緩粘結預應力技術在北京大興國際機場工程中的應用研究

蔣方新 袁勇軍 陳尚志 姚張婷 衛千峰

摘? ? 要：對緩粘結預應力技術在北京大興國際機場工程中的應用進行了介紹，包括緩粘結預應力與傳統有粘結預應力的比較，技術選型，緩粘結預應力施工工藝及注意事項等，為緩粘結預應力在類似工程中的應用提供參考。

關鍵詞：緩粘結預應力;工程應用

1? 前言

緩粘結預應力技術是繼有粘結預應力、無粘結預應力技術之后發展而來的第三代預應力技術。其以優良的結構性能與耐久性能、便捷的施工工藝越來越得到設計單位、施工單位認可，近年在多項具有影響力的典型工程中得到應用，應用規模逐年擴大。

緩粘結預應力技術的核心是緩粘結預應力鋼絞線，緩粘結預應力鋼絞線由三部分組成，由里向外依次為，鋼絞線、緩凝粘合劑（亦稱緩粘結膠粘劑）、外包護套，其組成示意圖如1所示。其中鋼絞線為普通鋼絞線，強度級別為1860MPa，其與有粘結預應力、無粘結預應力所使用鋼絞線相同。緩凝粘合劑是緩粘結預應力鋼絞線最重要組成部分，其在施工狀態呈稀膏狀，起潤滑作用，施工張拉過程中鋼絞線可自由伸縮張拉。施工完成后緩凝粘合劑逐漸固化，最終固化強度可達到C50以上。因此，緩粘結預應力鋼絞線具有兩個指標參數，即張拉適用期與固化期。張拉適用期是指緩粘結預應力鋼絞線從生產出來至仍適合張拉的時間段，此階段摩擦系數較小，張拉容易。一般的，此階段摩擦系數[μ]不超過0.12，緩粘結預應力鋼絞線需在張拉適用期以內完成張拉，超過張拉適用期亦可張拉，但需根據實際情況評估摩擦損失大小是否滿足設計意圖。外包護套起定型與保護作用，外包護套呈肋狀，須將內部緩凝粘合劑亦定型成肋的形狀，后期受力是依靠固化的、高強度的緩凝粘合劑，不依靠護套。通過固化的、高強度的呈肋狀的緩凝粘合劑與周圍混凝土形成良好的咬合粘結作用，從而形成良好的粘結錨固作用，緩粘結預應力鋼絞線與周圍混凝土符合平截面假定，協同變形，共同工作。護套最重要指標為肋高與肋槽，肋高與肋槽的指標可以很好的保證緩粘結預應力鋼絞線與混凝土之間良好的粘結錨固性能，反之，如肋高與肋槽達不到要求，則會降低構件的粘結錨固性能，從而影響抗彎性能、抗震性能、疲勞性能等。另一方面，緩凝粘合劑在生產、運輸、鋪裝的過程中呈稀膏狀，外包護套需對其形成保護，以免破損外流。

綜上所述，緩粘結預應力綜合了無粘結預應力與有粘結預應力的特點，即在施工階段與無粘結預應力相同，具有施工便捷的特點;在使用階段與有粘結預應力相同，具有結構性能優異的特點。

2? 工程概況

北京大興國際機場是建設在北京市大興區與河北省廊坊市廣陽區之間的超大型國際航空綜合交通樞紐。北京新機場T1航站區建筑群總面積143萬平方米，航站樓主體103萬平方米。航站樓具有超長、大跨、荷載大的特點，因此在板中配置預應力控制溫度裂縫，在梁中配置預應力控制撓度、裂縫并提供承載力，從而優化截面，減少普通鋼筋，優化結構正常使用性能。北京大興國際機場處于8度裂度區，抗震要求高，大部分梁為18m跨度，部分區域存在梁上柱的情況，荷載大，梁截面為1400[×]2000。本項目梁裂縫按0.2mm控制。

