下一层的全部支架，下层模板支架在梁张拉完之后即全部拆除，施工上层板时，下层板应承受上层板重量及施工荷载，根据相关规范要求，必须进行重支撑，支撑架的数量应根据计算确定，重支撑不宜顶得过紧，等上层浇混凝土时再逐个打紧。5.5劳动力组织预应力工程施工可成立预应力专业项目经理部，项目部设项目经理1名，施工员1-2名，质检员1名，材料员1名。根据工程大小及进度要求设1-2个施工班组，每个班组25-30名工人。对每道工序，人员最低配置为：下料4名；铺设15-25名；张拉每台千斤顶配4名，共需8-12名；灌浆15名，其中后台4名，运输3名，前台8名；切头2人一组。6材料与设备6.1材料6.1.1钢绞线：采用低松弛高强钢绞线（φ15.2,1860级），必须符合GB/T13 5244《预应力混凝土用钢绞线》的要求，进场后应对钢绞线力学性能进行复检。力学性能除强度外还必须进行延伸率试验，良好的延伸率是减少断丝的保证。6.1.2锚具：应符合《预应力筋用锚具、夹具、连接器》GB/T14370规定的一类锚具的要求，固定端采用挤压锚、压花锚等，张拉端采用夹片锚。静载试验由厂家提供，现场应抽检锚夹片硬度。6.1.3波纹管：波纹管可在现场卷制，钢带选用0.3mm×36mm镀锌钢带，钢带应有足够的延性，镀锌质量应保证。波纹管采用双波管，按《预应力混凝土用金属螺旋管》JG/T3013的规定进行验收，检验次数可根据卷波机的工作状况适当增加。6.1.4灌浆管：灌浆管应采用耐压，高韧性塑料管，内径20mm，壁厚2.5mm，弧形压板也必须采用韧性好的塑料。6.1.5灌浆材料：灌浆所用的水泥和外加剂必须确保所配制的水泥浆良好的可灌性及低泌水率，水泥宜选用标号不低于42.5普通硅酸盐水泥，外加剂可选用适量膨胀剂及减水剂。其氯离子含量应低于规范的限值。6.2设备6.2.1钢绞线下料采用砂轮切割机，现场切割外露钢绞线采用Φ180手持式砂轮切割机。固定端挤压锚采用挤压机。6.2.2张拉设备根据每束钢绞线的根数选用不同吨位的千斤顶，8-12根采用250吨级，6-7根采用150吨级，4-5根采用100吨级。油压泵选用ZB4-500电动油泵，压力表精度为1.5级。根据工程规模及施工进度，千斤顶、油压泵配置2-4台套。施工前应对千斤顶、油压表配套标定。6.2.3灌浆采用的机具为两台砂浆搅拌机、一台UB3型灌浆机、一个装料斗、数辆手推车。还有一台灌浆机、高压水泵备用。同时应准备备用电源。7质量控制7.1质量控制标准7.1.1质量控制标准除执行《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204的规定外，尚应满足以下两点：1预应力筋束形控制点水平方向允许偏差：±10mm。2锚垫板安装角度允许偏差±2°。7.2质量保证措施7.2.1预应力钢绞线强度高，张拉力大，对锈蚀、损伤及高温均很敏感，应防止钢绞线长时间受雨淋，下料场地应整洁。13 7.2.2波纹管虽然仅作为成孔材料，但若质量控制不好，容易引起堵管，应把好其质量关。波纹管主要控制其刚度及咬口质量，应选用双波波纹管。另外，大面积预应力工程，从布管到隐蔽间隔较长，宜选用镀锌波纹管，防止波纹管生锈。7.2.3组织参加施工的各工种进行交底，强调保护预应力半成品重要性，防止木工钻梁对拉螺栓孔时损伤钢绞线；其它工种在预应力筋附近电焊时，应采用湿布对其进行保护。采取措施防止波纹管被钢筋工、木工损坏，泥水工在浇砼时对波纹管和灌浆管的损坏。7.2.4预应力束支架若固定在箍筋上，应点焊固定，必要时进行加固。箍筋下应有砼垫块。预应力束可用双根铁丝交叉绑扎于支架上或在支架上加焊垂直挡筋，防止水平方向移位。7.2.5锚垫板安装应由技术过硬工人安装，安装后逐个检查垫板是否垂直预应力束，螺旋箍位置是否准确，垫板后方张拉空间是否被钢筋遮挡。7.2.6张拉应制定合理张拉顺序和张拉值，减少因张拉先后顺序不同而造成的预应力损失。张拉前应清理张拉口杂物，保证预应力筋清洁。夹片表面及锚板孔周必要时应涂润滑剂，保证夹片顺利跟进。张拉时，应保证千斤顶轴线，锚板轴线，垫板轴线重合。7.2.7为保证灌浆时管道通畅，防止堵管，隐蔽前应由专人检查波纹管是否损坏。浇混凝土时筑派专人跟班看护，混凝土浇筑完毕，应立即检查管道是否堵塞，一旦发现，应处理后方可张拉、灌浆。8安全措施8.0.1预应力施工操作人员进行高空作业，用电及机械设备使用时，应执行国家现行标准和遵照国家、地方颁发的有关安全规定。8.0.2预应力施工尚应遵守以下安全措施：1吊运波纹管必须至少两个吊点，并用卡子卡紧，钢绞线盘应用铁丝绑扎牢固，防止吊运时松散开。2在板面上抬运钢绞钱盘时，前后应互相照应，行走路架应牢固可靠。解开钢铰线盘时应互相配合好，防止弹出伤人。