浅谈无粘结预应力技术在地铁上盖工程中的应用

浅谈无粘结预应力技术在地铁上盖工程中的应用

焦晓红

中铁六局集团石家庄铁路建设有限公司，石家庄市，050000

摘要:因为无粘结预应力技术在施工过程中操作简便、经济性良好等优点，在建筑业得到广泛推广，但是因为该技术的运用使其与混凝土之间没有粘结，所以无粘结预应力技术要比有粘结预应力技术复杂的多。本文以S市嘉华车辆段施工为例，阐释了无粘结预应力技术的重要性、技术特点、主要施工控制要点以及难点和改进方案，希望对建筑工作者有所启发。

关键词：嘉华车辆段无粘结预应力技术  技术难点

引言

百姓对居住环境质量、出行条件的便利性要求越来越高，不断提高的诉求推动了城市化发展的脚步，房屋建筑施工也迎来了发展的机遇。但是由于土地使用面积有限，并且受建筑物层数与高度的制约，施工单位一方面为了扩展更大的空间，另一方面在现有可使用土地上建造优质的工程，建筑施工过程中经常会利用到无粘结预应力技术。该技术的应用对于抵消由荷载产生的拉应力，避免荷载过重对结构造成破坏，延长建筑服役时间具有重要作用，同时有利于增加建筑物的使用面积。虽然预应力技术广泛应用、日渐成熟，但房屋建筑施工过程中，预应力技术的应用还存在一些问题。因此，本论文结合S市嘉华车辆段项目对无粘结预应力在超长结构房屋建筑中的应用开展研究，希望对该技术的应用有所启发、贡献。

2 S市嘉华车辆段简介

嘉华车辆段是S市的第2个车辆段，该车辆段位于地铁E号线一期工程线路的起始端，在城市轨道交通运营中发挥营运管理、停放、养护、检修的作用，同时也是地铁工作人员的办公、休息场地，包栝工作、食宿等。除去嘉华车辆段的职能功用以外，它的突出特点是采用了“一地两用”的建筑方式，地铁上盖的二次开发大幅提高了土地的利用率：利用车辆段上方的闲置空间，实施二次开发利用，即将嘉华车辆段上方空间全部“盖上”，并以此为中心，开展商业利用，后期地铁上盖将会建设成为建筑面积达约十九万平米的商业区，成为该省质量最优、极具特点的地铁小镇。

3 预应力技术文献综述

3.1预应力技术文献综述

王冬雁分别对混凝土现浇梁和无粘结预应力装配梁，开展了对比实验，并对无粘结预应力装配梁进行了恢复力特性分析，分析显示无粘结预应力装配梁比混凝土现浇梁成本更节约、恢复力更强。谢奕欣对无粘结预应力混凝土梁进行了非线性分析，研究了非预应力筋的屈服强度、配筋率；预应力筋的混凝土强度、配筋率对无粘结预应力混凝土梁弯曲性能和延展性的影响。王连广对5根无粘结预应力空腹式型钢混凝土梁和1根非预应力空腹式型钢混凝土梁的受弯试验研究，对梁截面的应变分布、变形和无粘结预应力筋应力增量的发展做了分析，并在试验基础上提出了无粘结预应力空腹式型钢混凝土梁抗裂承载力和极限承载力的计算公式。

3.2预应力技术特点

通过研读文献归纳预应力技术的建筑物结构特点：

（1）预应力筋的护套或外部涂层能够有效降低建筑物后期渗水出现的机率，提高建筑的抗渗性能；预应力技术的应用，可以抵消结构产生的压应力，增强构件的抗裂性能，抗裂性能的增加可提高建筑结构的抗裂能力，同时，建筑物的耐久性和抗侵蚀性也得到大大增强。

（2）在构件施工前，预先对预应力混凝土结构中的受拉的钢筋施加预应力，使其在破坏前就达到屈服强度，从而达到在施工中强度高、刚度大、抗剪能力强的要求。

（3）预应力混凝土具有良好的抗疲劳性能，在荷载作用下，预应力混凝土中的钢筋应力循环的幅度逐渐下降，提高了其疲劳寿命，结构承受动荷载的能力大大加强。

（4）可节约混凝土及钢材的用量，降低施工成本。

（5）由于混凝土及钢材的用量减少，所以具有自重减轻的特点。

（6）该技术可用于多层、高层房屋的建设、大跨度桥梁工程的建设等，应用领域十分广泛。

4 嘉华车辆段预应力技术控制要点分析

4.1下料质量严格把控

预应力筋如图1-1，是实施预应力技术的主要原材料，在施工建设中无粘结预应力筋所使用的原材多为钢绞线、消应力钢丝，嘉华车辆段使用的是Ftp=1860Mpa无粘结钢绞线。首先，在材料采购方面必须保证预应力筋供应商具有合法合规资质，保证原材料符合施工要求，如预应力筋外包管完好不破损，规格型号符合设计要求；其次，在检验试验方面，钢绞线在投入使用前，应遵循《 预应力混凝土钢绞线》(GB/T5224-2014)要求，按规定对钢绞线进行取样检验，检验结果符合本项目施工要求后方可进入现场；第三，在下料时，按照图纸规定截取预应力筋尺寸，同时综合考虑其曲率、锚固端保护层厚度、张拉伸长值及混凝土压缩变形等因素来确定钢绞线的长度，保证预应力筋及钢绞线长度是科学、合理计算得出的，之后根据区域需要安放不同的长度，坚决不能出现死弯问题，对需要使用的作业工具提前备置，保证施工按期、顺利进行。预应力筋下料时应采用砂轮锯切断，不得采用电焊切断。

