时间：2013-11-29 分类：机械
摘要：本文结合工程实例,详细介绍了大跨度建筑预应力后张法在建筑工程施工中的施工工艺、特点及技术应用, 掌握了切实可行的施工方法，可为类似建筑结构预应力后张法施工提供借鉴。
关键词：大跨度 悬挑预应力 施工技术 后张法
0 工程概况
某大楼由地下室、筒体、外挑楼层及连接体组成。主楼建筑面积11726m2，其中地面以上9722m2。主楼工程造型别致，结构新颖，是国内采用技术先进的大跨度悬挑预应力空结构体系。地面以上1~4层为两个8.3m×8.3m钢筋混凝土方形筒体，5层以上(16m)为两个25m×25m四周预应力空腹悬挑方形楼盖，每两层由4榀交叉预应力空腹悬挑主桁架及四周预应力空腹悬挑次桁架组合成四面悬挑8.35m的空间受力结构单元，支承在中心方型筒体和箱基上。通过标高16m以上的连接体，形成了对角线相连的对称性的悬挑结构。
1 采用的施工工艺及其特点
高层大跨度悬挑预应力结构施工技术要求高，安全防护难度大，施工中安全问题很突出，既要保证原工程开放时人员进出的安全，又要从建筑结构、施工设施、施工工艺及操作工艺等各方面来选择有利于施工的工艺和措施。
(1) 通过严格控制预应力张拉的工程质量来保证建筑结构达到设计要求。
(2)施工设施力求做到最不利荷载作用下，保证结构的稳定性。
(3) 选择适应高层建筑施工条件的施工方法，充分采用施工新工艺，扩大地面拼装作业，以减少高空作业。
(4) 强化劳动组合，选用先进的施工机械，相对减少高空作业的施工操作人员。
2 主要分部分项工程的施工技术
2.1 钢筋工程
现场搭棚、配备钢筋加工机械，集中加工成型。绑扎在各楼层作业面完成。针对工程预应力主次桁架断面小、钢筋规格大、配筋密的情况，采用分层分皮交叉安放绑扎的操作工艺。
2.2 模板工程
多边形柱采用定型木模板，柱筋采用钢管扣件，筒体外墙采用定型钢模散装散拆，内墙板采用定型钢模组装成大块整装整拆，粱模板采用定型钢模板整装散拆，楼板采用胶合板。
高16m悬挑处模板支持系统，采用 53无缝钢管及扣件组成钢管排架，挑出到屋面上部的支撑采用钢管斜向支撑与钢管排架联结，并支撑在承重墙上。
2.3 混凝土工程
现场设置混凝土搅拌站拌合混凝土。用方锥形混凝土料斗装料，由塔机运至作业面直接入模。
2.4 预应力工程
2.4.1 施工设备
(1) 公司专门成立了预应力领导小组，会同设计、建设单位进行调研，确定预应力施工工艺，并围绕该施工工艺对钢筋、模板、混凝土及外手脚、垂直运输等要求，编制施工组织设计，经审定后贯彻实施。
(2)确定锚具，选择预应力成孔方案及张拉设备型号。
该工程选用XMIS-7锚具，选择预埋内径φ65的金属波纹管成孔，以YCD-120穿心式千斤顶张拉机配置ZB4-500电动泵进行张拉。
(3)组织专业队伍经培训合格后上岗操作。该工程组织3个预应力施工专业队，进行技术培训，明确岗位责任，并进行模拟操作，经考核合格后上岗操作。该工程预应力施工专业队具体负责预应力钢丝下料、编束、预埋金属波纹管、穿束、张拉及灌浆等作业。
