三种预应力混凝土技术在石家庄站房中的应用与研究

王辉等

摘要：京石客专石家庄站站房工程高架层、轨道层和站台层大跨度梁均采用了预应力技术，根据结构的受力特点及施工要求，采用了多种预应力技术，主要有有粘结预应力技术、缓粘结预应力技术和无粘结预应力技术。在同一工程中用三种预应力技术的在国内各大型工程中尚属首例，其中缓粘结预应力技术是结合有粘结预应力技术和无粘结预应力技术衍生出的一种新型预应力技术。这种技术既达到了有粘结技术的受力效果，同时又减小了施工难度。高架候车层采用连拱做法，为了满足节点的抗剪要求，连拱的拱脚采用了钢结构的做法，这一做法，为预应力该部位的施工造成很大困难，为了解决这技术难题，钢结构、钢筋和预应力三者在该位置的排布关系，三家单位做了详细的深化设计，确保了该部位的顺利施工，达到了良好的施工效果。

关键词：预应力技术 粘结 缓粘结 无粘结

1 工程概况

站房建筑总宽度（包括高架车道宽度）：204.9m，高架候车区建筑宽度144m，建筑进深（屋面总长度）：491m，建筑总高（站台面算起屋顶标高）：36.870m。无站台柱雨棚：单侧平行股道方向长度为308m，垂直股道方向宽度均为114m。车站站房总建筑面积：107059m2，其中：地上76814m2；地下30245m2；高架平台和高架跨线桥；无站台柱雨棚；站台铺面和行包地道等工程。结构选型为主体钢筋混凝土结构和屋面钢结构。

由于建筑功能对大开间的需要，本工程在主梁中主要采用有粘结预应力技术，在伸缩缝处，有粘结预应力张拉端无法安装，为了解决这一技术难题，该部位主梁采用了缓粘结预应力技术。次梁中采用无粘结预应力技术；由于本工程体型很大，结构超长，为了解决结构的温度应力影响，在板中采用无粘结预应力技术。

高架候车层采用连拱做法，由于拱脚水平推力较大，本工程采用预应力技术来解决候车厅拱脚的推力问题，在拱下每根水平大梁内布置有80根有粘结预应力筋来平衡拱脚的水平推力。

本工程预应力钢筋采用1860MPa低松弛钢绞线，直径15.2mm；张拉端锚具采用B&S夹片锚具，锚固端锚具采用挤压锚具，锚具锚固性能达到：锚固效率系数不低于0.95，总应变不低于2.0%。

2 技术方案的研究

京石客专石家庄站站房工程预应力施工难点在于： ①钢拱脚部位的施工；②拱下预应力筋的张拉；③施工过程的张拉控制。

2.1 钢拱脚部位的施工 本工程每个拱脚位置的柱子均为钢骨柱，施工时预应力孔道需穿过钢骨柱，故钢骨柱需要在预应力孔道相应位置预先开洞，施工前预应力施工单位与钢结构施工单位共同对钢骨柱开孔位置进行深化设计，保证开洞位置准确无误，避免因为开孔位置偏差而重新开孔造成对钢骨柱截面的削弱，以保证施工质量。

2.2 拱下预应力筋的张拉控制 拱下预应力梁配筋，一是为了平衡结构的部分竖向荷载，在梁中为曲线布置；二是为了解决拱脚的水平推力，在梁中为直线布置，仅对框架梁产生轴向压力。实际施工时，这两种荷载不是同时施加到预应力梁上的，预应力一次施加到结构上不合理。鉴于此，预应力张拉根据实际的施工顺序和阶段，采取分级、分块对称张拉的施工方法，分别平衡结构的竖向荷载和拱脚推力。

第一级张拉是在混凝土强度达到设计要求，上部钢结构和拱结构尚未产生拱脚水平推力的时候进行，此次张拉主要是用于平衡结构的自重和部分施工荷载。根据计算，张曲线预应力筋可一次张拉完成。第二级张拉是在梁上部拱墙结构施工之前，为了抵消拱脚水平推力，张拉水平预应力筋的50%。第三级张拉是在屋盖钢结构施工之前进行，将剩余的50%直线预应力筋全部张拉完成。

2.3 施工过程的张拉控制 为了避免在预应力梁张拉过程中，产生对结构的不利影响，根据现场施工段的划分，对整体结构做了详细的施工模拟。

3 工程技术应用

3.1 预应力技术应用的全面性 考虑到本工程的施工难度和结构受力要求。本工程采用了有粘结预应力技术；缓粘结预应力技术；无粘结预应力技术三种预应力技术，在一个工程应用三种预应力技术在国内各大型站房工程中尚属首例，体现了预应力技术在大型工程中应用的灵活性和多样性。

