大跨度預應力混凝土懸挑梁結構的施工與監測分析

李孝槐 （時代出版傳媒股份有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

隨著中國經濟騰飛發展，高層建筑像雨后春筍般拔地而起，預應力混凝土梁結構因其獨特的優勢得到了更好的應用。就目前大跨度懸挑結構工程實踐結果證明，因其復雜的受力傳遞路徑，使用預應力技術極為有效地提高了大跨度懸挑結構承載安全儲備，增強構件抗疲勞性能、擴大使用空間、降低建筑建造成本，同時起到減輕自重的作用[1-4]。目前，在有大跨度梁、大尺寸懸挑梁的建筑體系中，通常采用加大截面尺寸、內配型鋼及預應力等多種方式，而對于尺度6～9 m 的混凝土懸挑梁，預應力技術尤為合適。國內已有大量的成功實施安全監測案例，對我國復雜的大跨度預應力懸挑梁施工技術與安全監測完成，具有強有力的推進和借鑒意義[5]。

本文結合時代數碼港研發樓項目工程中的管理經驗，對大跨度預應力懸挑梁工程的無粘結預應力技術施工與監測進行研究，為類似的結構工程提供參考和借鑒。

2 工程概況

時代數碼港研發樓（圖1），位于合肥市高新區黃山路與二環路交口西南角，框架-核心筒結構，總建筑面積45850 m2，其中地上建筑面積34450 m2，總高度98.85 m，工程地下2 層，地上25 層。主體結構設計基準期為50年，抗震設防類別為標準設防類，結構安全等級為二級。

圖1 時代數碼港研發樓外立面

本工程11～25 層均有懸挑梁，懸挑長度最長達7.31 m，結構標準層大懸挑梁平面如圖2 所示。在結構設計規劃的初期階段，為了保證施工效果，在分析普通鋼筋混凝土使用的缺點后，經過全方位的研究與討論，排除了常規鋼筋混凝土懸挑梁的結構方案，并提出了兩種結構形式方案，即型鋼混凝土和預應力混凝土結構。通過對兩種結構主體方案實施建模計算分析和施工方案研究，并從安全、穩定、成本控制等方面進行了對比，最終選擇安全性較好、造價相對較低、施工安全可靠的后張法無粘結預應力混凝土懸挑梁，以滿足建筑外立面效果和室內辦公使用功能。

圖2 結構標準層大懸挑平面示意圖

3 施工技術

3.1 后張法預應力混凝土施工要點

本工程中，大跨度預應力懸臂梁采用的后張法預應力混凝土施工工藝，具體施工要點如下。

①鋼絞線下料、制作

在鋼絞線的下料制作過程中，錨固結構的長度與工作受力長度的總和即是整個鋼絞線下料的實際長度，工作受力長度本身屬于兩端錨具的預應力實際長度。為了保證整個鋼絞線工作效果，在鋼絞線穿束的過程中，一般均需要采用整束穿入的方式方法，再完成鋼絞線的排序操作。

在本工程實際操作中，其本身的延長方向需要每2m 構建捆扎結構。因為波紋管的損壞率相對較高，為此在整個操作階段，所有的穿束動作要相對舒緩。同時將鋼束的前端進行扎進，包裹相關的膠帶，這樣不僅可以減少結構磨損沖擊，同時也能保證鋼絞線可以順利穿入。安裝操作完成后，對錨墊板、波紋管實施綜合檢查分析，若是波紋管出現了損壞，用膠帶對其捆扎束縛。

②孔道留設

本工程在整個施工過程中，堵塞本身就是施工操作之中的一項常見問題，若出現了此類問題，就會增大后期施工操作難度和有效推進，同時也會為后期張拉測量分析產生較大的難度。為有效地管控此類問題，本工程中的施工作業人員在現澆混凝土出現凝結之前，采用多次抽拉鋼絞線的方式方法，高效疏通處理孔道內部出現的堵塞問題，進而保證后期張拉各項工作的有序推進。

③孔道和錨墊板施工

本工程在施工過程中，對波紋管鋪設工作進行有效的控制管理，可以最大程度提升后期施工質量，因此在波紋管鋪設的過程中要根據施工現場做好質量管控，確保鋼絞線受力方向的精準性和工作性能。鋼絞線受力方向確定之后，需要在每間隔0.5m 的情況下使用定位拉筋的方式進行波紋管的加固工作。若是波紋管出現扭曲之后，將會直接造成預應力損失。在結構梁施工時，要對錨墊板安裝質量控制，保證錨墊板位置，進而保證鋼絞線受力方向。

④漿體制作

本工程施工作業人員在完成漿體制作的過程中，全面按照相關規范進行落實。

首先，保證在配置過程中用水量符合要求，由于水本身就是漿體配置過程中不可或缺的主要成分，為此在實施稱重的過程中，嚴格地按照相關的規范標準實施推進。對于制作過程中漿體流動性相對較低的現象，嚴禁在內部進行加水，以此影響到漿體的指標發生變化，繼而影響質量。

其次，在制作漿體過程中，孔道壓鑄的水泥，使用普通的硅酸鹽水泥進行拌制操作。其設計水膠比的配比應當控制在0.35～0.45。為了更好地保證孔管內部密實度，減少收縮力度，通過試驗的方式在水泥之中摻加一定的外加膨脹劑，以保證整個水泥的質量。

最后，在漿體制作結束的同時，要將所有的漿體一次性傾瀉而出，再進行下一階段的操作。要充分做好各方面的檢查，若在進行正式壓漿操作程序之前，發現管道內部存在殘留的漿體，應當及時地采用空壓機設備對整個管道進行細致地清理。

