論無粘結預應力對超長結構混凝土的防裂抗裂措施

胡阿平

摘要：無粘結預應力技術在超長結構混凝土中的應用，可提升防裂抗裂效果，應科學開展溫度應力的計算工作，并使用后澆帶的方式開展處理工作，通過合理的施工時間安排及采取切實可行的施工措施，在超長結構混凝土防裂抗裂措施是可行的。本工程于2012年10月完成結構施工，2012年12月完成暖封閉并進入裝修階段，且已經過了高溫、高冷等外界特殊環境的考驗，截至目前沒有出現裂縫等問題，故，證明此防裂抗裂方式均成功、有效。

Abstract： The application of unbonded prestressing technology in ultra-long structural concrete can improve the anti-cracking effect. The calculation of temperature stress should be carried out scientifically， and the post-casting belt should be used to carry out the treatment work， and the reasonable construction time should be passed.Through reasonable construction schedule and practical construction measures， it is feasible to prevent cracking of super-long structural concrete. The project completed the structural construction in October 2012， completed the warm closure in December 2012 and entered the renovation stage. It has passed the test of special external environment such as high temperature and high cold. So far， there have been no cracks and other problems. The crack prevention and crack resistance methods are successful and effective.

關鍵詞：無粘結預應力；超長結構混凝土；防裂抗裂；措施

Key words： unbonded prestress；super long structural concrete；anti-cracking；measures

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0143-03

1 工程背景

為響應中央關于大力發展文化事業和文化產業的號召，貫徹落實《國務院關于印發<文化產業振興規劃>的通知》（國發〔2009〕30號），大力發展遼寧省文化事業的建設，適應社會對文化事業發展需求，將遼寧省圖書館新館規劃于沈陽市渾南新城，從新城總體規劃，統一其它場館建筑風格，本工程建筑高度22m，總建筑面積為103150.45m2，決定了該建筑平面面積較大，按圖書館的使用功能，應考慮大空間和開放式要求，建筑形式不宜設置過多的變形縫，在優選的設計方案中就體現了建筑平面大，為此提出了超長結構混凝土施工及結構抗裂更高要求。

工程位于中國遼寧省沈陽市，屬典型嚴寒氣候。溫度變化對建筑結構會產生較大的應力，超長混凝土結構的施工、抗裂是需要解決的一個根本性問題，決定了建筑結構的安全性、耐久性。

2 本工程特點

整個建筑基底面積28000m2，平面面積大，高度22m；建筑平面劃分為五個區段，見圖1。上、中、下段東西長度101m，右段南北長190m，超出了規范規定的最大允許長度，尤其是右段區域。溫度荷載作用混凝土結構，對于高度不高，平面尺寸大的結構形式，須考慮水平溫差效應，所謂的水平溫差效應主要由整體溫差產生。各段之間連接處設伸縮縫，除左段外，各段長度均超過100m，溫度對結構的影響較大，需進行溫度應力分析和采取混凝土抗裂措施。

3 設計控制措施

①依據既定的建筑設計方案，在不改變建筑風格和平面功能布局的基礎上，結構設計過程中采取溫度應力分析，提出超長混凝土結構抗裂設計措施。大地溫度變化小，近似恒溫，因此可認為地下部分結構溫度保持恒定，可不考慮溫度作用的影響，項目地基為非巖石類，依據遼寧省地方標準《地下混凝土結構防裂技術規程》最大允許長度確定地下結構長寬各為100m；地下室結構按照長寬各100m設計，在上部荷載變化較大處設兩道沉降后澆帶；在垂直沉降后澆帶方向設一條溫度后澆帶和混凝土膨脹加強帶，混凝土膨脹加強帶采用高一強度等級的混凝土且摻加12%高效膨脹劑（SY-K）膨脹混凝土；通過試驗室試配，膨脹混凝土膨脹系數達到49.9%，滿足混凝土收縮變形。故本工程采用無粘結預應力鋼筋混凝土結構，即解決了結構自重也節省了工程投資。

②在地上部分結構中，上段、中段、下段沿南北方向居中設置溫度后澆帶，在右段沿東北向設四條溫度后澆帶，施工期，各段最大長度分割為不大于50m的獨立施工段，適應施工期混凝土收縮變形。

