預(yù)應(yīng)力箱梁在高鐵站房工程中的應(yīng)用方法及效果分析

敬 斌

（四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司，四川 成都 611730）

0 引言

隨著高鐵站房建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在高鐵站房項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，其中預(yù)應(yīng)力箱梁技術(shù)就是典型代表之一。預(yù)應(yīng)力箱梁是一種空心矩形截面的梁體，通過(guò)施加預(yù)先設(shè)計(jì)的拉應(yīng)力，使梁體具備更強(qiáng)的抗彎能力、抗剪能力，在高鐵站房中應(yīng)用可以有效提高站房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。為更加廣泛地推廣該技術(shù)開展實(shí)踐性研究，本文結(jié)合案例工程，就預(yù)應(yīng)力箱梁在高鐵站房工程中的應(yīng)用方法進(jìn)行介紹，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

某高鐵站房項(xiàng)目建筑總規(guī)模約453000m2，其中站房工程144500m2，鐵路配套地下停車庫(kù)148500m2，地鐵集散、城市換乘通道及配套工程117000m2，上蓋開發(fā)平臺(tái)20000m2，地下建筑面積26054m2，新建上蓋蓋板68000m2。建設(shè)項(xiàng)目地下室側(cè)墻、高架呼吸廣場(chǎng)的板和梁、承軌層的板和梁均采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)用數(shù)量約35000根，其預(yù)應(yīng)力相關(guān)信息見表1所示。

表1 站房項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力信息表

2 預(yù)應(yīng)力箱梁施工難點(diǎn)

（1）支座位置處為實(shí)心梁、跨中位置處為空心箱梁，預(yù)應(yīng)力筋布置孔數(shù)多。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力波紋管穿梁柱核心區(qū)節(jié)點(diǎn)是該項(xiàng)目一大施工難點(diǎn)。

（2）高架呼吸廣場(chǎng)的板和梁中采用規(guī)格直徑為21.8mm 的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。高架呼吸廣場(chǎng)采用型鋼柱與預(yù)應(yīng)力梁組合結(jié)構(gòu)，梁中預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)多、線型復(fù)雜，不易布置。鋼管柱內(nèi)嵌十字筋，預(yù)應(yīng)力筋需全部穿過(guò)鋼骨柱，節(jié)點(diǎn)處理復(fù)雜。

（3）高架呼吸廣場(chǎng)、承軌層及上蓋樓板層采用直徑17.8mm 的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線控制板的溫度裂縫，并提供部分承載力。

（4）施工現(xiàn)場(chǎng)面積大、布置分散，預(yù)應(yīng)力專用場(chǎng)地有限，現(xiàn)場(chǎng)水平運(yùn)輸難度大。

（5）由于該項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力施工難度大，施工工期嚴(yán)峻，必須與其他工種（或班組）合理交叉、流水、搭接作業(yè)，施工中需要鋼筋、模板、安裝等相關(guān)班組的緊密配合。

3 預(yù)應(yīng)力箱梁施工技術(shù)

3.1 預(yù)應(yīng)力主材準(zhǔn)備

施工前需要準(zhǔn)備預(yù)應(yīng)力箱梁施工所用的主材，主要包括：有粘結(jié)、無(wú)粘結(jié)、緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、夾片錨、擠壓錨、金屬波紋管[1]，各主材規(guī)格見表2所示。

表2 預(yù)應(yīng)力箱梁施工主材規(guī)格

3.2 預(yù)應(yīng)力筋安裝

預(yù)應(yīng)力筋安裝分為緩粘結(jié)及無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋安裝、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋安裝兩個(gè)部分。