3? 技術選型

框架梁可采用有粘結預應力，亦可采用緩粘結預應力，本章節將從施工工藝、施工質量及節點分析角度對二者進行比較從而進行技術選型。

3.1? 工藝對比

有粘結預應力主要工序為：穿波紋管→波紋管中穿鋼絞線→張拉→灌漿→封錨。緩粘結預應力主要工序為：穿鋼絞線→張拉→封錨。緩粘結預應力比有粘結預應力少兩道工序，即穿波紋管和灌漿。而穿波紋管及灌漿是有粘結工藝當中最容易出問題的地方。有粘結波紋管較粗，一般直徑約為90mm左右，其在穿梁柱節點時常常難以穿過，造成波紋管壓扁或破壞，導致后期難以在其中穿鋼絞線及灌漿。同時，波紋管內灌漿常常難以密實，民建領域有粘結預應力灌漿密實度普遍在60%以下，普遍存在空洞、積水、管道堵塞、漏漿現象。鋼絞線在內部容易受到銹蝕，會產生斷面虧損、應力下降，影響結構受力和耐久性，且不能完全實現有粘效果。而緩粘結預應力不需要穿波紋管，亦無需灌漿，其可很好的與周圍混凝土握裹，形成良好的粘結錨固性能，且施工便捷，工序短，周期快（施工周期約為有粘結預應力的一半）。

3.2? 節點分析

以某框架梁為例，其截面為1400*2000，左支座配筋33φ40鋼筋，跨中43φ40鋼筋，右支座配筋36φ40鋼筋。跨中梁上托柱。箍筋14@100（8），構造筋G16φ20。

此梁配置6[×]11φ15.2鋼絞線。在圖示節點處左右交叉張拉。如選用有粘結預應力，則節點區域共有12根有粘預應力管道需要在此處穿張。此處對應柱為變截面柱，其下方柱，其上圓柱，柱配筋情況及三維圖如下所示。

方柱配筋為36φ32，鋼筋凈間距理論上為80mm，而波紋管尺寸約90mm以上。上部圓柱鋼筋需下伸約1.8m左右，圓柱豎向筋水平向凈距為14mm～95mm之間，與下部方柱豎向鋼筋豎向重疊，在波紋管穿行路徑方向，鋼筋平面凈距不足40mm，再加上箍筋、腰筋、拉鉤和施工誤差等致使此處鋼筋更為密集，波紋管難以布穿。預應力筋在此處布置情況如下三維圖所示。

從三模擬圖可見，波紋管在穿行方向與普通鋼筋多處發生碰撞，實際施工操作時，布穿波紋管非常困難，且波紋管與普通鋼筋相互干擾非常嚴重，其施工質量難以保障，勢必存在嚴重質量隱患。

緩粘結預應力為單根單孔布置，15.2規格緩粘結預應力鋼絞線外徑約22mm，其在此節點處完全可穿過鋼筋間隙，布置靈活，其施工質量容易保障。

綜合以上，本項目部分框架梁統一采用緩粘結預應力技術。

3.3? 緩粘結預應力設計

因緩粘結預應力最后達到的是有粘的效果，故緩粘結預應力結構的極限承載力及撓度裂縫的驗算與有粘結預應力基本相同。但因緩粘結預應力鋼絞線中緩凝粘合劑在施工狀態未完全固化，故在施工階段的設計驗算與有粘結預應力稍有不同。在施工階段，緩凝粘合劑未完全固化，應按無粘結預應力進行極限承載力驗算，其鋼絞線設計強度應取考慮應力增量的極限應力值[σpu=σpe+Δσp]。在施工狀態，如無大型機械或其它特殊荷載，進行承載力、撓度、裂縫驗算時可只取恒載或恒載加0.5倍的活載。如結構承擔大型施工機械或其它特殊施工荷載尚應進行專門計算。在緩凝粘合劑固化后，其狀態已相當于有粘結預應力，故應采用有粘結預應力設計方法對其進行極限承載力狀態驗算及正常使用狀態驗算。同時，應注意緩粘結預應力摩擦系數與有粘結預應力、無粘結預應力不同。在按有粘結預應力進行緩粘結預應力設計計算時，應代入緩粘結預應力鋼絞線摩擦系數。從下表可看出，緩粘結預應力筋摩擦系數小于有粘結預應力，其在相同配筋情況下摩擦損失將小于有粘結預應力。在提供相同有效應力的情況下，緩粘結預應力用量將小于有粘結預應力。在梁截面較高、預應力曲線角度較大的結構中，鋼絞線節省量比較可觀（一般情況下可節省3%～7%）。