3.2 預應力張拉

本工程中，大跨度預應力懸臂梁采用的預應力張拉，依據設計要求及規范規定，具體張拉要點如下。

①張拉設備及要求

首先，采用具有出廠合格證的夾具、錨具以及相配套的連接器，仔細檢查各配套錨固的性能、類別及規格等，與此同時，按照相關標準規定對此配套設備質量（外觀及硬度）進行抽樣檢查，對質量存疑的設備應同時進行靜載錨固性能試驗。

其次，張拉機具應與錨具配套使用。此配套設備在還未進場使用之前，為保證張拉力真實值和壓力表讀數值之間的正常比例關系曲線，應按照相關規范規定，對千斤頂和壓力表進行精準校驗。千斤頂的張拉力與行程要滿足施工需要、壓力泵的油壓量程應符合張拉力的需要。

②預應力控制

當對混凝土施加的預應力時間過早，混凝土未達到其指定強度，預應力便對混凝土產生預壓力，則會引起混凝土產生較大的局壓應力、收縮和徐變而造成的應力損傷，故應在混凝土強度達到設計要求的100%時方能進行張拉。預應力鋼筋張拉時應采用應力控制、應變校對的方法進行。

預應力鋼筋張拉實測中，其實測的伸長值與計算的伸長值的之間存在一定的偏差，兩者之間的偏差值應控制在-6%～+6%。與此同時，實際伸長值必須從初應力開始量測。預應力鋼筋張拉實際伸長值在現場量測結果的基礎上，應扣除施加初應力至最大張拉應力間的量測伸長值，再加上推算得到的初應力以下的伸長值。

施加張拉時，張拉應力值應根據設計要求確定。在現場管理中，要求施工單位做好張拉記錄并進行預應力損失測試，監理單位做好張拉結構梁檢查，對張拉順序、張拉設置等工序旁站記錄。

4 施工監測

4.1 監測梁選取

大跨度預應力混凝土懸挑梁的監測分析所涉及的材料數據較多，除設計資料外，施工工藝、施工條件、施工環境、主要施工機具等相關數據都要處于受控狀態。本工程為驗證時代數碼港研發樓大跨度預應力混凝土懸挑梁預應力效應設計參數、檢驗施工質量，選取11 層、12層、21 層⑧軸線預應力梁分不同時期進行施工階段短期檢測，其中第21 層⑧軸線預應力梁進行長期性監測。

4.2 測點布置

在梁澆筑混凝土前，選擇跨中截面和支座處截面預埋應變傳感器的接線，在預應力張拉施工結束后，定期進行應變數據采集。測點布置見圖3。

圖3 應變測點布置示意圖

4.3 監測內容

預應力梁主要截面混凝土的有效預壓應力；

預應力梁張拉過程中的反拱值；

預應力梁自張拉施工結束后的應變增量。

4.4 監測結果

通過對目標懸臂梁的監測，監測結論為：

11 層與12 層預應力梁各主要截面混凝土的有效預壓應力為-0.5～-5.3 MPa 與0.0～-3.0 MPa，懸挑端反拱為2.3 mm與1.3 mm；

21 層預應力梁各主要截面混凝土的應變增量為-37.1～-379.7με，懸挑端反拱為2.9 mm；

所測預應力梁控制截面均處于受壓狀態，未出現開裂現象，均處于完好狀態。

5 施工及監測對策

①安裝錨具、千斤頂

首先需要對張拉機進行檢驗分析，然后安裝錨板、夾具、限位板、工具錨以及錨夾片。所有的工作都要按照流程完成操作。

②預應力張拉

預應力張拉主要包涵初張拉、終張拉兩個主要階段。在達到混凝土實際強度時，彈性模量符合設計要求的情況下，方可進行初張拉。當初張拉完成后，方可拆除大跨度預應力混凝土懸挑梁底模。

③后張拉施工順序

0→初應力→1.05σcon（持荷2 min）→σcon 錨固（張拉油壓清零，對總回路縮量、夾片外露量進行測量）。

④壓漿及封錨

為了保證構件有效受力，在張拉完成后，立即對孔道內進行壓漿，以此減少預應力松弛。水泥的泌水率應當小于3%，對水泥漿進行調制之后，灌注進入孔道，壓漿之后，排出氣孔后的粘度應當與水泥漿始終一致。若是管道充滿水泥漿，應及時關閉出漿口，保持至少2 min的0.6 MPa 的壓力穩定期，保證其穩定性。在經歷錨固與灌漿完成后，且在滿足其強度標準以及驗收合格的情況下，錨固外露的預應力鋼筋長度應大于30 mm。

6 結語

大跨度預應力混凝土懸挑梁的施工難度較大，但因預應力混凝土具有良好的受力性能，且各參數能夠滿足規范要求，能夠實現大跨度、大懸挑的要求而被應用。并且采用這種結構形式的懸挑梁可在保持承載力的情況下，減小截面尺寸、增加使用凈空，同時起到減輕自重、降低建筑建造成本的作用，滿足建筑使用功能。

時代數碼港研發樓工程中，大跨度混凝土懸挑梁通過采用部分預應力施工，并經過長期的預應力監測，充分證明了此結構受力性能良好，滿足時代數碼港研發樓項目的使用功能。從結構的受力性能和社會經濟效益兩個方面得出，部分預應力混凝土大懸挑梁有著一定的發展前途和較好的優越性。