3.2.1 緩粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋安裝

安裝之前，對(duì)緩粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋逐根檢查，確保其規(guī)格、尺寸、數(shù)量等準(zhǔn)確無(wú)誤，且無(wú)破損。安裝緩粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，必須使其保持順直，采用普通鋼筋綁扎法對(duì)緩粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行綁扎，并采用支撐鋼筋對(duì)預(yù)應(yīng)力筋豎向高度進(jìn)行控制。安裝雙向配置的預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，根據(jù)各交叉點(diǎn)預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)高，從低處向高處依次安裝，以防雙向預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)相互穿插錯(cuò)位問(wèn)題；安裝多根集團(tuán)束配置預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，要使預(yù)應(yīng)力筋保持平行，控制預(yù)應(yīng)力束之間的水平凈間距≥50mm，控制束至構(gòu)件邊緣的凈間距≥40mm。另外，布置梁中的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，需注意支座與跨中三點(diǎn)矢高及反彎點(diǎn)位置，還需注意支座與懸挑梁三點(diǎn)矢高及反彎點(diǎn)位置，在跨中區(qū)域每間隔1m到1.5m用扎絲將預(yù)應(yīng)力筋綁扎于底筋上，防止在澆筑混凝土或其它因素下預(yù)應(yīng)力筋會(huì)發(fā)生偏移。

3.2.2 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋安裝

安裝有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋之前，同樣需要逐根檢查，確保其表面干凈、無(wú)銹蝕，且其規(guī)格、尺寸、數(shù)量等符合施工要求。然后，順著箱梁截面的水平方向?qū)τ姓辰Y(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行對(duì)稱均勻布置，孔壁距梁側(cè)≥1.0d（d 為波紋管直徑），距梁底≥60mm，孔道豎向凈距≥1.0d，水平凈距≥1.5d，且≥80mm。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力為拋物線布筋，為確保其曲線形狀，可用撐筋或馬凳支架對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行定位綁扎，特別是應(yīng)在反彎點(diǎn)設(shè)置撐點(diǎn)。有粘結(jié)筋波紋管采用金屬波紋管，其支撐間距≤800mm，支撐定位要求準(zhǔn)確，垂直允許偏差±5mm，水平允許偏差±10mm，鋼筋支撐應(yīng)焊在箍筋上，箍筋底座應(yīng)墊實(shí)，整根管道或束形應(yīng)保持平順；有粘結(jié)筋的灌漿孔間距不宜大于12m。預(yù)應(yīng)力筋束形控制點(diǎn)的豎向位置偏差滿足表3的規(guī)定[2]。

表3 束形控制點(diǎn)的豎向位置允許偏差

3.3 預(yù)應(yīng)力筋的張拉與封端保護(hù)

3.3.1 預(yù)應(yīng)力筋張拉施工

該項(xiàng)目要求梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能張拉，板混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能張拉。該項(xiàng)目張拉端采用梁/板頂撅起張拉，如圖1所示。

圖1 梁/板張拉端做法

（1）張拉緩粘結(jié)和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)需對(duì)稱張拉，并以張拉力+伸長(zhǎng)值進(jìn)行雙控。為減小預(yù)應(yīng)力孔道對(duì)鋼絞線的阻力，可用千斤頂張拉卸載反復(fù)2～3 次，待膠黏劑達(dá)到一定程度的軟化再裝上夾片，直到張拉到位。同時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低使緩凝膠粘劑過(guò)稠時(shí)，易導(dǎo)致張拉力損失過(guò)大，此時(shí)可使用專業(yè)電加熱設(shè)備按低于36V 電壓對(duì)鋼絞線進(jìn)行通電加熱升溫，以降低由粘滯力產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。若環(huán)境溫度＜20℃，則緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋需按5%進(jìn)行超張拉。

（2）張拉有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，采用應(yīng)力應(yīng)變雙控進(jìn)行分步張拉，首先啟動(dòng)油泵增壓至2.5MPa，暫停增壓，調(diào)整千斤頂位置后再繼續(xù)增壓，待張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)值的10%后，持荷1min，記錄初始缸長(zhǎng)，精確到毫米；再繼續(xù)增壓至100%設(shè)計(jì)張拉力值，持荷1min，記錄最終缸長(zhǎng)；整個(gè)張拉過(guò)程中要嚴(yán)控油泵給油速度，確保給油時(shí)間≥0.5min。

（3）張拉過(guò)程中，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)張拉是否存在異常，若實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值和理論伸長(zhǎng)值之間的差值>±6%，則需停止張拉，查明原因并有效解決后才能繼續(xù)張拉。現(xiàn)場(chǎng)4人一組采用智能設(shè)備進(jìn)行張拉及控制，具體見圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)張拉及控制