4? 緩粘結預應力施工

4.1? 緩粘結預應力施工工藝

緩粘結預應力單根單孔布置，施工簡便，無需穿波紋管、無需灌漿。其施工工藝如下圖所示。

4.2? 緩粘結預應力施工注意事項

（1）緩粘結預應力材料在進場時應進行外觀檢查，以確保緩粘結預應力材料外觀合格，其應重點檢查肋高與肋槽。不同規格的緩粘結預應力鋼絞線，其肋高與肋槽要求如下：

（2）緩粘結預應力鋼絞線進場后應做緩凝粘合劑快速拉伸剪切強度試驗。

緩粘結預應力鋼絞線中緩凝粘合劑最后固化后強度要求不低于C50，而固化期一般在一年以上，在完全固化后再做試驗檢查是符達到強度要求不符合工程要求。因此，在材料進場時就需進行試驗判斷是否能夠達到標準強度。其判斷手段就是進行緩凝粘合劑快速拉伸剪切強度試驗。

（3）緩粘結預應力冬季施工時要注意做冬季張拉構造措施

一般冬季時，溫度較低，會導致緩凝膠粘劑稠度過小（稠度越小，摩擦損失越大），張拉損失過大，應采用專業電加熱設備對鋼絞線進行通電加熱升溫，以降低由粘滯力產生的預應力損失。通電電壓不得高于人體安全電壓36V。北京大興國際機場預應力張拉存在冬季張拉情況，且冬季溫度較低，達到-10度以下。因此，本項目預應力在冬季張拉時采用了電加熱措施，張拉效果良好。同時，常規預應力在-10度以下一般無法施工，而緩粘結預應力通過電加熱方式實現了冬季施工，可以有效縮短工期，減少施工單位養護施工措施支出。

（4）成品保護。緩粘結預應力筋為工廠化生產，其成品是由鋼絞線、緩凝膠粘劑和帶肋的外包護套組成。為保證緩粘結預應力筋在結構中與混凝土有效工作，需要材料在裝卸、運輸、現場儲存和布筋時注意成品保護，避免緩凝膠粘劑外漏。

①若發現外包護套輕微破損，應采用黑膠帶充分纏繞。

②材料裝卸應采用尼龍吊索，裝卸過程中應輕裝輕卸，嚴禁鋼絲繩和其它堅硬吊具與緩粘結預應力筋外包護套直接接觸。

③材料運輸過程中應采取可靠保護措施避免包裝破損和散包。

④成品堆放期間，應分類堆放于通風良好、溫度變化平穩處。成品不得與地面直接接觸，并應采取覆蓋或遮陰措施，嚴禁太陽直接暴曬。

（5）張拉。為減小張拉時的摩擦阻力，可以考慮多次張拉的方法來減小預應力孔道對鋼絞線產生的阻力。用千斤頂張拉卸載反復2～3次，待緩凝粘合劑達到一定程度的軟化，再裝上夾片，直到張拉到位。也可采用一次張拉到位持荷3～4分鐘。

5? 結語

（1）緩粘結預應力具有無粘結預應力和有粘結預應力的共同優點，具有良好的經濟效益和社會效益。

（2）針對北京大興國際機場項目的預應力設計和施工介紹，為緩粘結預應力在類似工程項目的應用提供了參考。

參考文獻：

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