預應力空心板預制施工技術

唐承源

摘 要：本文主要介紹某10萬噸級碼頭工程預應力空心板預制的施工技術，從張拉臺座方案選擇、施工工藝流程、張拉臺座設計等方面，為今后同類型預應力空心板的預制提供參考。

關鍵詞：預應力空心板;施工技術

中圖分類號：U655? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）05-0090-02

1 工程概況

某10萬噸級碼頭工程碼頭面預制安裝預應力空心板和非預應力空心板共280塊，共有6種型號，分別是KB1、KB2、KB3、KB4、KB5和KB6。其中KB1、KB2、KB3和KB4為預應力空心板共203塊，KB5和KB6為非預應力空心板共77塊。預應力和非預應力空心板均為C45高性能砼，其中，預應力砼量為：3980.2m3，非預應力砼量為：587.7m3。

2 張拉臺座方案選擇

預制空心板在某預制場進行預制。由于空心板的寬度較寬，達到2.7米;張拉應力大，設計張拉力達到787.8噸。空心板重量在40～61噸不等，重量較重，采用一組門式起重機吊運空心板的出槽，并配合空心板砼澆注。門式起重機兩支腿間距為15米，每槽的寬度為3.5米。傳力柱設計為邊柱寬度500mm×高度800mm和中柱寬度900mm×高度800mm兩種，根據實際寬度進行布置，只能設置三條空心板預制生產線。為了減小張拉受力鋼梁的跨度，將傳力柱斷面在張拉端部局部加大，使張拉鋼梁凈跨為2.7米，并在傳力柱端頭底部增設一道鋼筋砼橫梁，使整個受力結構為框架受力結構，減小傳力柱的偏心受壓應力。

張拉鋼梁采用30mm和20mm厚鋼板加工焊接而成，由于預制空心板的型號種類較多，每種空心板的鋼筋間距都不相同。為了確保鋼梁對所有空心板均可以施工，采用二根矩形鋼梁組合成一根張拉鋼梁，并在鋼梁之間留有一條40mm寬的縫，供張拉鋼筋用。為了確保在張拉過程中張拉臺座的砼受壓能均勻受壓，在張拉臺座上預埋鋼板來擱置張拉鋼橫梁。鋼橫梁設計成一根通長的整體鋼梁，并和梁端預埋件焊接成一整體，使鋼梁成為一根三跨連續鋼梁，減小張拉時對傳力柱的偏心壓力。

3 施工工藝流程

底模制作→鋼筋張拉→鋼筋綁扎→穿空心膠囊→外模支立→澆注混凝土→拆模和抽膠囊→養護及防腐→放張→堆放和倒運

（1）底模制作。由于每跨板寬均有五種以上不同板寬的空心板，每條線生產出一批同類型的板之后，就要換制其它類型的空心板。所以在預制過程中，底板寬度不斷地變化。為了適應預制的需要，底模采用混凝土和木模結合的底模。在每槽中心選擇寬度為最小的三種板型為最初的預制空心板底模做混凝土底模。需要第二次以后制其它寬度類型的空心板時，在兩邊對稱增加所需制的空心板寬度的木方進行施工。長度以最長的空心板根據實際制作。

（2）鋼筋張拉。①綜合考慮本工程方案選用單端單根張拉的施工方案。千斤頂選用600kN可張拉精軋螺紋鋼的千斤頂進行張拉。②張拉鋼筋直徑為28mm，精軋螺紋鋼和張拉鋼筋間采用特制的連接器進行連接。鋼筋采用三級鋼進行施工，先對鋼筋單根進行冷拉。千斤頂采用YCW60B-200型。根據千斤頂的校核證書，推算出回歸方程為：Y=0.0884*0.5338，直徑28mm的三級鋼筋冷拉力為：401.92KN，張拉力為：321.54KN，油表讀數為36.1Mpa和30Mpa。根據冷拉規定要求;在冷拉到設計應力后，持荷3分鐘后緩慢回油，直到沒有應力。③張拉順序為：以先外后里的原則進行。先張拉每塊板外側鋼筋，從板的外側對稱地向板中進行張拉。這樣可以減小張拉鋼梁在張拉時產生撓度對張拉鋼筋的張拉力的影響。

（3）鋼筋綁扎。在預應力鋼筋張拉完成后，進行鋼筋綁扎。鋼筋綁扎嚴格按照施工規范進行施工。由于設計施工圖中沒有設計膠囊固定鋼筋，在鋼筋綁扎時要求按一定間距綁扎一排膠囊加固鋼筋。加固鋼筋要固定在底板和頂板鋼筋之上，防止膠囊上浮和下沉。

（4）外側模支立。外側模板采用定型鋼模板，端模由于張拉鋼筋和預留空心孔洞，整塊模板無法施工，采用分片拼裝式模板進行施工。外側模支立時，利用張拉的傳力柱對模板進行加固。下中外側模夾住底模后，在外側模和傳力柱之間利用傳力柱為支撐點將底中撐住。上口板內采用鋼頂撐確保板內尺寸，同樣利用傳力柱打支撐調整外側模的垂直度和平直度及上口位置。

（5）混凝土澆筑。空心板混凝土為C45高性能混凝土，根據規范要求對配合比進行設計，并經試拌，各項指標均檢驗合格后確定施工配合比。混凝土坍落度采用70～90mm。混凝土按分層進行澆注，分層厚度不大于30cm，共分三層。在澆注時，由于有膠囊的影響，振搗和下料時應注意膠囊的位置。下料要均勻，振搗時不要過振，防止膠囊上浮和偏移。