1-钢绞线或钢丝束；2-油脂；3-塑料护套

图1-1 无粘结预应力筋

试验检验发现，预应力筋的护套能够有效保护预应力筋抵抗外界物质对其的腐蚀，并且有利于减小张拉时的摩擦力。施工过程中应用较多的涂料有防腐油脂、防腐沥青,这两种材料的稳定性都较好，预应力筋的外包层采用高压聚乙烯塑料管或塑料袋，保证预应力筋韧性良好。如果在施工中外包层出现损坏，可使用防水胶带严密缠裹，避免后期渗水问题的出现。

4.2预应力制作与成品保护

首先，依据施工图纸要求下料、组装，确认长度、使用数量以及操作规范，同时要兼顾张拉设备配置及不同形式的组装要求，要根据施工中张拉端预先计算的张拉长度进行下料。嘉华车辆段采用的张拉方式为一端张拉和两端张拉，采用一端张拉时，预应力筋下料时要逐个组装，然后根据图纸要求将不同规格预应力筋编号放置。其次，现场下料场地有限，因此在加工棚内已完成组装的预应力筋应及时转运到施工现场，以便准备下一施工段的预应力筋。第三，吊装过程中务必防止预应力筋碰撞挤压，碰撞挤压会导致护套损坏、损伤预应力筋。第四，依据规格分门别类将预应力材料妥善放置在干燥、平整处，预应力筋下方铺设垫木，其他张拉器具码放整齐置于室内，避免受潮。预应力筋应单独存放，严禁将模板、水泥、架管堆放在预应力筋上，避免损坏预应力筋。

4.3精确定位预应力筋

首先，根据参照的标准物，利用直尺测量第一根钢绞线的位置，在规定的范围内允许其有一定的操作误差，但绝不允许存在歪斜状况，随后根据图纸等距离放置其余钢绞线，铺放预应力筋应逐根进行，确保预应力筋顺直，不得交叉。在实际操作过程中，钢绞线全部由人工摆放，极易出现歪斜，为避免钢绞线错位，嘉华车辆段采取每隔2-3米对钢绞线放置位置进行标记，确保钢绞线摆放位置精准；其次，根据参照物确定张拉端和锚固端的位置，保证张拉实际值与理论值相同或是近似，确保建筑物的承重；本工程预应力筋张拉操作方式分为一端张拉和两端张拉，一端张拉的下料时要一根一根进行组装，然后将各种类型的预应力筋按照图纸的不同规格进行编号堆放。第三，螺旋筋应与锚具对中，螺旋筋的首圈钢筋距锚垫板的间距宜≤25mm，以提高锚具下混凝土局部受压承载力，确保伸长量，将误差最小化。普通钢筋与预应力筋全部绑扎铺设完毕后，应对预应力筋作最后的调整，以保证预应力筋顺直和满足设计图纸中间距的要求。

4.4浇筑过程控制要点

在完成上述准备作业之后，要进行施工环节中重要的一步，即混凝土的浇筑，在正式浇筑之前要对铺放好的预应力筋位置、型号和数量进行仔细检查，承压板、螺旋筋、锚垫板、穴模放置是否符合规定，预应力筋外套是否完整，保证张拉端、固定端振捣密实，且振捣过程中不得损伤张拉端穴模等组件，若有破损应及时进行修复，各项参数核查无误后，方可开始混凝土浇筑。混凝土浇筑前确保均匀性，严禁出现离析现象，不能出现沉淀和分层问题，同时不能集中卸料避免预应力筋移位。在浇筑过程中，承压板和锚垫板部位要加强振捣，振捣密实，不能空鼓，若出现空鼓会影响锚具下混凝土局部受压承载力，易产生误差，影响张拉值，振捣过程中不应损伤预应力筋，保证预应力筋不移位，浇筑结束后，保持充分的湿润，加强养护，避免水分蒸发过早过快而导致混凝土产生急剧的体积收缩，产生裂缝。

4.5预应力筋张拉、封锚控制要点

预应力技术施工的重点关键工序是预应力筋的张拉，张拉的效果决定着建筑预应力值。首先，作业前必须具有混凝土检验实验报告，然后才能张拉。达到拆模要求后，对垫板、钢绞线上残留的泥浆进行彻底清理，避免存在污垢影响张拉质量。其次，将锚板和千斤顶按照规范要求安装。当混凝土凝结符合设计要求强度后，依照张拉操作规范，实施预应力筋的张拉，过程中严格按照规范进行操作，确保张拉效果。无粘结预应力筋张拉端的锚垫板两点绑扎固定在板普通钢筋上，且应保持张拉作用线与锚垫板相垂直，张拉端内侧预应力筋应有不小于300mm的平直段；为保证张拉时锚具顺利安装，张拉端如在板面，承压板前安装海绵聚苯，如图1，张拉端如在混凝土边缘处，承压板前安装海绵聚苯，如下图2。张拉端和固定端根据现场实际情况进行调整或调换。

