超高和超深大跨度预应力梁的施工

刘宏明

摘 要：通过现场施工，对超高超深大跨度预应力梁的模板支撑体系，预应力的制作，大体积混凝土施工，温差裂缝等提出一些施工保证措施。

关键词：超深梁；大跨度；预应力；模板支撑；大体积砼；温差裂缝

在普通民用建筑中，一般的层高、梁高和跨度都不会很大，但是设计为了满足建筑和功能上的某些特殊需功能，有些建筑物的部分层高、梁高、跨度都要超过普通的要求并采取特殊的措施（如预应力砼梁、桁架梁、网架），它们施工难度大，要求高。因此，在施工中就要特别注意这些超高、超深和大跨度预应力梁的施工。现以我校教学实验楼（新文理楼）为例，谈谈超高、超深和大跨度预应力梁的施工。

1 工程概况

学校为了节约土地和资金，把教学实验楼建在原游泳池北端上，游泳池伸入教学实验楼15.5米，首层四分之一是游泳池，其为实验室层高为5.4米；二楼以上为实验室，层高为3.9米，总建筑面积为12816.4平方米。要保证游泳池的正常使用，教学实验楼二层结构必须跨过游泳池的短边，跨度30米。基础采用预制砼管桩，结构上采用桁架框支梁来跨过游泳池，并在游泳池的上方设计了四条截面为1000X2500的超深预应力混凝土梁框支梁。且其层高为5.4米，加上游泳池深1.9米，总的支模高度为7.3米，四条砼梁属于超深、超高的预应力梁。其与普通砼梁相比有如下特点：工程量大，梁的截面面积大（1000X2500），高度高（7.3米），跨度大（30米）；结构厚，体积大，施工荷载大，钢筋级别多，混凝土数量多，预应力梁的预埋管位要精确，施工精度要求高，质量要求严。

2 模板工程

在超高和超深大跨度预应力梁的模板安装中，首要解决的问题是荷载的传递。如框支梁的截面较大，其每延长米的最大自重为62.5KN/m；再加上板的恒载及施工荷载其就属于高大模板支撑体系。为了保证荷载有效地传递和支撑系统全部安全可靠，本工程支模系统采用Φ48钢管满堂脚手排架支撑系统，按计算要求来确定立杆钢管的间距和横纵水平杆的步距，上下层支承点尽可能对中。在梁模施工中，由于预应力梁的钢筋品种多，含筋量大，梁中还有预埋预应力波纹管，为了保证钢筋及预埋管的安装，先装梁底模，扎好钢筋，安好预埋管预应力筋后，再安装梁侧模和板底模。梁侧模板受混凝土的侧压力随混凝土的高度增大而加大，因此，在安装侧模时，必须双重压脚枋，加斜撑，保持侧模与底模的稳合，并用Φ14对拉螺栓杆将两侧模板对拉，上下两排错开，形成梅花形，间距为500，并在两端各设一件梁厚定位挡片，挡片用50×50×5钢板制作，两挡片外边间的距离等于混凝土梁的厚度，防止模板下口向外爆裂及中间鼓胀。安装完模板后和在浇捣砼前必须由各方组织的安全员进行核查，核查完后才可浇捣砼。在浇捣混凝土的过程中，设多名专职安全员密切监视该层砼相应位置的模板及支撑体系，观察模板及其支撑系统的变形情况，发现异常情况立即停止施工，并分析原因，作出相应的处理。总之在施工过程中必须严格执行规范和经审核的专项方案。

3 钢筋工程

由于是框支梁，梁、柱钢筋级别高，品种多，含筋率高，如箍筋都为Φ12的4支箍，间距为100。为了安装方便，在梁底模的两侧安装操作平台，底筋和面筋都为焊接，箍筋也为焊接，多层筋用短钢筋按要求高度分隔，两端柱头用预制好的箍筋笼代替现场放置，并和预应力预埋管交叉作业，各工种全部安装完毕后，按图纸要求检查完后才封梁侧模板。

4 预应力套管的埋设和预应力筋穿束与锚垫板安装

本工程预应力钢筋规格为：ΦS15.2（fptk=1860Mpa），预应力的张拉控制应力=0.75 fptk=1395Mpa，锚固体系采用QMV15系列，预应力套管采用波纹管。预应力套管的连接与安装，当梁的底筋定好位安装好后，就进行波纹管的连接和安装。波纹管是由一段或多段组成，两段之间用大一号的波纹管连接，长度为250，管两端用密封胶带封裹，保证连接处牢固可靠且不漏浆。波纹管安装前，以梁底模板为基准，按预应力筋曲线坐标，在钢筋上标出其曲线位置，并用钢筋托架固定焊在钢筋上，用钢丝把波纹管和铁架交叉绑在一起，以防捣砼时波纹管上下移位。在曲线孔道的波峰位置按要求设置灌浆（泌水）管。安装好后，要及时检查波纹管的位置高度，曲线形状是否符合设计要求，固定是否可靠，接头是否完好，管壁有无破损。

