緩粘結預應力技術在綜合體建筑大跨度梁中的應用

趙培慶，李威，張立山

（民航機場建設工程有限公司，天津 300456）

0 引言

緩粘結預應力筋由外包護套、鋼絞線和中間填充的緩粘結膠黏劑構成。外包護套表面通過機械壓制成波紋狀，在施工階段，緩粘結膠黏劑具有一定流動性，且對鋼材有較好的附著性。施工完成后，緩粘結膠粘劑隨著時間的推移逐漸固化，與鋼絞線、外包護套之間產生粘結力。當膠黏劑完全固化后，鋼絞線與外包套管之間充分粘結，外包護套與混凝土進行咬合，從而使預應力筋與混凝土形成整體；緩粘結預應力從無粘結過渡到有粘結預應力，具備了有粘結預應力筋的力學效果[1]。緩粘結預應力技術作為一種新型預應力技術，在近幾年得到了迅速發展，隨著我國大型、超大型綜合體建筑的建設越來越多，此項技術的應用也會越來越廣泛。本文以廣州南沙國際郵輪母港綜合體項目為例，說明緩粘結預應力施工技術在航站樓二層大跨度轉換梁中的應用情況。

1 工程背景

廣州南沙國際郵輪母港綜合體項目，位于廣州南沙虎門大橋下游珠江鄰水邊，總占地面積71 935 m2，總建筑面積356 443 m2，其中郵輪母港航站樓二層設計為入境關檢區域。為滿足關檢區域大空間需求，所有框架柱設計為鋼骨混凝土組合結構，其中4 榀框架梁設計為緩粘結預應力混凝土結構，每榀總長為25.2 m，梁截面尺寸為1 200 mm伊1 800 mm，混凝土強度等級為C60。具體結構平面見圖1 所示。

圖1 二層大跨度緩粘結預應力結構平面圖Fig.1 Second floor plan of large span slow bond prestress structure

航站樓主體結構施工工期要求為180 d，作為廣東省重點工程，施工管理具有工期緊張、結構復雜，且多為現澆大跨度結構等特點。

2 緩粘結預應力技術的優點

圖2 固定端布置圖Fig.2 Layout of the fixed end

傳統的預應力有先張法預應力和后張法有粘結預應力及后張法無粘結預應力。而緩粘結預應力是一種新型預應力技術，它具備后張法預應力筋中有粘結和無粘結的共同優點，且又克服了二者的缺點。緩粘結預應力技術不僅能達到傳統的預應力效果，且在施工過程中與有粘結預應力技術相比，無需鋪設波紋管和灌漿等工序，同時降低了現場人工操作的不良影響，施工質量更容易得到保障。緩粘結預應力張拉端和錨固端均采用單孔錨具，節點布置更靈活，施工更方便。同時，施工過程中可節約鋪設波紋管和灌漿工序的施工時間，可有效提高施工工效，節約工期[2]。

3 緩粘結預應力施工

3.1 施工參數的確定

3.1.1 預應力張拉控制應力值的確定

本工程緩粘結預應力鋼絞線采用直徑為21.8 mm 高強低松馳鋼絞線，外包套管肋高不低于2.0 mm。肋中緩凝粘合劑充盈[3]。其中鋼絞線強度標準值fptk=1 860 MPa，彈性模量Ep越195 GPa，張拉控制應力為滓con=0.75fptk=1 395 MPa。預應力張拉時采取雙控原則，即張拉應力和預應力筋的張拉伸長值2 個控制參數。

3.1.2 預應力筋下料長度的確定

根據設計要求，結合06SG429《后張預應力混凝土結構施工圖表示方法及構造詳圖》進行預應力筋布設及下料長度的確定[4]。

4 束預應力筋分別按梁內固定端兩束和柱內固定端兩束對稱布置，其中梁內固定端和柱內固定端不在同一平面內，具體固定端布置如圖2所示。

根據張拉端組件尺寸及預應力筋保護層厚度要求，承壓板尺寸為110 mm伊110 mm，按照預應力筋縱向布置兩排，水平布置5 束，保護層厚度為50 mm 計算，張拉端深化設計時需對梁兩側原結構板加厚至600 mm 處理，加厚范圍為1 550 mm伊700 mm，同時進行構造配筋。具體張拉端布置圖如圖3 所示。