③增加構造鋼筋和增大配筋率，設置無粘結預應力筋。在對溫度應力進行計算的過程中，可以結合平面框架類型與空間有限元類型的方式開展計算工作，在這兩種方式應用的情況下，最大的作用特點較為一致，主要為：底層的結構的溫度應力很大，層數越高應力就會減少。對稱軸部位的應力也會逐漸增加，兩端開始出現效果，會出現拋物線的分布現象。在此期間，使用有限元的方式開展工作，可以通過兩層中間部位最大應力的設置方式開展工作，將應力控制在1.4MPa左右，端部結構的最小應力在0.4MPa左右。在三層中部結構中，最大的應力會在0.5MPa左右，兩端結構中的最小應力會在0.3MPa左右。在結構自收縮的情況下，會出現次拉應力的現象，導致出現超長結構方面的抗裂問題。在此期間，如果可以在結構處理的過程中使用預應力的方式進行處理，就可以避免出現次拉應力的現象。可以滿足抗裂方面的要求。在此期間使用無粘結預應力技術，可以全面提升工作有效性，保證靈活進行建筑布置，提升張拉錨固結構的施工效果，保證強度符合要求。在此期間，溫度應力產生的原理較為相似，在預壓應力傳遞的過程中，會受到豎向結構的影響，端部到中部結構的應力會降低，此類溫度應力的分布會發生矛盾，為了可以更好的進行處理，應科學開展預應力筋的處理工作，提升布置效果。

1）在后澆帶設置的過程中，可將其分為布筋類型與張拉類型的結構，可以結合溫度應力的分布情況，發現中段區域之內的預應力筋逐漸增多，兩端結構的預應力筋減少，可促進應力的削弱處理，在一定程度上可建設大預壓應力，將鋼筋的直徑控制在？準j15@350范圍之內，兩端的預應力筋的直徑控制在？準j15@500左右。

2）在分段張拉，進行前段與后端區域的處理，保證在后澆帶封閉之前，進行中段的張拉預應力處理，在保證設計強度符合要求的情況下，進行合理的張拉預應力處理，預防損失問題。在實際工作中可以結合有限元的分析情況，應開展預應力計算結果的分析工作，明確二層中段預壓應力情況，將其控制在1MPa左右，將最大的溫度應力控制在1.6MPa左右，在一定程度上，可以通過預壓應力的方式抵消溫度應力，不僅可以提升工作效果，還可以進行強度設計值的處理。在此期間，還需進行預應力筋的合理布置，在混凝土材料中合理加入膨脹外加劑材料，以此促進混凝土的合理收縮處理，并通過拉通鋼筋結構的方式，預防裂縫問題。

④在實際工作中需針對平面尺寸很大的結構進行分析，了解豎向構件特點，規避工作問題。在樓層發生負溫差問題的過程中，應結合具體的收縮受拉特點開展工作，并進行豎向荷載的研究，保證增強各方面工作效果，更好的進行剪切變形問題的預防。在受水平剪力最大的柱設計成型鋼混凝土，植入H型鋼和增加構造鋼筋。

⑤超長混凝土結構的抗裂措施在現行規范中并無相關規定，抗裂的設計措施確定后需組織專家論證其可行性、有效性。通過專家組對設計方案充分論證，對設計方案把關，一致認為超長混凝土結構抗裂的設計措施可靠，能滿足結構安全性和耐久性。

4 組織措施

從超長混凝土結構的設計抗裂措施中可知，混凝土結構抗裂主要是在施工過程中，主要是減少施工過程中溫度極差的影響，避免溫度變化引起早期混凝土裂縫，影響混凝土安全性和耐久性。混凝土收縮是一種隨時間而增長的變形體，硬化初期發展較快，二周可完成整體收縮的1/4，一個月可完成1/2，三個月完成60～80%，以后增長較慢，一般兩年后基本達到穩定。

結合工程總工期目標，將混凝土結構施工期安排在3-6月份，利用后澆帶對結構進行分倉，在施工期可以自由變形，混凝土硬化過程中完成60～80%收縮變形，基本趨于穩定；3個月后，沈陽秋季溫差進一步縮小；該時間段即安排后澆帶合攏，將溫度影響減至最小。