（6）拆模、養護和防腐。在澆注混凝土完成后，在混凝土強度達到0.25Mpa后，側模和膠囊就可以拆除。放掉膠囊內的壓縮空氣，人工將氣囊從構件中抽出，膠囊抽出后及時用水將膠囊上的混凝土沖洗干凈，以便周轉使用。混凝土澆注完成在混凝土達到初凝以后及時進行混凝土澆水養護，養護期不少于7天。側模拆除后及時進行外表面的防腐施工，并進行養護。

（7）放張。在混凝土強度達到設計強度的80%后，開始進行預應力鋼筋放張工作。為了確保空心板在放張時，不受放張時產生的沖擊力，采用千斤頂進行放張。具體方法是采用千斤頂進行二次張拉預應力鋼筋，張拉到應力值后松開錨固螺母進行放張。

（8）封頭和底板防腐。空心板堆放在堆放場地后，先將空心孔洞用堵頭板按設計位置堵住，然后支立封頭模板，進行空心板堵頭和空心板封頭混凝土施工。同時對底板進行防腐施工。

4 張拉臺座設計

4.1張拉臺座長度

張拉臺座長度按下式計算[1]（按槽數量最多的最長的計算）：

L=l×n+（n-1）×2+2K=15.44×5+（5-1） ×2+2×1.9=89（m）。

式中： L―張拉臺座長度（m）;l―構件長度（m）;n―一條生產線內生產的預制梁數（片）;K―臺座橫梁到第一根構件端頭的距離，這里取1.9m。張拉臺座結構如下所示：

4.2張拉臺座穩定性驗算

4.2.1 斷面計算

設傳力柱橫截面為矩形，中間為：高h=800mm;寬b=900mm。兩邊為：高h=800mm;寬b=500mm。砼標號C30，抗壓強度為fc=14.3MPa。中間的傳力柱橫截面面積A=b×h×2=900×800×2 =720000mm2。兩邊的傳力柱橫截面面積A=b×h×2=500×800×2 =400000mm2。Nmax =8114KN 作用在中間傳力柱，按中間傳力柱的斷面計算。Nmax =4057KN 作用在二邊傳力柱上，按二邊傳力柱進行邊上的傳力柱的斷面計算。

其中間的正截面受壓承載力應符合下列規定：

Nmax≤0.9φ（fcA+f'yA's）;

Nd=0.9φ（fcA+f'yA's）=0.9×0.95×14.3×720000= 8803KN

Nd> Nmax=8114KN，符合要求。

兩邊的傳力柱為Nmax≤0.9φ（fcA+f'yA's）

Nd=0.9φ（fcA+f'yA's）=0.9×0.95×14.3×400000=4891KN

Nd> Nmax=4057KN，符合要求。

由于 取φ=0.95，根據鋼筋混凝土構件縱向彎曲系數表，以小的兩邊傳力柱進行控制驗算。可得，L0/b=12，Lo=12×b=12×0.5=6m

查構件縱向彎曲時的計算長度表2，傳力柱是直桿，兩端按鉸接，因此取Lo=1.0L，L=Lo/1=6/1=6m

根據以上計算得出，兩個傳力柱的自由長度為6m。即，兩傳力柱之間沿長度方向最長6m就要設一道橫向聯系梁，才能保證傳力柱穩定。

4.2.2配筋計算

兩邊的傳力柱按構造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=500×800×1%=4000mm2，用13根φ20鋼筋，箍筋采φ8鋼筋，間距為200mm。中間的傳力柱按構造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=900×800×1%=7200mm2，用23根φ20鋼筋，箍筋采φ8鋼筋，間距為200mm。

4.2.3張拉橫梁計算

因鋼梁是三跨連續鋼梁，設計時按凈跨3.5米進行設計。橫梁按局部承受均布荷載計算：q=8114/2.46=3298KN/m。

跨中最大彎距：M=ql（2l-L）/8=3202 KN×2.46m× （2*3.5-2.46）/8=4470KN·m

鋼梁的剪力為：V = Nmax /2=8114KN/2=4057KN

（1）強度計算：

鋼梁所需截面抵抗矩：

Wu=M/f=4470KN·m /215Mpa=20719cm3

采用鋼板焊接組合梁：鋼梁采用二個矩形的組合鋼梁，尺寸為寬30cm，高105cm，腹板鋼板厚2cm，頂板鋼板3cm。

鋼組合梁的斷面抵抗矩：W2=bh2/6- b1h12/6=60×1052/6-52×992/6=26882 cm3;

W2/ Wu=26882/20719=1.30，滿足強度要求。

（2）抗剪計算：

鋼梁的剪應力為

τ=V/F=4057KN/（60*6+105*8cm2）=33.8N/mm2

（3）剛度計算：

鋼梁變形值計算（只取熱軋工字鋼慣性矩，撓度計算值偏大）ωmax=5qL4/（384EI）=5*3298*3504/（384×2060000×2538*105/2）=2.35（mm）

5 結語

通過數百件預應力空心板（先張法）的成功預制，不但提前完成業主的工程任務，又取得了良好的經濟效益和社會效益，為今后同類型預應力空心板的預制提供參考。

參考文獻：

[1] 江正榮.建筑施工計算手冊第二版[M].北京：中國工業建筑出版社.2007.