大跨度现浇预应力混凝土梁信息化技术施工

文｜广东省第一建筑工程有限公司 孙旭敏

一、引言

上世纪70年代后期以来，房屋建筑工程中的大跨度的混凝土梁、大偏心的框架柱、大柱网的混凝土楼板、大悬臂梁、地下室底板等构件施工中大量采用现浇预应力混凝土梁、板、柱，预应力混凝土梁（板）具有使用材料少、自重轻、减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构简单，安全可靠，便于安装等优点，逐渐推广应用到房屋建筑施工中去，成为重要施工工艺。由于大跨度现浇预应力混凝土施工技术难度大，处理复杂，加上编制施工方案未能达到设计要求，施工中容易发生预应力损失过大，完工后出现空心板梁张拉后梁端顶底板中间部位出现纵向裂缝：工字梁梁体扭曲变形、梁端底部混凝土破碎等质量问题。近年来我国大规模城市建设新型房屋建筑工程项目，对劳务工需求量很大，工程劳务费支出大涨，熟练的专业技术工种在建筑市场上供不应求，有时甚至出现高价请不了合适的熟练工人情况。因此，依靠传统工艺实施大跨度、大空间建筑结构进行施工已经难以适应新时期工程技术发展，引入BIM 技术与预应力混凝土梁（板）进行工程实践，能较好地实现节省劳动力成本、材料，在保证工程质量基础上，确保了工程进度和施工安全目标的实现。

二、BIM 技术在大跨度预应力梁（板）应用技术原理

在进入21世纪数字化时代后，BIM 是三维建模软件，此软件技术在房屋建筑工程应用最早从新加坡、芬兰、挪威逐渐推广到欧洲、北美等发达国家，国外应用开始大量应用普及。BIM 技术给房屋建筑工程提供精确度极高的信息管理平台，BIM技术利用先进的计算机技术建立可视化工程建筑信息模型，实现对建筑工程施工每一个环节进行全过程控制，直接实现设计施工相互之间实时信息交换，很好地把设计者意图体现出来，保证施工质量满足设计要求，对于大跨度预应力梁（板）施工这类工艺精度要求高的技术来说有很好的应用价值。近年来，我国开始大力推广BIM 技术辅助建筑工程应用研究，鼓励建筑施工企业在钢筋混凝土建筑结构的各个领域应用BIM 技术，提升我国的建筑工程技术数字化应用水平。

三、大跨度预应力梁（板）应用BIM信息化技术

下面以白云机场综合信息大楼项目进行说明大跨度预应力梁（板）应用BIM 信息化技术施工。

1、工程概况

白云机场综合信息大楼项目位于广州白云国际机场南工作区，总用地面积13427m2，总建筑面积32653.4m2，其中地上建筑约22690m2，地下建筑面积约10054m2。场区内主要拟建建筑为：多层建筑，地上7 层，地面以上高度32.45 米；地下2 层，地下室埋深约12 米，基础采用平板式整体筏基，基坑深度约12.15 米（局部最深处为15.7 米）。

2、预应力梁施工简要说明

首层AOC 运营大厅为1198m2，大厅结构顶板采用8 条钢结构型钢柱和4 条36m 大跨度预应力混凝土梁主要受力，梁截面尺寸为900mm*2200mm，预应力混凝土采用C40。预应力共285m3，对预应力梁采用BIM 全过程控制施工，预应力波纹管和钢筋绑扎顺序的进行BIM 建模，预应力筋受力定位和受力方向均能满足设计要求。

3、预应力梁应用BIM 技术主要环节

（1）利用BIM 信息化三维模型软件对预应力梁及梁柱节点钢筋、波纹管与钢柱、牛腿的位置实施高精度定位，导出钢柱及钢筋定位施工图以确保钢柱上预留孔定位精准，避免在密集的钢筋中出现梁柱复杂节点部位、型钢牛腿、波纹管与型钢的碰撞。

（2）BIM 三维软件建立预应力梁模型后，利用其可视化的特性，梁截面尺寸为900mm*2200mm，大跨度梁内部复杂节点的钢筋、型钢牛腿、波纹管与型钢的穿插先后顺序进行合理排布（图1），并实施高仿真度大跨度梁的高支模体系搭建模拟和计算受力点，提出搭建高支模系统的需要注意的重点、难点，并实施现场有针对性的安全技术交底，提早把现场高支模作业可能发生的易发质量安全事故点解决，以降低高支模复杂结构搭建施工技术难度和后续加固措施发生的人工、材料费用，一步到位安装成功减少工期的拖延。

图1 BIM 预应力波纹管

（3） 预应力梁的主要受力节点通过BIM 软件可视化动态模拟功能，逼真地呈现在技术人员面前，钢筋工人、浇筑混凝土工人也能很容易地掌握施工顺序，绑扎难点、波纹管定位、预留孔洞位置，直接实现设计者意图，施工方案实施效果好，较好保证施工质量。