圖3 張拉端布置圖Fig.3 Layout of the pull end

根據預應力筋布置圖及規范可知，設計單根鋼絞線長度越孔道長度垣工藝操作長度，孔道長度=直線長度垣曲線增量。其中，直線長度為每段預應力筋一側的張拉端外邊至另一側的張拉端外邊（或固定端外邊）的直線距離；梁內預應力孔道的曲線增量按每跨增加1 倍的梁高累加計算；由于本工程緩粘結預應力梁跨度為25.2 m 大于20 m，工藝操作長度取1.8 m，結合預應力筋布置深化圖，梁內固定端和柱內固定端兩種預應力筋下料長度分別為31.55 m 和32.55 m 兩種。

3.1.3 理論伸長值的計算

緩粘結預應力理論伸長值駐lpc，公式為：

式中：Fpm為緩粘結預應力筋平均張拉力，N，本工程采用一端張拉，Fpm=0.75fptk伊Ap；lp為緩粘結預應力筋長度，mm；Ap為緩粘結預應力筋截面積，mm2；Ep為預應力筋彈性模量，N/mm2。

將已知參數代入公式，可得出本工程KZL-1、KZL-4 預應力筋理論伸長值駐lpc=225 mm，KZL-2、KZL-3 預應力筋理論伸長值駐lpc=232 mm。

緩粘結預應力筋實測伸長值 駐lp0可控制在依6%理論伸長值內，則KZL-1、KZL-4 緩粘結預應力筋實測伸長值駐lp0在211~232 mm 內均為合格；KZL-2、KZL-3 緩粘結預應力筋實測伸長值駐lp0在222~246 mm 內均為合格。

3.2 施工控制要點

3.2.1 支設梁底模，綁扎梁骨架鋼筋

本工程預應力梁長25.2 m 跨中梁底模板按照1/500 梁長起拱，采用滿堂腳手架支撐。為保證梁不出現下沉變形等質量事故，在梁底模中間加設兩排立桿，并將支撐架體小橫桿加密。梁底模板支設完成后，綁扎梁骨架鋼筋，鋪設預應力筋，最后再綁扎梁中鋼筋。

3.2.2 定位矢高，固定鋼絞線架立筋

根據設計預應力筋基本線性圖，本工程為2段L（折線）形布置，結合規范要求，預應力筋在梁內豎向高度采用架立筋控制，架立筋間距控制在1 m 以內。固定鋼絞線架立鋼筋采用準14 mm的螺紋鋼筋，架立筋采用綁扎固定。當綁扎操作比較困難時，增加綁扎附加筋，架立筋與附加筋采用焊接固定[5]。

3.2.3 穿入預應力筋

預應力筋的加工及組裝按照深化設計確定好的下料長度在工廠內完成，穿入前確保每根預應力筋規格、尺寸及數量無誤且端部配件組裝可靠。預應力筋由固定端向張拉端穿入，當預應力筋與普通鋼筋發生碰撞時，優先保證預應力筋的位置，且不得影響預應力筋的矢高。預應力筋出梁面張拉端若遇到梁墻柱普通鋼筋較密時，張拉端位置可前后錯過鋼筋較密處進行調整。

3.2.4 安裝張拉端，固定端承壓板

張拉錨固體系包括固定端采用的Mp22 擠壓錨具和張拉端采用的M22-1 單孔夾片錨具，所有錨具均采用磚類錨具[6]。張拉端嚴格按照深化預應力筋位置在加厚板端部模板上鉆孔，先將螺旋鋼筋套入緩粘結預應力筋上，確保與緩粘結預應力筋同軸，且固定牢固，再安裝承壓板，最后安裝穴模，承壓板與穴模緊靠固定，且確保承壓板與預應力筋垂直。張拉端錨具系統安裝時，同樣先安裝螺旋筋，再安裝擠壓錨，且確保緩粘結預應力筋露出擠壓錨長度滿足張拉機具所需長度，本工程預留1.8 m。

3.2.5 綁扎梁其他鋼筋，合側模，澆筑混凝土

本工程緩粘結預應力框架梁除了骨架鋼筋外，還包括內箍筋、拉鉤筋、腰筋等鋼筋，確保所有鋼筋綁扎完畢后進行合側模?；炷翝仓?，檢查預應力筋拋物線型和定位鋼筋固定情況，發現問題及時調整?；炷猎噳K制作時，應多出2 組，與梁進行同條件養護，在預應力筋張拉前試壓時使用，混凝土澆筑過程中，不得擾動預應力筋、定位鋼筋以及預埋件的位置，并應確保端部混凝土振搗密實。張拉操作位置先進行預留，待張拉完成后再補澆預留位置混凝土。