3.2 预应力技术特点 ①有粘结预应力施工特点：有粘结预应力技术主要用于主梁，施工难度较无粘结预应力大，施工步骤主要为：架设定位筋；铺设波纹管；穿预应力钢绞线；张拉预应力筋；孔道灌浆。②有粘结预应力受力特点：有粘结预应力是和整根梁的受力是一致的，预应力筋和混凝土形成很好的握裹力，每个梁段的预应力筋应力都是变化的。根据各区段的弯矩大小，随受拉混凝土边缘应力的增大而增大。有粘结预应力筋的生命线在于灌浆的密实性，灌浆密实，每个区段的预应力都能很好的和梁体产生握裹力，而且即使两端锚具失效也不会影响整个预应力筋的受力效果。③无粘结预应力施工特点：无粘结预应力技术主要用于次梁，施工难度较有粘结预应力小，施工步骤主要为：架设定位筋；穿预应力钢绞线；张拉预应力筋。④无粘结预应力受力特点：无粘结预应力是和整根梁的受力不一致的，整根预应力筋在梁体内的应力是相同的，锚固点和张拉点就好像是一根绳子的两端，将无粘结预应力筋固定在梁体内，由于无粘结和整根梁体无粘结，所以无粘结预应力服从最大应力原则，即，服从梁体最大弯矩位置处的应力变化。無粘结预应力筋的生命线在于张拉端和锚固端，如果有任何一端失效，整根预应力筋就失效了，因此无粘结的生命线比较薄弱。张拉锚具和挤压锚固端的可靠性直接决定了无粘结预应力作用效果的成败。⑤缓粘结预应力施工特点：缓粘结预应力技术主要用于主梁，施工难度较有粘结预应力小，施工步骤主要为：架设定位筋；穿预应力钢绞线；张拉预应力筋。⑥无粘结预应力受力特点：缓粘结预应力受力过程是分段的。第一段，在刚张拉完成时，缓粘结剂还没有固化时，这时的缓粘结预应力受力效果和无粘结一样，生命线只靠两端的锚具，而且整根预应力筋各区段的应力是相同的。第二段，随着时间的推移，缓粘结剂开始起作用，这时的缓粘结剂受力效果介于有粘结和无粘结之间，各区段的预应力筋应力在逐步发生着变化，生命线也由两端锚具变为多点，逐步连续起来。第三段，缓粘结剂完全固化以后，这时的缓粘结预应力筋就完全达到了有粘结的受力效果，预应力筋通过缓粘结剂和混凝土形成很好的握裹力，每个梁段的预应力筋应力都是变化的。根据各区段的弯矩大小，随受拉混凝土边缘应力的增大而增大。

4 预应力技术经济效益分析

4.1 项目分析 根据站房使用功能要求，该站房的要求是“大空间，大净高”，满足现代铁路大发展的需求，为了满足净高的要求，梁的高度受到了限制，梁的挠度和裂缝受到了限制，采用了预应力技术，减小了梁高，同时解决了梁的挠度和裂缝问题。由于高架候车层上部采用连拱做法，拱脚推力很大，为了解决这一难题，本工程也采用了预应力技术，由于该站房是超长结构，设计意图是为了保证站房的整体性，不愿意留太多的伸缩缝，这样结构内部温度应力很大，为了解决这一难题，本工程同样采用了预应力技术。这样，预应力技术既减轻了结构整体自重，又降低了工程造价，同时满足了结构受力需求和使用功能要求，最终拟定了采用预应力技术来解决站房设计中的这一系列难题。

4.2 经济效益分析 轨道层两股道之间梁的跨度均在21～24m左右，用普通混凝土结构，梁高会达到2.5～3m，用预应力技术，梁高会降低到2m，同时又解决了梁的挠度和裂缝问题。高架候车层拱脚推力很大，如果将拱设计成半圆，这样结构造型感差，另外，浪费了钢材，采用预应力技术，既解决了拱脚推力的问题，同时又降低了工程造价，达到了设计美观的需求。本工程为超长结构，为了满足整体性的要求，采用了预应力温度筋，既降低了施工成本，又满足了设计意图，取得了良好的经济效益和社会效益。

5 总结体会

①在京石客专石家庄站站房工程中，很好的发挥了预应力技术在当今大型客站中的重要作用。②新型的缓粘结预应力技术开创了预应力混凝土技术的新局面，为难度大的有粘结预应力混凝土提供了新的参考。③预应力技术在站房工程中的巧妙应用，降低了工程的造价，达到了工程使用功能的需求，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]刘伟.浅析路桥施工中预应力技术的应用[J].价值工程，2010（21）.

[2]宫北辰.小议桥梁工程中水泥混凝土技术性能及其应用[J].价值工程，2012（16）.

[3]刘伟.浅析路桥施工中预应力技术的应用[J].价值工程，2010（21）.