预应力筋的穿束与锚垫板安装，当预埋波纹管安装固定好，就进行预应力筋人工穿束，梁预应力筋在梁柱节点处应特别注意钢筋和钢筋的位置关系，预应力筋是主要的受力钢筋，当预应力筋与普通钢筋有冲突时，应优先确保预应力筋的位置关系。预应力筋曲线末端的切线应与承压板相垂直，曲线段的起始点至张拉锚固点应有不小于300的直线段。在梁端张拉端位置，同一榀梁的预应力筋需要交叉穿过柱子时，预应力筋的交叉尽量在柱内完成。预应力筋安装完后，才可绑扎梁的其它钢筋（腰筋的拉结筋及吊筋）。锚垫板的安装，预应力端部锚垫板是传力部件，应与梁端的钢筋焊接固定，焊接前应根据图纸要求在模板或钢筋上标出其位置，固定后的垫板应与预应力孔道保持垂直，以保证张拉时同一孔道内各预应力筋受力均匀。端部必须按设计要求配置螺旋筋，螺旋筋应紧靠锚垫板，并固定可靠，其中心与预应力筋中心必须一致，由于柱筋过密而无法安装螺旋筋时，用钢筋网片代替。 结构周边的预应力张拉端如梁头钢筋太密，须采用凸出式张拉端，凸出结构边不大于150。

5 混凝土工程

当预应力筋、普通钢筋扎好，梁侧模板安装好后，就准备进行砼的浇注了。超高、超深大跨度预应力梁属大体积混凝土，在浇筑砼时大量水化热不易散发，在砼内部温度过高，与砼表面产生较大的温度差，使砼内部产生压应力，表面产生拉应力，温差愈大，温度应力愈大，当表面拉力超过早期砼抗拉强度时就会产生温差裂缝。如何解决这一问题是混凝土工程中最突出的问题。以下为本工程解决温差和温差裂缝的方法：

5.1 确定施工方案

经过施工方、砼厂家、监理、建设方的研究决定采用斜面分层浇筑方法，每层厚度控制在500mm内，且控制混凝土均匀上升，避免大高差，循序渐进。上下层砼的施工间隔时间必须小于混凝土的初凝时间。此方法可使混凝土水化热大部分从表面上散去，又可减少温度的上升，使浇筑后的混凝土温度分布均匀，降低混凝土内外温差，减少温度收缩应力，防止由水化热过度集中导致裂缝的产生。

5.2 施工准备

本工程采用商品砼，在签订砼协议前，必须明确设计图纸的要求，严格按图纸要求和规范要求出料，特别注意水灰比、砼配合比、外加济等，并配备二台汽车泵，8台混凝土运输车，二台平板振动器，9支振动棒，三个砼班组，所有的设备材料准备齐全。

5.3 混凝土浇筑工艺

本工程采用先浇筑大梁混凝土，后浇筑次梁及板砼的施工方法。首先划定区域，由于有两台砼泵，所以划分为东西两个区域，每台砼泵车管一个区域。其二是浇筑顺序，西边的泵车由西向东，东边的泵车由东向西，由南向北方向逐条梁浇筑，当大梁砼浇到板下2-3cm时，留施工缝，后与板同时浇筑。第三是砼振捣，由于钢筋密及预埋有波纹管，振捣时振捣要到位，振捣点要均匀排列，不要漏振及过振，振捣时应“快插慢拔”。

5.4 混凝土表面处理和护养

在浇筑混凝土过程中及时把浆和泌水排出，提高砼的密实度及抗裂性能。混凝土在初凝前按设计标高找平和抹压，初凝后终凝前再抹压一遍，使混凝土表面更密实，避免收缩产生裂缝。养护是大体积砼施工过程的关键性工作，本工程水平梁板混凝土采用覆盖麻袋浇水养护，并在砼浇完12h左右进行，对于竖向构件采用喷养护液养护，随时观察温度的变化，养护时间为7d，当混凝土强度达到1.2N/mm2时，其表面方可进行下道工序。

6 预应力的张拉、锚固

当混凝土达到100%设计强度即可进行预应力筋的张拉，张拉时要特别注意张拉程序、张拉顺序、预应力筋张拉伸长值。预应力筋的张拉程序为：0→0.1fcon→1.0fcon→锚固，根据图纸要求，梁内预应力筋的张拉控制应力：fcon=1395N/mm2，单根预应力筋的张拉力：F=1395X140=195.3KN。张拉顺序为：当转换层上面完成2层建筑时，桁架下弦及大跨度梁张拉一半预应力筋，腹杆预应力筋全部张拉，当转换层上面完成4层建筑时，张拉未完成的全部预应力筋。预应力筋张拉伸长值的控制，采用应力应变双控管理方法，以应力为主，用应变进行校核，即当预应力筋的张拉力达到要求时，预应力筋的实际伸长值与理论伸长值相对允许偏差为±6%。若预应力筋的实际伸长值超过此范围，应停止张拉，查明原因后方可继续进行张拉。当张拉达到要求后进行锚固及孔道灌浆，预应力筋张拉完后应静停12小时进行观察，如未发现问题应尽快进行孔道灌浆，灌浆前先用高压水冲洗孔道，水泥浆从中间支座处的灌浆孔开始灌入，从近至远逐个检查出浆口中，待出浓浆后逐一封闭，待最后一个出浆孔出浓浆后，封闭出浆口，继续加压至0.7～0.8MPa的压力，稳压不少于30秒。最后做好锚具的封闭保护。

经过严格控制上述施工措施，此四条超深、超高大跨度预应力梁得于顺利完成，拆完模板后，施工单位、监理公司、设计院、质检站、砼厂家等各方都进行了检查并认为此超高超深梁的质量都达到了满意的效果，且通过几年的使用观察，没出现其它异常情况。