3.3.2 預(yù)應(yīng)力梁孔道灌漿

（1）做完預(yù)應(yīng)力梁張拉之后，先靜待12h 觀察梁體是否存在裂縫等問(wèn)題，若無(wú)問(wèn)題，則在72h 內(nèi)使用P·O42.5普通硅酸鹽水泥按水灰比0.40配制漿料（強(qiáng)度等級(jí)為M40）進(jìn)行孔道灌漿，以防預(yù)應(yīng)力筋銹蝕或松弛。

（2）灌漿前用壓力水對(duì)灌漿管及孔道進(jìn)行沖洗，這樣既能濕潤(rùn)管道，便于灌漿時(shí)水泥漿流動(dòng)；也可檢查灌漿孔、排氣孔是否正常。灌漿時(shí)，要將灌漿壓力控制在0.5～0.7MPa，若超壓，則需停機(jī)查明原因，有效解決超壓?jiǎn)栴}后才能繼續(xù)灌漿。灌漿至孔道的各排氣孔、出漿孔均溢出濃漿后，將排氣孔及出漿孔堵好，并繼續(xù)穩(wěn)壓灌漿30s以上，再關(guān)閉灌漿槍頭閥門及連接管。灌漿中，各孔道的灌漿時(shí)間需控制在30min 內(nèi)，且隨時(shí)檢查灌漿管，以防堵塞。

（3）對(duì)于曲線孔道或豎向孔道而言，需從最低點(diǎn)的壓漿孔向孔道內(nèi)灌漿，直至從最高點(diǎn)的排氣孔溢出濃漿后，堵好排氣孔，再繼續(xù)加壓2min，最后封閉灌漿孔。

3.3.3 封端保護(hù)

完成孔道灌漿后，使用手提式砂輪鋸將外露的多余鋼絞線切掉，且夾片處外露預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度≥3cm，并對(duì)錨具做防腐處理。經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，開始封端施工。封端前將張拉端及其四周清理干凈，然后由施工人員用C45 補(bǔ)償收縮細(xì)石混凝土將張拉端穴槽填充封堵密實(shí)。待混凝土初凝且表面收干后，用木抹子搓壓混凝土表面2～3 遍，以防出現(xiàn)裂縫[4]。錨具的封閉保護(hù)層厚度有設(shè)計(jì)要求時(shí)，按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，且需≥50mm。若設(shè)計(jì)無(wú)要求的情況下，封端保護(hù)層厚度應(yīng)按以下要求執(zhí)行：二a、二b類環(huán)境時(shí)，保護(hù)層厚度≥50mm；三a、三b類環(huán)境時(shí)，保護(hù)層厚度≥80mm。

4 預(yù)應(yīng)力箱梁施工效果分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可知，該預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，且結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度達(dá)到1860MPa 以上，抗裂性優(yōu)于普通梁體。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力箱梁的混凝土受拉區(qū)因受預(yù)壓，梁體可產(chǎn)生反拱變形，再增加荷載后能抵消一部分撓度，所以該箱梁的撓度比普通梁體小，這樣荷載、截面、材料等均相同的情況下，預(yù)應(yīng)力箱梁剛度更高、穩(wěn)定性更好，可更好地滿足高鐵站房大跨度要求。另外，預(yù)應(yīng)力箱梁可使用直徑更小、強(qiáng)度更高的鋼筋，相比普通梁體可有效節(jié)省鋼材，經(jīng)濟(jì)性更好，該項(xiàng)目節(jié)約鋼筋、混凝土等材料共計(jì)122萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

案例項(xiàng)目在不同位置的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了不同類 型的預(yù)應(yīng)力筋，不僅優(yōu)質(zhì)地完成了施工任務(wù)，而且預(yù)應(yīng)力箱梁在抗裂性、剛度、穩(wěn)定性、荷載能力、經(jīng)濟(jì)性方面均優(yōu)于普通梁體。由此可見，預(yù)應(yīng)力箱梁在高鐵站房項(xiàng)目中有著良好的應(yīng)用價(jià)值，值得大力推廣應(yīng)用。