5 施工質量控制措施

由設計階段對超長混凝土結構應力分析和采取的抗裂措施來看，在施工階段也應結合設計技術措施，合理采取施工技術措施。主要采取控制混凝土質量、關鍵部位鋼筋施工質量、預應力混凝土分項工程質量、鋼結構質量、混凝土養護等措施。

5.1 原材料質量控制

混凝土原材料質量控制，在滿足混凝土強度要求的同時，還需選用水化熱小、收縮小的水泥；降低級配砂率和水灰比，按試驗結果摻加高效抗裂膨脹劑；鋼材選用知名品牌優質高鋼的鋼材、預應力鋼絞線、型鋼、錨具。

5.1.1 鋼絞線包塑方面的處理措施。在使用此類施工原材料的過程中，需將防腐油脂材料與塑料包裹層材料作為主要內容，按照工程質量標準與材料的使用原則，科學的進行管理協調。在此類材料的應用之下，應合理的進行聚乙烯材料或是聚丙烯材料的處理，預防聚氯乙烯材料的應用，將溫度控制在零下20攝氏度到零上70攝氏度之內，在低溫環境之下不會出現脆化現象，在提升化學穩定性的情況下，保證具有韌性優勢與抗破壞優勢，預防對原材料性能的影響，保證不會出現侵蝕問題，提升防水性能。

5.1.2 鋼絞線涂層防腐油脂，對于此類材料而言，在應用期間需將溫度控制在零下20攝氏度到零上70攝氏度左右，不可以出現流淌現象，保證預防裂變問題，提升韌性并符合要求，在增強化學穩定性的情況下，科學開展混凝土材料與鋼筋材料透水性能的管理工作，預防滲漏問題，保證抗腐蝕性能，并提升潤滑效果。

5.2 預應力筋錨固

在此類施工技術方式實際應用的過程中，應科學進行錨環結構、夾片結構、承壓板結構與螺旋筋結構的質量管理工作，在施工之前應做好質量驗收工作，通過科學化與合理化的驗收方式完成任務，如表2。

5.3 施工過程質量控制

施工過程主要控制型鋼、鋼筋、預應力鋼絞線加工質量，重點控制安裝質量，按規范要求加強關鍵節點的施工質量，重點控制混凝土的澆筑質量，做好養護工作。

5.3.1 無粘結預應力筋：在實際工作中，需針對無粘結的預應力筋進行合理分析，了解長度特點，并在廠家合理分析加工尺寸與長度序號，將其黏貼在端部結構中，結合施工情況與進度等開展包裝處理，然后運輸到施工現場，在科學下料處理的情況下，使用無齒鋸成束進行合理的切割處理，避免發生導電問題。且在實際加工環節與運輸環節期間，應針對外皮進行處理達到保護作用，以免出現漏油現象。如果出現破損現象，就要使用密封性能較高的膠帶材料開展修補工作，以此提升整體工作效果。

5.3.2 預應力筋施工期間的鋪設措施。在實際工作中需要結合下料組裝的設計順序開展鋪設處理工作，檢查原材料規格特點、尺寸特點、數量特點，結合施工設計標準，進行端部配件位置的合理處理，提升準確性。在進行預應力筋處理的過程中，需結合具體設計規范與位置要求，進行垂直偏差的合理處理，在板內結構施工中需將偏差控制在5mm左右，梁體之內的偏差控制在11mm左右，進行水平方向偏差的嚴格管理。在此期間，還需結合鋪設工作特點進行合理的處理，保證曲線配置工作符合要求，并進行曲線段起點與錨固點位置的處理，保證符合要求。在此期間需預防曲率過大的問題，保證在預應力筋的伸長處理情況下，結合設計標準與要求進行處理。

5.3.3 承壓板的處理措施。在實際工作中，需結合梁、板結構的截面尺寸特點與鋼筋排布特點，科學開展設計工作，然后根據實際狀況，進行主筋間距的分析，保證梁、板錨筋位置的合理性，錨筋位置正式固定后再澆筑混凝土。澆筑混凝土時不得碰撞預應力筋并開展合理的綁扎工作，在完成之后要對其進行固定處理，保證位置準確性，并在混凝土材料澆筑完成后，詳細檢查錨墊板的位置，并在規范及技術規程要求內，進行合理的矯正處理，保證提升固定效果，符合施工發展需求。