3.2.6 安裝錨具及預應力張拉程序

由于緩粘結膠黏劑具有一定流動性，為減少張拉過程的摩阻力，提前在不安裝錨具夾片的情況下進行預張拉2~3 次，使膠黏劑受到一定的擾動，然后安裝夾片，張拉到位[7]。本工程預應力筋張拉分兩階段，當預應力梁混凝土強度達到設計強度的100%時（以同條件養護試塊的試驗結果為準），進行第一階段張拉，張拉預應力筋總數量的50%；當航站樓主體結構全部完成后，進行第二階段張拉，張拉預應力筋總數量的另外50%。預應力筋兩側對稱同時張拉，按照張拉端布置圖，第一階段張拉KZL-1、KZL-4 組件（或KZL-2、KZL-3 組件）；第二階段張拉KZL-2、KZL-3 組件（或KZL-1、KZL-4 組件）。由于本工程地處廣東地區，施工時正處于夏季，當地全天溫度高于20益，根據規范要求，張拉過程可為張拉應力從0~1.0滓con即可。張拉控制應力不超過0.75fptk=1 395 MPa，預應力張拉時采取雙控原則，即張拉應力和預應力筋的張拉伸長值2 個控制參數。當實際伸長值大于或小于理論伸長值的6%時張拉暫停，查出原因，并采取相應措施進行調整后再繼續張拉。

3.2.7 切割多余預應力筋，張拉端封錨

張拉端封錨預應力筋張拉完畢后，留出30 mm 長的緩粘結預應力筋，其他多余的采用砂輪鋸進行切除。及時對錨固區進行封錨保護，采用高一個強度等級的微膨脹細石混凝土或砂漿封埋密實[8-9]，最后澆筑張拉操作預留位置混凝土，如圖4 所示。

圖4 張拉端預留操作位置圖Fig.4 Reserved operation location diagram of the pull end

4 應用效果

4.1 張拉效果

本工程自2019 年9 月5 日開始預應力梁梁底模板支架施工，9 月13 日完成該部位的混凝土澆筑，7 d 后對預留的同條件養護的混凝土試塊進行抗壓強度試驗，混凝土強度已經達到設計值100%，即在2019 年9 月20 日進行第1 階段的預應力筋的張拉，第2 次張拉在2019 年12 月25日，即本工程主體結構全部封頂之后，兩次張拉過程，張拉應力均在控制范圍內，且實際伸長值偏差在理論伸長值的依6%控制范圍內，張拉效果良好。二次張拉時間距離預應力筋生產時間為98 d，在緩粘結劑的標準張拉使用期為180 d 內。

4.2 可操作性

緩粘結預應力技術施工工藝與無粘結預應力技術相似，但與有粘結預應力技術相比操作相對少了兩道工序，無需布置波紋管且不需要進行注漿，減少了現場人工操作的影響，施工質量更容易得到保障。且緩粘結預應力張拉端與錨固端均采用單孔錨具，節點布置更靈活，施工更加方便。在該工程施工前，需對緩粘結預應力筋的布置進行詳細的施工深化設計，張拉端與固定端預應力筋根據現場實際情況進行了合理的布置，有效地避免了預應力筋與型鋼柱及梁鋼筋的碰撞；在張拉端采用加厚板處理，預留張拉操作位置；采用一端出板面張拉方式，為張拉作業提供了便利的施工條件及足夠操作空間，確保了張拉過程順利完成。

4.3 經濟性

本工程緩粘結預應力筋約9 t，根據目前定額單價，有粘結預應力施工及材料綜合單價為15 000 元/t，緩粘結預應力技術施工及材料綜合單價為20 000 元/t，則在本工程中緩粘結預應力技術材料綜合費用比有粘結預應力技術的材料綜合費用高出約（20 000-15 000）伊9=45 000 元。但由于緩粘結預應力技術施工過程少了兩道復雜的施工工序，相對節約人工費用約150 000 萬元。綜上所述，本工程采用的緩粘結預應力與有粘結預應力技術相比總費用節省了約105 000 元。

5 結語

通過緩粘結預應力技術在廣州南沙國際郵輪母港綜合體項目中的應用，不難發現，緩粘結預應力技術在滿足公共建筑所追求的大跨度、大空間的效果外，與傳統的預應力技術相比，施工過程相對較簡單，更具有可操作性，且施工質量容易得到保證。雖然緩粘結預應力筋的市場價格較高，但在施工過程中可節約勞動力，節約工期，總體經濟性較好。