图1 承压板前安装海绵聚苯       图2承压板前安装海绵聚苯

嘉华车辆段混凝土压力强度达到规范要求的95%后，方可进行张拉。后浇带混凝土强度达到100%后，方可进行后浇带处预应力筋的。临边通道及操作架应满足预应力施工及张拉条件，平台宽度应不小于1米。

张拉后预应力筋需要2-3天的过度时间，之后通过实际测量，确定锚环内外预应力筋无收缩变化且状态稳定，随后方可对预应力筋进行切割。

施工过程中应使用砂轮锯或采用其他机械方式进行切割，严禁使用电弧焊，切割后露出锚具外的长度应大于无粘结预应力筋直径的1.5倍，且应且应≥30mm。进行封锚前夹片及无粘结预应力筋端头外露部分要用专用防腐油脂进行防护，将张拉槽清理干净，采用同标号细石混凝土进行封堵。

5 嘉华车辆段预应力技术难点探索及改进方案

（1）如果楼面使用超长预应力筋，施工过程中预应力筋必须分段布置，逐段张拉。如果预应力分段过长，会导致预应力的耗损；频繁分段，又会增加张拉次数，导致锚具耗费大。因此施工企业应该根据实际施工条件，计算预应力筋的分段频次。

（2）大面积混凝土楼板使用预应力筋时，分块楼面的作业周期长，应该特别注后浇带位置预应力筋的保护。如果施工过程中后浇带位置预应力筋全部断开，则后浇带处就没有预应力筋的布置，便成为建筑的结构薄弱地带，存在安全隐患，因此在施工作业中务必使预应力筋贯穿后浇带。

（3）混凝土自使用起就开始收缩，混凝土的收缩会延续长达二十几年的时间，收缩前期特点是速率大，伴随时间推移，收缩后期特点是速率放缓，一般在3-6个月内完成大部分收缩，各国实验表明混凝土收缩速率可估计为2星期内完成20年收缩的25%左右，3个月内完成20年收缩的60%左右，1年内完成20年收缩的75%左右。

后浇带对混凝土收缩具有非常重要的影响。一般情况下，后浇带间距在20至30M之间，但间距小导致施工时间长，锚具用量大。施工现场经验总结，如果早期张拉，后浇带间距能够达到50至80m，后浇带留置期在6个星期到2个月不等，混凝土在这个期间充分收缩，随后浇筑后浇带，进而降低混凝土后期收缩对建筑的影响。

（4）嘉华车辆段工程呈现了大面积超长预应力混凝土楼盖结构施工的特点，作业难度大，在施工过程中，预应力施工需要与其他作业相互配合协调，当预应力筋与普通钢筋施工铺设中发生矛盾时，应该与设计单位沟通，寻找解决方案，确保预应力筋的铺设位置；同时加强专业技术人员的学习、培训，拥有一批专业技术强，能打硬仗、能攻关的技术人员；最后在作业过程中强化技术操作的反思与总结，定期开展技术交流，并记录备案，方便以后学习探讨。

6 结束语

无粘结预应力技术在施工前要对预应力筋材料质量、铺设、保护、定位、混凝土浇筑、张拉操作进行严格控制,以确保施工质量。嘉华车辆段是整个地铁检修、办公的区域，投资方对S市地铁嘉华车辆段的施工作业提出了更高水准的要求。无粘结预应力技术有效的抗裂、减少混凝土和钢筋用量、提高抗震性的优点，使得无粘结预应力技术在该施工过程中广泛应用。项目的技术人员现场施工过程中也会遇到偶发的、棘手的技术问题，鉴于此需要技术人员将现场经验与理论相结合，对无粘结预应力技术进行探索，相信，经过反复的实践研究，对预应力技术会应用会更加成熟，取得突破性进步，为建筑业做出更加突出的贡献。

参考文献：

1、王冬雁,李振宝,杭英.无粘结预应力装配梁试验研究[J].工业建筑,2008(02):31-34+58.

2、谢奕欣. 无粘结预应力混凝土梁的非线性分析[D].湖南大学,2008.

3、王连广,慕光波. 预应力空腹式钢骨混凝土梁受弯性能研究[J]. 工程力学,2011,28(08):113-118.

4、施麟.预应力施工技术在房屋建筑质量控制中的应用分析[J].江西建材,2017(24):80-81.

5、赵敬法,王晓明,张健.无粘结预应力混凝土结构工程施工技术及其应用[J].施工技术,2016(S1):580-582.

6、邢学军.使用无粘结预应力技术改进高层建筑设计[J].价值工程，2016,35(17):108-110.

作者简介：焦晓红（1984-04）女，汉族，本科学历，中级职称，籍贯河北省石家庄市

研究方向：建筑施工技术