普通住宅地下室预应力顶板优化设计与应用研究

齐小宏，王龙，徐光标，周朝慧，田兴华，陈发，杨吉星

（1、中铁十六局集团路桥工程有限公司北京100018；2、东华理工大学土木与建筑工程学院南昌330013）

0 引言

地下室顶板就是地下室的顶部横向受力构件，主要起竖向承重的作用，同时兼具防水、抗渗，建筑物整体抗浮等功能，因此合理选择结构形式非常重要［1］。在我国，无粘结预应力地下室顶板是近年来发展起来的一项地下建筑施工技术，具有强度高、整体性好、抗渗透性好等显著优点。使用无粘结预应力施工时候，支模简单，楼面钢筋绑扎和设备安装方便，能够大大提高施工速度［2］。因此，使用无粘结预应力技术方案能够带来良好的经济社会效益。同济大学的苏小卒等人通过实验对比了普通框架、有粘结预应力框架和无粘结预应力框架的优缺点。通过实验数据可以发现，无粘结预应力混凝土框架具有强度高、残余变形小、能形成塑性铰等优点［3］。因此，使用无粘结预应力作为地下室顶板能够满足其所需的强度、刚度和防腐性要求［4］。本文结合具体工程案例分析无粘结预应力顶板结构的设计与施工方案，具体说明无粘结预应力顶板的工作性能和布筋情况。

1 无粘结预应力顶板的工作性能

地下室顶板采用无粘接预应力施工技术，可充分利用顶板带来的地下空间，例如在顶板上种植绿草、修建广场等公共设施，用来建造舒适、功能齐全的高档小区。在传统住宅建设项目实施过程中，运用普通顶板进行建造的地下室在顶板板面上往往会产生大量的细微裂缝，以至于影响地下室本身的结构自防水性能，进而造成地下室顶板漏水等不良后果［5］。

随着我国工程建造领域新技术的不断涌现，更好的解决方案为地下室顶板设计施工提供了新思路。无粘结预应力顶板相对于普通混凝土顶板在施工工艺、钢筋防腐性能、经济性能、防水性能和顶板变形挠曲等五个方面性能更为优异［6］，如表1所示。

2 无粘结预应力顶板结构设计案例应用

2.1 工程概况

青岚安置房工程位于南昌市经开区青岚村，北临青岚水渠，南临住宅区，东侧为海棠路，西侧为昌西大道。工程总建筑面积113 600.90 m²，其中地下室建筑面积22 084.94 m²，地上面积 89 089.94 m²。地下1 层，地上部分 8 栋，其中 1#、2#、6#、7#楼为 11 层，建筑高度31.9 m；3#、4#、5#楼为 23 层，建筑高度 67.4 m，8#楼为3层幼儿园，建筑高度11.4 m。

表1 无粘结预应力顶板与其他结构顶板性能对比Tab.1 Performance Ccomparison of Unbonded Prestressed Roof with Other Structures

但是通过对南昌以往类似工程的调研发现，顶板施工过程中会在板面上产生大量的细微裂缝，影响地下室本身的结构自防水性能，进而造成地下室顶板漏水的后果［7］。针对地下室顶板施工过程中产生的细微裂缝、易造成地下室顶板结构自防水性能不佳的现状，本工程拟采用新型预应力顶板进行设计施工，以便控制施工过程中板面细微裂缝的产生，进而优化地下室顶板防水效果。

2.2 材料要求

本方案采用低松弛钢绞线作为预应力筋，直径15.2 mm，重量1.22 kg/m，抗拉强度标准值fptk=1 860 MPa，质量符合规范《预应力混凝土用钢绞线：GB/T 5224-2003》。

锚具采用Ⅰ类锚具。固定端采用挤压锚具，张拉端采用夹片锚具。质量符合《预应力混凝土用钢绞线：GB/T 5224-2003》规定［8］。

2.3 布筋情况

本工程针对地下室顶板施工过程中产生的细微表缝、易造成地下室顶板结构自防水性能不佳的现状，采用无粘结预应力技术，用来减少施工过程中板面细微裂缝的产生，进而优化地下室顶板防水效果。预应力的施加通过后张法完成，具体方案如下：

2.3.1 非预应力筋布筋情况

先在楼面绑扎板底普通钢筋，再铺设预应力筋，最后绑扎普通筋。当暗梁遇明梁时，明梁纵筋应该在暗梁纵筋下面。

2.3.2 预应力筋的张拉情况

张拉预应力筋时，控制应力为σcon=0.75fptk。张拉的过程中采用双控法以保证张拉的质量，即在张拉时控制张拉力，张拉完校核伸长值。以保证实际伸长量与理论值的误差符合规范《混凝土结构工程施工质量验收规范：GB 50204-2015》规定。

