預應力鋼管桁架疊合板在工程項目中的應用

梁高峰，楊超，丁磊

（1.安徽晶潤建設集團有限公司，安徽 合肥 231100；2.安徽晶宮綠建集團有限公司，安徽 合肥 231145）

0 引言

預應力混凝土鋼管桁架疊合板（下稱PK 板）與鋼筋桁架混凝土疊合板具有相似的受力性能，不同的是把底板長方向受力鋼筋用預應力鋼筋替換，上弦鋼筋是用鋼管替換，把鋼管里灌注高性能砂漿，板厚為35 ～40mm，在保證承載能力和使用性能的情況下，降低了疊合板的自重，并減少鋼筋用量，從而提高經濟效益。底板都是通過工廠制作、加工，再運輸到施工現場進行組裝，后期對預制底板澆筑混凝土，整體疊合而成。近年來，有學者陸續對PK 板展開了研究。李湛等[1]討論了免支撐預應力混凝土疊合板設計的關鍵問題，提出主要設計流程，補充了國家現行有關標準中未規定的計算方法。吳悅[2]通過數值模擬對預應力混凝土鋼管桁架疊合板進行分析及優化，分別對整體、兩拼和三拼板的彈性階段和塑性階段進行受力性能與參數化分析。黃心宇等[3]對PK 板施工階段力學性能開展研究，PK 板雙向傳力性能較好，且破壞時的塑性鉸線基本與雙向板一致。另有部分學者針對疊合板的簡化設計方法[4]、安全性驗證[5]、延展性能[6]開展了研究。眾多研究表明PK 板有著較強的性能優勢，但針對具體施工應用環節缺少研究，本文依托合肥蜀山區拾光天樾項目，圍繞施工流程，對PK 板的具體施工問題展開研究。提出了PK3 板在生產、施工效率及成本方面優于傳統疊合板的觀點。

1 項目介紹

1.1 項目概況

該項目位于安徽省合肥市蜀山區，規劃用地面積為26 493.08m2，總建筑面積約73 362.88m2，其中地上總建筑面積約為50 125.46m2，容積率：1.8。本項目共7 棟住宅單體，包含2 棟17 層小高（3#、 6#）、2 棟15 層小高（1#、 8#）、一棟14 層小高（7#）、兩棟10 層洋房（2#、5#）。主要預制構件包括：預制疊合板、預制空調板、預制樓梯、預制梁、預制飄窗、預制剪力墻、預制非承重外圍護墻、ALC 輕質隔墻條板。其中1#樓采用鋼管桁架預應力混凝土疊合板。

1.2 項目PK3 板設計

本項目PK3 板為C40 混凝土，預應力鋼筋為φH5，垂直于預應力筋方向的鋼筋為φ5@300，桁架采用93 桁架，高度為93mm，寬80mm，上弦為φ28，鋼管壁厚1mm，腹筋為HPB300 的φ6 的鋼筋，項目應用板最大尺寸為5 220mm（跨度）×2 560mm（寬度），底板混凝土為C40 強度細石混凝土，厚度為37mm，現澆后，總厚度為130mm。

2 主要施工流程

2.1 PK 板現場起吊

（1）起吊前應按設計圖紙核對板的型號及板長，并檢查板的質量，不符合規范要求的不得使用。

（2）嚴格按照出廠前預制底板產品上已標識吊點位置吊裝。

（3）吊裝過程應保持速度平緩，緩起慢落，并避免與其他物體相撞。

（4）應保證起重設備的吊鉤位置與吊具及構件中心在垂直方向上重合，吊具應具有足夠的承載能力和剛度，并保證每個吊點均勻受力，每個桁架應至少保證兩個吊點[7]，如圖1 所示。

圖1 鋼管桁架預應力混凝土疊合板吊裝示意圖

（5）鋪板前應在要鋪板部位四周梁邊或墻邊注明板的型號及板長，以方便鋪板時，快速安裝就位。

（6）疊合樓板吊裝至樓面200mm 時，稍作停頓，四角站人手扶疊合樓板，根據墻面彈出的疊合板邊線，調整疊合板位置，根據板底標高控制線檢查標高。

2.2 支撐設置

本項目中采用的PK 板最大跨度為5 220mm，除端部500mm 處設置支撐外，中間等距設置兩道支撐。支撐頂面應可靠抄平，且支撐方向應與預應力方向垂直，以保證底板底面平整且受力均勻。各層豎撐宜設置在一條豎直線上。支撐拆除時，后澆混凝土同等級條件養護的混凝土立方體抗壓強度應達到設計混凝土強度等級的100%[8]。