5.3.4 在混凝土澆筑施工的過程中，不可以出現承壓板的擾動問題，預防預應力筋的影響。在此期間不可以出現滲漏問題，應提升混凝土結構的密實度，在嚴格管控的情況下，通過試驗方式進行處理，以此形成防裂抗裂施工體系與規模。

5.4 控制后澆帶的合攏時間，需滿足后澆帶兩側混凝土齡期和室外溫度要求，同時具備后才能澆筑后澆帶混凝土。

5.5 控制預應力張拉質量，按施工方案要求張拉順序進行張拉，張拉過程中控制張拉應力和張拉質量；張拉后的錨具封閉質量控制，確保預應力的可靠性。

5.5.1 無粘結預應力鋼絞線張拉

①無粘結預應力鋼絞線張拉前應有同條件試塊、標樣試塊的砼強度試驗報告，且砼強度達到設計規定強度100%時方可進行張拉。

②無粘結預應力鋼絞線張拉設備和儀表必須滿足無粘結預應力鋼絞線張拉要求，且有國家檢測機構的標定合格證和定期維護記錄。無粘結預應力鋼絞線張拉所使用的千斤頂和壓力表，必須配套標定、配套使用。標定的無粘結預應力鋼絞線張拉千斤頂活塞的運動方向應與實際張拉工作狀態一致，張拉設備的標定期限均在有效期內。

③無粘結預應力鋼絞線張拉要嚴格按設計要求和已審批的施工方案進行張拉，避免因張拉順序問題對結構造成質量影響，在張拉過程必須逐束詳細填寫張拉記錄表，在張拉過程中如出現張拉數據異常或鋼絞線伸長值超標等現象時必須立即停止張拉，對問題數據做好記錄，并詳細查明問題出現原因，制定切實可行的措施后，方可繼續張拉。如發現加片出現傾斜情況，根據經驗其原因為千斤頂與錨板不垂直造成的，需改變張拉方法，采用張拉器將預應力鋼絞線拉出5mm，卸載已加載的力是夾片松動，然后調整設備位置將傾斜的夾片位子校正后頂牢頂緊，再次進行頂進張拉，如調整后問題未得到解決，則需更換整套錨拉配件。

④無粘結預應力鋼絞線張拉時，在張拉端必須設有面積足夠大的操作平臺（腳手架），操作平臺設在無粘結預應力鋼絞線張拉端以下0.5m為處。

⑤無粘結預應力鋼絞線張拉時，需提前將其張拉端模板及雜物清理干凈，采用專業工具剝掉無粘結預應力鋼絞線塑料套，安裝上單孔錨，無粘結預應力鋼絞線塑料皮不得進入夾片內，防止滑絲。按施工圖要求確定預應力砼板中無粘結預應力鋼絞線張拉力F=0.75*1860MPa*140mm2=195kN。無粘結預應力鋼絞線實際伸長值與理論伸長值允許偏差為（-6～+6）%范圍之內。

5.5.2 預應力筋張拉結束后，對其錨固區進行封閉保護是一道十分重要的環節，首先對張拉后的無粘結預應力采用砂輪機切除多余部分的預應力筋，嚴禁采用電弧焊切除，且預應力筋的外露長度不應小于預應力筋直徑的1.5倍，且不應小于30mm；再對無粘結筋端頭和錨具夾片應套上內涂防腐蝕油脂的塑料帽；然后采用與構件同強度等級的細石混凝土、微膨脹混凝土、同標號砂漿對錨固區的錨具進行封閉保護，并做好養生保護防止收縮裂縫，影響后期保護層作用。

5.6 加強施工過程中實體的變形監測工作，并由具有監測資質的單位完成，過程數據為論證設計措施的合理性和后澆帶合攏時間提供參考依據。

6 結論

無粘結預應力技術用于超長結構是防裂抗裂的有效措施，預應力筋應通過溫度應力的計算確定。合理的留設后澆帶是必要的，通過合理的施工時間安排及采取切實可行的施工措施，在超長結構混凝土抗裂措施是可行的。本工程于2012年10月完成結構施工，2012年12月完成暖封閉并進入裝修階段，已經受了高溫與寒冬季節等特殊環境的考驗，目前未發現裂縫，證明各項抗裂措施均成功、有效。

參考文獻：

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