(4)高强钢丝、锚具检验。对进入现场的钢丝，除具出厂合格证外，还进行了抽样检验，保证各项技术指标全部满足国际GB5223—85的要求。对运至现场的锚具除检验出厂合格证外，还抽样进行硬度、探伤及锚固力试验。
2.4.2 主要施工方法
(1)预应力高强钢丝束制作，采用7×7 S5高强钢丝集组成束。钢丝采用切割机断料，张拉钢丝留置长度一般为800~1000mm。钢丝下料后，逐根检查钢丝的外观质量。严禁使用生锈或有伤痕的钢丝。
钢丝编束时，将49根 S5钢丝平放，一头对齐，用放水胶布分股包扎、编号。每束分7股，每股7根，套上锚环后，逐步推向另一端。中断用铁丝绑扎，至末端时同样用防水胶布分股包扎，编号与另一端相同。最后两端均用胶布将7股包在一起，以便穿束。
(2)金属波纹管及两端喇叭口安装。该工程采用内径 65mm金属波纹管，接头处使用内径为 69mm金属波纹管。两端喇叭口根据设计要求采用钢板加工并焊接有灌浆导管。
安装程序如下：
根据设计要求在单侧模板上标出管道及喇叭口定位座标→安装、校正并固定两端喇叭口→焊接波纹管定位固定支架(间距500mm)→安装金属波纹管→安装金属波纹管接头处金属波纹套管(套管的有效长度不小于130mm)→检查、校正并固定金属波纹管→套管两端用放水胶布缠裹两层(每圈胶带应与前圈胶带迭合1/4以上)，缠裹的宽度每边不小于50mm。
(3)清孔：采用自制清孔器人力进行清孔。
清孔方法：将尾部连有清孔器的绳索由喇叭一段穿入，将清孔器带入金属波纹管内，然后在两端用人力抽拉绳索清孔。
清孔步骤：金属波纹管安装校正完毕，即进行第一次清孔，如清孔器能顺利通过，即进行金属波纹管固定、密封。如清孔器在金属波纹管内受阻，根据清孔器两侧绳索显示清孔器在管内的位置，拆除该处套管进行检查，排除故障，重新安装，直到清孔器在管内能顺利通过为止。
#p#分页标题#e#从混凝土浇筑开始至完成后3h的这一段时间内，应每隔10min将清孔器从管内一端拉至另一端，如发现清孔器受阻，应及时找出原因予以清理排除。穿束前应再次使用清孔器进行最后一次清孔。
(4)运索、穿束。将编好的钢丝索在地面盘成直径约3m的盘圆并临时绑扎。用塔机调运至楼面后，拆去绑扎的铅丝，摊平放置在楼面上，再次检查外观质量及编束质量后待穿。在两端喇叭口处，设置2m、外挑4m的悬挑操作平台。
穿束时，先将钢丝束用\"护套\"包住钢丝束端头，用人力由楼面经过悬挑平台，将钢丝束形成半径大约4m的弧度，由一端逐步穿至另一端。
2.4.3 预应力张拉
(1)张拉设备及操作要求
选用的YCD-120穿心式千斤顶，额定张拉力120t，与弹性顶压器配套使用时，可对3~7根直径15mm、5~12根直径12mm的钢绞线或钢丝束进行张拉。与液压顶压器、液控顶压阀配套使用时，可对预应力束锚具的夹片施力顶压，以减少锚固损失，提高锚固效能， 其工作原理见图3.2—7.