2.3 鋼筋及管線布置

（1）混凝土澆筑前，應按照設計要求鋪設橫向鋼筋、疊合層內其他鋼筋及管線，并對鋼筋管線布置進行逐項檢查，合格后方可澆筑疊合層混凝土。

（2）預制底板胡子筋一端伸出鋼筋長度≥150mm；另一端伸出鋼筋長度0 ～30mm，現場需增加附加鋼筋，交錯布置。附加鋼筋緊鄰預制板頂面設置，鋼筋型號不小于φ8@200，且不小于設計計算的鋼筋面積，其在板的后澆混凝土內錨固長度不應小于與底板鋼筋的受壓搭接長度，且不應小于200mm；支座錨固長度不應小于15d 且伸過支座中心線。

（3）線管的布置時，根據圖紙要求及板上和周邊墻上預留線盒及線管的位置布置，應從鋼管下端穿過。

2.4 上層混凝土施工

澆筑前應注意以下事項：（1）應該按設計要求鋪設橫向鋼筋和其他鋼筋，布設電氣管、盒；并在澆筑混凝土前進行隱蔽驗收；（2）應清除鋼管桁架預制底板上表面疏松的混凝土和浮漿，并清理干凈；應在混凝土澆筑前24h 對節點及疊合面充分澆水濕潤，澆筑前1h 吸干積水。

為避免漏漿，應分類采取相應措施如下：（1）板兩端與梁連接處，宜使用1.5 ～3cm 雙面膠帶堵實防止漏漿；（2）板之間拼縫宜采用干混砂漿堵縫防止漏漿；（3）預留線盒宜采用素混砂漿或干混砂漿堵縫，防止漏漿。

澆筑疊合層混凝土時應布料均衡，布料的堆積高度嚴格按現澆層厚度加施工活荷載1.5kN/m2控制，并應采用振動器振搗密實，以保證與底板結合成一整體；

后澆混凝土澆筑完畢后應及時進行養護。養護可采用直接澆水、覆蓋麻袋或草簾澆水養護等方法。養護持續時間不得少于7d。

3 PK3 板使用優勢

3.1 取消后澆帶做法

以1#為例，若采用疊合板，標準層需留置8 處后澆帶，采用PK3 板，板為密拼縫，取消后澆帶做法，單層可節約7m2后澆帶模板及對應支撐，按項目實際施工對比，在不變更作業人員數量的前提下，單層支模可節約半天工期。

3.2 減少預制板數量

PK3 板因其為預應力板，同等尺寸及厚度下，可承受更大荷載，以本項目1#為例測算，標準層若采用疊合板，共計需要20 塊疊合板，采用PK3 板，需要14 塊板，減少30%的預制板數量，對應的吊裝次數減少30%，提升吊裝效率，同戶型的情況下，可節約半天工期。

3.3 提高運輸效率

PK3 板板厚37mm，相比于疊合板60mm 厚度，減少約38%厚度，在滿足規范不超過6 層的情況下，PK3 板采用雙層鋼架運輸，同等投影面積下，運輸效率提高一倍，有效地降低運輸成本，縮減工程造價。

3.4 生產便捷

PK3 板采用長模臺法生產，模臺長度110m，寬度4 200mm，在預應力筋間距不變的情況下，同批次可生產不同寬度和跨度的板約20 塊。除去養護時間，兩個工人1d 時間即可完成模臺清理、模具安裝、鋼筋鋪設及綁扎、預應力筋張拉等工作，相比于疊合板的生產，在不考慮模板周轉的情況下，生產20 塊板，完成同等工作，需要20 名工人。降低90%的人工投入，且長模臺機械化程度高，產品質量可控。

3.5 安裝方便

PK3 板為單向出筋或不出筋，最大出筋長度為150mm，安裝過程中，不存在板端鋼筋與現澆梁與剪力墻鋼筋的碰撞，相比較疊合板后澆帶處鋼筋及端部鋼筋避讓，降低作業難度，質量易把控，提高了板安裝效率。