3穿束时，路架应铺设结实，悬空处牵拉时，应系安全带。4张拉用脚手架应牢固可靠，吊千斤顶横杆应经过核算。高空作业时，千斤顶应悬挂固定，以免预应力筋拉断掉落伤人，各种工具、锚具、夹片应注意保管和装卸，防止掉落伤人。5张拉时应有专人统一指挥，张拉禁止闲杂人员围观，操作人员应在千斤顶两侧工作，沿千斤顶轴线上不得站人。13 6灌浆时，灌浆的机械接口应拧紧到位，应有人在各孔道旁观察出浆情况以防喷浆伤人。施灌人员应穿防护服，戴上防护镜及防护手套。7用手提砂轮锯切割外露多余预应力筋时，应防止砂轮碎片飞溅伤人。8配制环氧胶泥时，应防止乙二胺溅到皮肤，若不慎乙二胺溅到皮肤，应马上用清水冲洗干净。9环保措施9.0.1张拉设备的油压泵废机油，不要随便遗弃，应由环保部门指定的单位回收。9.0.2张拉后切下的钢铰线头、废波纹管等可回收资源，应充分回收，以节约资源。9.0.3锚垫板后的预留张拉槽采用泡沫塑料作穴模，混凝土浇完后拆除穴模时，泡沫塑料应及时收集，避免到处乱飞。9.0.4灌浆时，应避免水泥浆到处流淌，应设专门泥浆池。清洗灌浆设备废浆，或外溢的水泥浆，应妥善收集，倒入泥浆池处理后方可排放。10效益分析10.0.1社会效益1大面积、超长楼盖采用预应力结构，建筑物的跨度可以设计得更大，层高更小，提高整幢建筑综合效益。2大面积超长结构，采用有粘结预应力结构大大减少裂纹出现可能，提高结构的耐久性。10.0.2经济效益1对于大面积预应力结构，大量采用两端张拉，其锚具、钢绞线利用率高，施工效率高，从而降低单位吨数预应力的工程造价。2预应力束采用交叉搭接连接，避免分段施工，大大节省工期。3大面积预应力砼结构，施工时如果配合使用用快拆模板等新技术应用，可大量减少模板的投入，节约用工，还可加快施工的进度。11应用实例11.1福建晋江SM商业城11.1.1工程概况13 晋江SM商业城是菲律宾华侨投资兴建的大型商场，地下一层，地面四层，总建筑面积16.5万m2，单层面积达3.43万m2。该工程于1995年2月开工，1999年7月竣工。整个楼盖由两条伸缩缝分成三个区段，每一区段的面积超过1万平方米，长度达最大达146m，该工程楼盖主次梁均设计成后张有粘结预应力梁，为典型的大面积、超长预应力楼盖，大跨度框架结构，柱网尺寸大，最大达20m×20m，该工程预应力钢绞线用量达1500吨，15m～20m跨度框架主梁断面为700mm×1200mm和700mm×1400mm，钢绞线一般为40-50根，最多达59根。次梁断面为200mm×1000mm，预应力筋6-14根。梁柱混凝土设计强度均为C50。11.1.2施工情况该工程采用本工法施工，预应力筋采用单端张拉及两端张拉，单端拉一般1-2跨，两端拉最多为3跨，超长预应力筋采用搭接连接。每层梁板按三个区段流水施工，每个区段施工连续进行，施工进度得到保证，每层梁板施工周期为三个月。工程仅配一层多模板支撑，模板因使用快拆支撑而在同层周转使用，经济效益明显。11.1.3工程评价(略)11.2厦门SM商业城一期11.2.1工程概况厦门SM商业城与晋江SM商业城由同一业主投资兴建的大型商场，为大面积有粘结预应力框架结构，其地下一层，地面五层，总建筑面积12.6万m2，单层面积达2.1万m2。该工程于1997年5月开工，2001年5月竣工。整个楼盖由两条伸缩缝把平面分成一个中区和两个边区。柱网尺寸最大达15.5m×18m，其主次梁均设计为后张有粘结预应力梁，预应力钢绞线总用量达809t。11.2.2施工情况该工程采用本工法施工，超长预应力筋采用搭接连接，并大量采用两端张拉，主体结构施工每层按中区、边区进行流水作业，施工进度快，每层板施工周期仅为两个月，其中预应力筋铺设占用10天工期，而养护、张拉、灌浆占用14天工期。同时还大量节约周转架料，仅配一层支撑，模板采用快拆支撑，经济效益明显。11.2.3工程评价(略)11.3厦门SM商业城二期11.3.1工程概况厦门SM商业城二期与厦门SM商业城一期隔路而建，二幢建筑用一座大型天桥连接。为大面积有粘结预应力框架结构，其地下二层，地面五层，总建筑面积10.9万m2，二层地下室面积为3.8万m2。上部单层面积达1.25万m2,为三幢独立单体建筑。该工程于2006年5月开工，目前已经峻工。工程柱网尺寸最大达18m×18m，其主梁设计为后张有粘结预应力梁，预应力钢绞线总用量达410t。13 11.3.2施工情况该工程采用本工法施工，超长预应力筋采用搭接连接，预应力筋采用单端张拉及两端张拉，单端拉一般1-2跨，两端拉最多为3跨，主体结构施工进度快，每层板施工周期仅为一个月，其中预应力筋铺设占用5天工期，而养护、张拉、灌浆占用7天工期，经济效益明显。11.3.3工程评价(略)13'