（4）BIM 应用技术能精确计算所需要的钢筋和预应力筋数量，极大地减少材料切割造成的浪费。

4、预应力梁应用BIM 技术施工主要流程

第一步建立预应力梁BIM 数据模型，进行施工技术交底。第二步与普通预应力梁环节相同，梁底进行高支模施工，绑扎钢筋，波纹管支撑系统安装以及预应力筋穿入后准备张拉前，增加BIM 建立的模型与现场实际安装部位进行对照检查步骤。第三步封好大跨度预应力梁侧方模板，绑扎楼板钢筋，组织建设、监理进行隐蔽验收，检查合格后现场浇灌混凝土，达到设计强度后进行预应力筋张拉，灌浆、切余筋最后封锚。

5、预应力梁施工操作要点

（1）非预应力筋绑扎（主要为节点）

首先要保证普通钢筋的定位准确，应用BIM 技术建模能确保普通钢筋、预应力筋、波纹管位置满足设计要求。钢筋绑扎顺序可采用BIM 进行仿真模拟。

（2）有粘结预应力筋布筋

有粘结预应力筋布筋在安装波纹管前，要把支承波纹管的钢筋支架绑扎并固定好位置，绑扎支架的间距不超过1.5m。波纹管穿入前的位置是有粘结预应力筋自梁、底板端头进入，一边进入时一边使用连接套管，连接套管两个端头部位要专用粘胶带仔细缠绕，注意在穿入过程中观察波纹管是否有损伤或破坏，一旦发现有破损立即使用专门粘胶带反复缠绕。对于波纹管到达指定位置后，依照预应力筋布筋要求把相应数量的钢绞线依顺序打开，而且要把钢绞线制作成束后，从波纹管的两端按顺序穿越，在穿越波纹管时一定要小心进行不能将波纹管戳穿，而且两个端头露出的钢绞线的长度要一致。

（3）预应力布筋操作工艺

波纹管接头处选用直径大于3-5mm 连接件进行对接，对接接头应大于200mm，连接完成后使用专用粘胶带进行密封，注浆前检查接缝处是否严密以防灌浆时会漏出。波纹管在孔道的一头和预埋垫板喇叭管连接，并设有泌水排气孔和灌浆孔（图2）在预应力梁布筋中的指定位置，派专人认真检查安装的波纹管是否有破损。

每一个波峰部位的设置一个专门排气孔。预应力布筋过程中注意对波纹管安装操作的规范性，尽可能控制不能多次重复弯曲波纹管，避免管壁发生破裂，使用电焊时还要注意电焊火花不能烧伤管壁。

（4）浇筑砼

钢筋布置绑扎完成后，施工、建设、监理、设计相关人员联合隐蔽验收，合格后再浇筑混凝土，浇灌混凝土时注意对承压板、锚板周边振捣密实，振动棒控制力度注意不能碰到预应力筋波纹管、支撑架以及端部预埋部件。

（5）预应力张拉锚固

预应力张拉锚固时间要等到混凝土满足设计强度80%后实施，大跨度梁预应力筋张拉灌浆完毕后梁下方的支撑才能拆除，张拉人员配带安全帽、安全带进场作业。张拉前选择有粘结钢绞线Φs15.24，强度级别1860MPa，锚具均采用多孔夹片Ⅰ类锚具，250 吨千斤顶和油表用前六个月校验。张拉中通过应力控制为主，实行油表读数、伸长值测量进行双控管理，张拉记录要精确到毫米，实际伸长值控制在理论伸长值6%以内。张拉时无法一步到位时，伸长值读数150～200mm 时应立即回油再实施第二次张拉，张拉过程中一旦发现砼破裂、钢绞线断丝断束时立即停止张拉，等待研究清楚原因再进行，必须控制在200mm 范围以防张拉超出正常值出现安全事故。

图2 灌浆孔留设部位

（6）孔道灌浆封锚

有粘结钢绞线张拉后停止留置12小时，专业技术人员查看钢绞线锚固情况，如无特殊情形则用水灰比0.4～0.45、标号为42.5 普通硅酸盐水泥进行灌浆，灌浆前用清水试转正常后再进行灌浆，检查孔道两端锚具是否正常，发现异常立即处理，灌浆泵派专人负责看管，灌浆要一次性完成，待最后一个排气孔冒出连续的浓浆，直至另一端冒出浓浆为止。

（7）预应力筋切割及封锚

灌浆完成24h 后使用角磨机进行逐条切除多余预应力筋，再进行封锚工作。

三、结语

大跨度预应力梁采用BIM 信息化全过程控制施工，从材料浪费率、施工返工率、验收合格率较传统的预应力梁施工工艺均有大幅度提升，经过对比测算，直接经济效益可节省造价585267.45 元。工程混凝土结构尺寸、垂直度、平整度均能很好地满足设施和质量规范要求，预应力检验结果合格，无返工情况且施工现场端头锚索未出现混凝土破碎。在工期方面施工进度提前10 天，保证了主体施工进度要求。采用预应力信息化施工符合我国新时期提出的“互联网＋”战略行动，符合低碳节能减排和绿色施工技术发展需要，有力地推动我国预应力施工技术的进步，推动BIM 信息化施工有利于缩短我国与国外BIM 技术的差距。该工法在本工程的成功应用，取得非常明显的经济效益和社会效益。