4 使用過程中的問題及解決辦法

4.1 刀把型板轉角處開裂

本項目1#樓廚房位置存在刀把型板轉角板，板尺寸為4 470mm×2 020mm，邊角處開口為800mm×1 200mm。該板實際運至現場乃至吊裝上樓后，發現轉角處出現平行于預應力筋方向的裂縫，影響其力學性能，并對后期混凝土澆筑及完成后的使用有一定的影響。

出現原因分析：（1）板在跨度方向上寬度出現驟變，易引起應力集中，引發開裂現象；（2）板為異形板，脫模及吊裝過程中，板的受力不均勻，導致轉角處開裂；（3）運輸過程中，板下墊木過少或墊木位置未能上下一致，行駛中車輛顛簸使板出現剪力，導致開裂。

解決措施：（1）項目設計階段，應避免板轉角的出現，將轉角板設置為兩塊板，若裝配率滿足的情況下，小部分區域可改為現場后澆。（2）工廠生產時，應按設計要求，待混凝土滿足75%強度后，完成脫模，且必須使用專用吊具，輕吊慢放。（3）運輸時，需對運輸人員進行技術交底，運輸過程中應平穩行駛，避免大幅度顛簸。

4.2 板跨中起拱

PK3 板首次施工在十一月份，其中部分板運至現場驗收時，經驗收，發現存在起拱現場，且起拱度與板跨成正比，最大起拱度約15mm，為板跨的1/300。板的起拱會導致如下問題產生：（1）板起拱一定程度上會引起板尺寸的變化，尤其是跨度和對角線長度的變化，導致端部搭接長度不足；（2）PK3 板施工中，為密拼縫，當板起拱時，相鄰板的起拱度存在高差，后期澆筑混凝土易漏漿，且二次裝修時，此處易開裂。（3）板的起拱會削弱鋼筋的預應力，對結構承載力有一定的影響。（4）板的起拱為漸變過程，若安裝前板未達到起拱穩定值或強度不夠，當上層混凝土澆筑后，在上層混凝土終凝時間內，板的起拱度增加，引起整體樓面出現開裂現象。

原因分析：（1）因冬季生產，混凝土強度上升慢，脫模時PK3 板強度不夠，混凝土未達到設計要求75%強度，剛度無法抵抗預應力筋的收縮；（2）部分PK3 板跨度增大時，會增加預應力筋根數以滿足承載力需求，但增加預應力筋的同時亦會增加板的內力，導致起拱。（3）桁架數量不足或間距過大，無法有效抵抗起拱。（4）板厚較薄，其剛度較小，無法抵抗因預應力筋導致的收縮力。

解決措施：（1）工廠應強化質量管理，尤其是PK3 板的放張及脫模過程，嚴格按照標準執行，針對冬季月平均氣溫較低等情況，應做好PK3 板在模臺上的養護工作，并按照試塊的強度決定脫模時間，不得根據經驗脫模。（2）可適當在混凝土中添加早強劑，增加PK3 板初期脫模強度。（3）工廠應針對PK3 板使用項目，聯合相關施工人員，設計人員，從技術角度分析起拱的影響，并合理設置起拱度的范圍，明確驗收標準。（4）相鄰板生產時，應同批次生產、同條件養護，該情況下若發生起拱，亦可保證起拱度一致，不影響現場安裝及后續施工進度[9]。（5）在不影響上層混凝土澆筑及管線施工的情況下，可適當增大底板混凝土的厚度，提高板的剛度。

4.3 穿管困難

PK3 板現場布置完成后，開始線管施工，線管布置于PK3板上表面，從鋼管桁架下端穿過，本項目中，采用的線管最大直徑為35mm，實際施工中，發現部分桁架下端無法穿過。造成施工困難。

原因分析：（1）深化設計人員并未與現場對接，設置凈高不足；（2）PK3 板生產中，鋼管桁架缺少固定措施，在振搗混凝土時，桁架易下沉，造成鋼管與PK3 板上表面凈高降低；（3）澆筑混凝土后上表面的拉毛及鋼管表面的混凝土碎渣未能及時清理，降低凈高。