张拉设备必须按期在国家批准的单位进行标定，否则不能进入现场使用。张拉过程中需要记录仪表读数、钢筋伸长量、钢筋断丝情况和混凝土破损情况，并及时告知设计师张拉情况。预应力张拉应按顺序进行，先张拉柱上板带，再张拉跨中板带，张拉时一端顶锚、另一端拉用来补足顶锚端的张拉力，如图1所示［9］。

图1 板内预应力筋曲线布置大样Fig.1 Large Layout of Prestressed Reinforcement Curve in Plate

2.3.3 预应力筋的封锚情况

预应力筋张拉完成后，在通过初步检验合格后应切除外露多余的预应力筋，切除时禁止使用电弧切割，应该采用手持式无齿锯进行切割。然后将张拉槽孔、钢筋和锚具上的杂物清理干净，然后在锚具表面和外露预应力筋表面涂刷防水防腐材料，最后用微膨胀混凝土封填。

2.3.4 后浇带位置预应力筋的情况

应先布置好后浇带两边的预应力筋，然后把后浇带连接筋插在两侧板块的预应力筋之间，以免张拉端与预应力筋相碰（即使后浇带连接筋与两侧板块预应力筋数量完全相同，排列也应不同），不强求均匀布设。允许将柱上板带最外侧一组连接筋布置在柱上、跨中板带分界线以外不大于400 mm 的地方。后浇带连接跨，若在暗梁中线处布置孔预应力筋，张拉端将难以从板面弯出张拉，也严重影响此处的布筋质量，因此后浇带连接短筋可不穿过柱子。此时为能对称布筋，在保证柱上板带的预应力筋数量不变的前提下，将连接筋数量改为偶数，如5-4φs可改为2-4φs+4-3φs，如图2、图3所示。

图2 后浇带连接筋布置Fig.2 Post-pouring Belt Connection Bar Layout

图3 有边梁（侧壁）板端张拉大样Fig.3 Side Beam （Side Wall） Plate End Tensioning

2.4 后张法施工要求

工程采用无粘结预应力混凝土施工技术，并根据设计图纸的要求，编制施工方案并对图纸进行深化设计；预应力筋下料时应考虑曲线长度，每跨约为1.2 倍的板厚或梁高。施工过程中，凡已布好筋的部分均宜设置楼面走道板，不允许人员往来、材料运输及混凝土浇筑过程中踩踏预应力筋和普通筋，以防止钢筋变形弯曲，保护层破损［9］。

张拉前混凝土浇筑单位应提供80%混凝土强度的检测报告，才可以张拉。考虑到本工程为预应力结构，混凝土（包括封锚混凝土或砂浆）中氯离子含量不得大于0.06%，应按有关要求严格选材。

楼板开洞必须在布筋前预留未经设计师同意，不得在成型后的混凝土上凿洞。预应力筋张拉需要在楼板、剪力墙等结构构件上预留洞口，应事先通知设计师及主体施工方，经设计师同意方可实施［10］。预应力钢筋张拉完成前，未经设计师同意，不能拆除构件模板。拆除模板的时候，应从跨中向两边支座对称拆除。混凝土应浇捣密实，要特别注意预应力筋张拉锚固端处的混凝土浇捣质量。

2.5 应用效果

本预应力顶板优化设计运用于“江西·南昌经济开区青岚安置房总包工程”后，取得了较好效果。该工程预计开工日期为2017年4月15日，主体结构封顶时间为 2018 年 7 月 10 日，竣工工期为 2020 年 4 月 15日，施工总工期为36 个月。工程实际开工日期为2017 年 4 月 15 日，主体结构能够提前 3 个月封顶，并且在2019年12月31日前达到竣工验收条件。上述工期节点目标的提前完成充分说明本预应力顶板优化设计切实有效。

3 结语

本文结合工程实例介绍了无粘结预应力顶板的设计、材料要求和布筋情况。无粘结预应力顶板作为一项建筑结构新技术，能够很好的满足地下室顶板的强度、刚度、耐腐蚀性和抗渗透性等方面的技术需求。上述住宅建设项目的应用情况也充分说明无粘结预应力顶板的有效性。随着时代的发展，越来越多住宅建筑全面实现小区内人车分流，因此修建地下停车库已经成为必然趋势，这将促使开发商选用性能更加优异的地下建筑结构形式，而无粘结预应力顶板必将成为地下室主体结构的优先选型。