大跨度現澆預應力混凝土梁信息化技術施工

文｜廣東省第一建筑工程有限公司 孫旭敏

一、引言

上世紀70年代后期以來，房屋建筑工程中的大跨度的混凝土梁、大偏心的框架柱、大柱網的混凝土樓板、大懸臂梁、地下室底板等構件施工中大量采用現澆預應力混凝土梁、板、柱，預應力混凝土梁（板）具有使用材料少、自重輕、減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力，結構簡單，安全可靠，便于安裝等優點，逐漸推廣應用到房屋建筑施工中去，成為重要施工工藝。由于大跨度現澆預應力混凝土施工技術難度大，處理復雜，加上編制施工方案未能達到設計要求，施工中容易發生預應力損失過大，完工后出現空心板梁張拉后梁端頂底板中間部位出現縱向裂縫：工字梁梁體扭曲變形、梁端底部混凝土破碎等質量問題。近年來我國大規模城市建設新型房屋建筑工程項目，對勞務工需求量很大，工程勞務費支出大漲，熟練的專業技術工種在建筑市場上供不應求，有時甚至出現高價請不了合適的熟練工人情況。因此，依靠傳統工藝實施大跨度、大空間建筑結構進行施工已經難以適應新時期工程技術發展，引入BIM 技術與預應力混凝土梁（板）進行工程實踐，能較好地實現節省勞動力成本、材料，在保證工程質量基礎上，確保了工程進度和施工安全目標的實現。

二、BIM 技術在大跨度預應力梁（板）應用技術原理

在進入21世紀數字化時代后，BIM 是三維建模軟件，此軟件技術在房屋建筑工程應用最早從新加坡、芬蘭、挪威逐漸推廣到歐洲、北美等發達國家，國外應用開始大量應用普及。BIM 技術給房屋建筑工程提供精確度極高的信息管理平臺，BIM技術利用先進的計算機技術建立可視化工程建筑信息模型，實現對建筑工程施工每一個環節進行全過程控制，直接實現設計施工相互之間實時信息交換，很好地把設計者意圖體現出來，保證施工質量滿足設計要求，對于大跨度預應力梁（板）施工這類工藝精度要求高的技術來說有很好的應用價值。近年來，我國開始大力推廣BIM 技術輔助建筑工程應用研究，鼓勵建筑施工企業在鋼筋混凝土建筑結構的各個領域應用BIM 技術，提升我國的建筑工程技術數字化應用水平。

三、大跨度預應力梁（板）應用BIM信息化技術

下面以白云機場綜合信息大樓項目進行說明大跨度預應力梁（板）應用BIM 信息化技術施工。

1、工程概況

白云機場綜合信息大樓項目位于廣州白云國際機場南工作區，總用地面積13427m2，總建筑面積32653.4m2，其中地上建筑約22690m2，地下建筑面積約10054m2。場區內主要擬建建筑為：多層建筑，地上7 層，地面以上高度32.45 米；地下2 層，地下室埋深約12 米，基礎采用平板式整體筏基，基坑深度約12.15 米（局部最深處為15.7 米）。

2、預應力梁施工簡要說明

首層AOC 運營大廳為1198m2，大廳結構頂板采用8 條鋼結構型鋼柱和4 條36m 大跨度預應力混凝土梁主要受力，梁截面尺寸為900mm*2200mm，預應力混凝土采用C40。預應力共285m3，對預應力梁采用BIM 全過程控制施工，預應力波紋管和鋼筋綁扎順序的進行BIM 建模，預應力筋受力定位和受力方向均能滿足設計要求。

3、預應力梁應用BIM 技術主要環節

（1）利用BIM 信息化三維模型軟件對預應力梁及梁柱節點鋼筋、波紋管與鋼柱、牛腿的位置實施高精度定位，導出鋼柱及鋼筋定位施工圖以確保鋼柱上預留孔定位精準，避免在密集的鋼筋中出現梁柱復雜節點部位、型鋼牛腿、波紋管與型鋼的碰撞。

（2）BIM 三維軟件建立預應力梁模型后，利用其可視化的特性，梁截面尺寸為900mm*2200mm，大跨度梁內部復雜節點的鋼筋、型鋼牛腿、波紋管與型鋼的穿插先后順序進行合理排布（圖1），并實施高仿真度大跨度梁的高支模體系搭建模擬和計算受力點，提出搭建高支模系統的需要注意的重點、難點，并實施現場有針對性的安全技術交底，提早把現場高支模作業可能發生的易發質量安全事故點解決，以降低高支模復雜結構搭建施工技術難度和后續加固措施發生的人工、材料費用，一步到位安裝成功減少工期的拖延。

圖1 BIM 預應力波紋管

（3） 預應力梁的主要受力節點通過BIM 軟件可視化動態模擬功能，逼真地呈現在技術人員面前，鋼筋工人、澆筑混凝土工人也能很容易地掌握施工順序，綁扎難點、波紋管定位、預留孔洞位置，直接實現設計者意圖，施工方案實施效果好，較好保證施工質量。