解決措施：（1）深化設計人員應在設計之初與現場施工人員確認線管直徑，大致走向等基本信息，便于后期圖紙深化時考慮；（2）生產時，鋼管桁架下端架設墊塊，防止混凝土振搗時下沉；（3）混凝土澆筑前對鋼管進行遮蓋保護，避免浮漿污染鋼管，振搗完成后，應及時清理鋼管表面浮漿。（4）會同設計人員進行分析，在滿足使用要求的情況下，減小線管直徑。

4.4 線盒擠壓

本項目中采用的PK3 板，預應力筋間距最小為44mm，無法嵌入常用86 線盒，且尺寸差距較大，目前工廠生產多為線盒按固定位置擺放后，張拉預應力筋，因預應力筋無法避讓，且受力后繃緊，會擠壓線盒，部分線盒存在損壞，對現場后期穿線及二次裝修帶來麻煩。

解決措施：（1）在滿足PK3 板承載力的前提下，盡量增大PK3 板的預應力筋間距，或在線盒位置，將線盒兩側預應力筋位置調整，滿足線盒的安裝；（2）在滿足施工要求的情況下，亦可采用小尺寸的線盒，如圓線盒等；（3）板的線盒多為出線孔，不涉及開關等安裝，可與設計溝通，將部分線盒取消，改為留出線孔。

4.5 PK3 板的開裂

經本項目的應用，PK3 板在垂直于預應力的方向（即跨度方向）有著較好的抗裂性能，但在平行于預應力的方向，易出現裂縫，對結構的耐久性及防水性帶來一定的風險。

原因分析：（1）板厚較薄，部分板厚為37mm，板的整體剛度較弱；（2）分布筋布置間距過大，目前間距除吊點位置加密外，其余間距為600mm；（3）部分板存在開洞，預留切口，易導致應力集中，引起開裂；（4）板的堆放及運輸不規范導致板的受力不均勻，引起開裂。（5）冬季生產，板的養護及保護措施不到位，混凝土表面失水過大且溫度驟變。

解決措施：（1）嚴格控制板的生產，針對預應力筋的張拉、放張及脫模流程嚴格管控，全流程實施技術人員的旁站監督，當強度滿足設計強度的75%且不低于30MPa 時才可以放張，放張應由專人指揮，模臺兩側同時緩慢均勻放張，預應力筋的切斷應間隔從中間向兩側開始切斷；（2）加強混凝土澆筑與養護作業管控，防止混凝土高溫失水過快收縮開裂及溫差開裂；完成澆筑工序后，整體再及時用帆布進行覆蓋保濕、防風養護，避免混凝土失水過快板面收縮開裂[10]。（3）冬季生產時，溫度低于5℃時不宜完成混凝土的澆筑，低于0℃時，不得進行混凝土的澆筑工作。（4）嚴控脫模起吊作業，脫模時確保脫模強度足夠；使用專用的平衡吊架，多點均勻受力起吊，防止受力不均開裂。（5）適當加密分布筋。因PK3 板底板為單向板，垂直于預應力筋方向的分布筋間距約為600mm，實際使用中，該間距過大易引起開裂，故可適當縮減分布筋間距，如設置為300mm 的間距。（6）對PK3 板的運輸應嚴格制定專項方案，運輸過程中不得出現顛簸或急剎車等現象。（7）嚴格控制PK3 板存儲及運輸中的堆放，項目使用中發現，部分PK3 板運輸至現場時，其堆放為直接堆疊，上層板直接放置于下層板的桁架上，未按要求使用墊木，該操作導致板的接觸面變小，與桁架接觸部位易開裂及磨損，且接觸面摩擦力較小，運輸時易造成板相對位置的滑動。

5 結論

PK3 板作為一種新型疊合板，在生產、施工效率及成本方面優于傳統疊合板，有力地促進了裝配式建筑的發展，本文圍繞PK 板現場施工流程，介紹了其優勢，分析其存在的施工難點，提出解決措施，主要包括：（1）通過設計優化、運輸管控等控制PK 板的開裂問題。（2）針對PK 板跨中起拱，應增加工廠生產時的脫模強度，并明確起拱范圍的合理值。（3）為避免現場穿管困難，生產中嚴格控制混凝土的澆筑誤差，且對鋼管桁架進行固定。（4）線盒擠壓應在生產前進行設計優化，并盡量采用小型號線盒。