(2)张拉操作顺序
初始状态：电动机不转，四个阀门都打开。
张拉状态：启动油泵电动机，关闭张拉油路上的卸压阀、调节阀，千斤顶活塞外伸，带动工具锚对钢丝束进行张拉。达到张拉吨位后，将调节阀打开，使张拉油路保持油压，并持荷2~3min。
顶锲状态：关闭顶压回程油路卸压阀、调压阀，升压至50MPa，将工作锚具夹片顶入锚环中。顶压过程中，注意张拉油路升压情况，一般不超过2MPa。缓缓开启张拉油路卸压阀，使油压缓缓降至零。
回程状态：继续对顶压回程油路供油，使千斤顶回程油压为零，回程终了要及时卸荷，关闭电动机，松开所有阀门。卸下工作锚，卸下千斤顶及顶压器。
整个张拉过程中需要注意的是：千斤顶行程不得超过180mm，千斤顶油压不得超过最大张拉油压;千斤顶张拉油缸进油时，回程油缸即液控顶压器必须处于回油状态;千斤顶的回程油缸进油时，张拉油缸必须处于回油状态;顶压过程中必须密切留意张拉油路升压情况，不得超过1~2MPa。
(3)预应力控制
该工程预应力钢束张拉采取应力、应变双控制。主桁架上弦粱长25m，根据设计要求及千斤顶本身的行程，采取两端张拉。次桁架上弦粱长18.2m，采取一端张拉，另一端自锚。
施工中考虑到钢丝松弛、混凝土徐变等引起张拉应力损失，采取超张拉方法。张拉顺序0→103%σk。
主桁架在实际张拉中，为控制两端压力差，分3级张拉，每张拉一次，测一次钢丝束伸长值。实际张拉顺序及张拉值如下：
张拉顺序：0→15%σk→60%σk 103%σk
张拉值：0→147.87kN→591.5kN 1015kN
当主桁架两端张拉至103%σk后，量取最终伸长值及应力应变值，达到标准要求后，即可以顶锚。但两端不能同时顶锚，先在一端顶锚，待另一端补足因顶锚引起的应力损失后，再进行顶压。每榀主桁架上弦有两束钢丝束，顺序为先张拉下层束，后张拉上层束。
(4)预应力测试
一是薄壁金属波纹管摩阻损失测试。
该工程抽取两榀应力主桁架进行金属波纹管道摩阻测试。目的是了解孔道实际摩阻值与规范是否相符，同时也可以根据测出的摩阻值进一步核算实际建立的预应力值是否符合设计要求。
测试方法是利用现场张拉设备，将分设在两端的张拉机，一端进行张拉，另一段固定，当张拉端达到要求的控制值时，读出固定端压力表上数值。查对该机被动曲线表换算成张拉力，由其两端的差额求得孔道摩阻值。工程实测平均的摩阻值在0.0019~0.0048之间，较接近规范值。
二是钢丝束延伸值及锚具回缩值的测定。
钢丝束延伸值测定方法是将钢丝束张拉值达到15%σk时停止送油，量出初始应力的伸长值，张拉值达到60%σk时持荷3min继续拉至103%σk ，量取最终伸长值。最终伸长值与初始伸长值的差，即为所建应力的伸长值。
工程实测伸长值误差为3.62%~5.76%之间，符合规范要求。
锚具回缩值简单测定方法是在钢丝束张拉至103%σk时，用钢直尺从锚环端部钢丝束上量取100mm线段，在顶压完成后再量测线段长与前者之间的差值，是锚具回缩值。
工程实测锚具回缩值为2~3mm，符合规范要求。
(5)灌浆与封头
灌浆采用与结构体同强度等级砂浆。灌浆步骤为：冲洗管道→灌浆→封闭。灌浆使用砂浆泵，压力为0.5~0.8MPa。由一端喇叭口上的灌浆口灌入，先下后上，缓慢均匀的进行，直至另一端灌浆孔有砂浆连续流出后，即可封闭管道。
按设计要求，该工程主桁架两端预应力锚具，采用凸出钢筋混凝土封头，并与外墙面同步进行装饰。
2.5 脚手工程
(1)标高16m以下脚手与悬挑部分模板支撑系统合并设置，采用钢管排架。挑于屋面上部，采用钢管斜撑，支撑在承重墙上并与钢管排架联结。
(2)标高16m以上悬挑楼面，采用钢管、扣件组合外挑脚手。在5、7、9、11层楼面上预埋 φ12钢筋环，穿入φ53无缝钢管，外挑1250mm，设斜撑、拉杆及吊索，用小孔安全网、竹笆网保护。
(3)预应力张拉操作平台，在张拉前，临时搭设钢管、扣件组合外挑脚手，用毕后立即拆除。#p#分页标题#e#
3 结束语
本工程采用的预应力成孔、清孔、高强钢丝编束、穿束、张拉、灌浆及测试等一整套做法，工艺成熟，便于操作，安全措施得力。应力、应变数据准确可靠，能切实保证工程质量。
该项高层大跨度预应力悬挑结构的设计与施工，为我国建设结构又增添了一个新的体系，也为节约建筑用地、改善城市景观，提供了新的有效途径。