（4）BIM 應用技術能精確計算所需要的鋼筋和預應力筋數量，極大地減少材料切割造成的浪費。

4、預應力梁應用BIM 技術施工主要流程

第一步建立預應力梁BIM 數據模型，進行施工技術交底。第二步與普通預應力梁環節相同，梁底進行高支模施工，綁扎鋼筋，波紋管支撐系統安裝以及預應力筋穿入后準備張拉前，增加BIM 建立的模型與現場實際安裝部位進行對照檢查步驟。第三步封好大跨度預應力梁側方模板，綁扎樓板鋼筋，組織建設、監理進行隱蔽驗收，檢查合格后現場澆灌混凝土，達到設計強度后進行預應力筋張拉，灌漿、切余筋最后封錨。

5、預應力梁施工操作要點

（1）非預應力筋綁扎（主要為節點）

首先要保證普通鋼筋的定位準確，應用BIM 技術建模能確保普通鋼筋、預應力筋、波紋管位置滿足設計要求。鋼筋綁扎順序可采用BIM 進行仿真模擬。

（2）有粘結預應力筋布筋

有粘結預應力筋布筋在安裝波紋管前，要把支承波紋管的鋼筋支架綁扎并固定好位置，綁扎支架的間距不超過1.5m。波紋管穿入前的位置是有粘結預應力筋自梁、底板端頭進入，一邊進入時一邊使用連接套管，連接套管兩個端頭部位要專用粘膠帶仔細纏繞，注意在穿入過程中觀察波紋管是否有損傷或破壞，一旦發現有破損立即使用專門粘膠帶反復纏繞。對于波紋管到達指定位置后，依照預應力筋布筋要求把相應數量的鋼絞線依順序打開，而且要把鋼絞線制作成束后，從波紋管的兩端按順序穿越，在穿越波紋管時一定要小心進行不能將波紋管戳穿，而且兩個端頭露出的鋼絞線的長度要一致。

（3）預應力布筋操作工藝

波紋管接頭處選用直徑大于3-5mm 連接件進行對接，對接接頭應大于200mm，連接完成后使用專用粘膠帶進行密封，注漿前檢查接縫處是否嚴密以防灌漿時會漏出。波紋管在孔道的一頭和預埋墊板喇叭管連接，并設有泌水排氣孔和灌漿孔（圖2）在預應力梁布筋中的指定位置，派專人認真檢查安裝的波紋管是否有破損。

每一個波峰部位的設置一個專門排氣孔。預應力布筋過程中注意對波紋管安裝操作的規范性，盡可能控制不能多次重復彎曲波紋管，避免管壁發生破裂，使用電焊時還要注意電焊火花不能燒傷管壁。

（4）澆筑砼

鋼筋布置綁扎完成后，施工、建設、監理、設計相關人員聯合隱蔽驗收，合格后再澆筑混凝土，澆灌混凝土時注意對承壓板、錨板周邊振搗密實，振動棒控制力度注意不能碰到預應力筋波紋管、支撐架以及端部預埋部件。

（5）預應力張拉錨固

預應力張拉錨固時間要等到混凝土滿足設計強度80%后實施，大跨度梁預應力筋張拉灌漿完畢后梁下方的支撐才能拆除，張拉人員配帶安全帽、安全帶進場作業。張拉前選擇有粘結鋼絞線Φs15.24，強度級別1860MPa，錨具均采用多孔夾片Ⅰ類錨具，250 噸千斤頂和油表用前六個月校驗。張拉中通過應力控制為主，實行油表讀數、伸長值測量進行雙控管理，張拉記錄要精確到毫米，實際伸長值控制在理論伸長值6%以內。張拉時無法一步到位時，伸長值讀數150～200mm 時應立即回油再實施第二次張拉，張拉過程中一旦發現砼破裂、鋼絞線斷絲斷束時立即停止張拉，等待研究清楚原因再進行，必須控制在200mm 范圍以防張拉超出正常值出現安全事故。

圖2 灌漿孔留設部位

（6）孔道灌漿封錨

有粘結鋼絞線張拉后停止留置12小時，專業技術人員查看鋼絞線錨固情況，如無特殊情形則用水灰比0.4～0.45、標號為42.5 普通硅酸鹽水泥進行灌漿，灌漿前用清水試轉正常后再進行灌漿，檢查孔道兩端錨具是否正常，發現異常立即處理，灌漿泵派專人負責看管，灌漿要一次性完成，待最后一個排氣孔冒出連續的濃漿，直至另一端冒出濃漿為止。

（7）預應力筋切割及封錨

灌漿完成24h 后使用角磨機進行逐條切除多余預應力筋，再進行封錨工作。

三、結語

大跨度預應力梁采用BIM 信息化全過程控制施工，從材料浪費率、施工返工率、驗收合格率較傳統的預應力梁施工工藝均有大幅度提升，經過對比測算，直接經濟效益可節省造價585267.45 元。工程混凝土結構尺寸、垂直度、平整度均能很好地滿足設施和質量規范要求，預應力檢驗結果合格，無返工情況且施工現場端頭錨索未出現混凝土破碎。在工期方面施工進度提前10 天，保證了主體施工進度要求。采用預應力信息化施工符合我國新時期提出的“互聯網＋”戰略行動，符合低碳節能減排和綠色施工技術發展需要，有力地推動我國預應力施工技術的進步，推動BIM 信息化施工有利于縮短我國與國外BIM 技術的差距。該工法在本工程的成功應用，取得非常明顯的經濟效益和社會效益。