高层框架结构预应力梁施工工艺及技术探讨

李岩

（中铁建大湾区建设有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

众所周知，屋面停机坪为现代社会需求提供了很大的方便，楼顶为直升机停机坪的建筑物在北京、上海等多数城市已有先例，本工程也是采用顶层为停机坪设计方案，但是从专业角度来看，屋面停机坪对屋面的施工造成了极大的挑战。对于普通梁施工设计时，若梁的承载力达不到设计要求时，可以通过提高混凝土的强度等级和提高钢筋的强度等级来提高其承载能力。但是，随着荷载的不断增大，混凝土将会出现大于允许值的裂缝和挠度，所以采用预应力结构，才能更好的满足混凝土裂缝和结构挠度的要求。本文主要研究的是预应力梁的施工工艺及质量控制[1]。

1 工程概况

日照人防办公大楼是一栋综合性大楼，该工程为框剪结构，主体共有21 层，楼顶层为停机坪，该楼中央为大厅，四边由框架柱支撑楼顶结构采用大跨度预应力梁，最大的一根为1000×3000，其跨度达到27m，混凝土强度等级为 C40，梁内钢筋为 φ28、φ32 及 φ36，预应力部分采用50φ5 与60φ5 的高强钢丝束，强度级别为1600MPa，预应力张拉控制力为：60φ5 为 Fcon=1360kN，50φ5 为 Fcon=1060kN。

2 预应力梁的采用

屋面停机坪的出现，对顶层梁的施工工艺提出了更高的要求，按照普通层的施工方法必然不能承受巨大的冲击荷载，使普通钢筋混凝土梁出现的裂缝问题。采用预应力梁的混凝土结构，在施工及使用过程中可以防止结构过早出现裂缝，使得高强材料可以得到充分利用，同时也可以节约经济成本。

3 预应力梁施工的质量控制难点

3.1 预应力管道的留设

目前，后张法预应力梁施工应用比较普遍，施工时预留管的留设是施工难点。预留管道的穿管工作时会对附近钢筋造成一定程度的扰动，比如钢筋绑扎工作完成后，这时需要将预埋钢管安装到事先设计位置，由于钢筋笼的存在会对预埋管的定位造成干扰，这时工作人员通常会借助扳手等工具调整钢筋，使其产生变形，让预埋管到达设计位置。图1 为人工穿管施工[2]。

图1 人工穿管施工

3.2 预应力筋的穿束

目前在预应力筋的穿束施工技术中，存在逐根穿束和整束穿束两种方法，是预应力梁施工的质量控制难点。逐根穿束在施工时的阻力较小，但也存在着缺点，比如在管道内穿束钢绞线的时候由于阻力小，容易造成其互相缠绕，在进行钢绞线张拉的时候就会产生受力不均甚至导致单根钢绞线的断裂；整束穿束，省力省工有利于质量控制，但是需要采用卷扬机械进行辅助施工，并在卷扬机等大型机械进场时，提前预埋好铁件。综上所述，两种方法各有利弊，需要综合考虑选择钢筋穿束方法，使整个施工工作安全、有效、顺利的进行。图2 为人工穿束施工。

图2 人工穿束施工

3.3 管道压浆

管道压浆是在张拉完成后，对预应力管道和预应力筋的封堵，目前许多施工单位对此不够重视，如果压浆不够密实，压浆材料强度值和抗弯拉性能不满足要求，会造成压浆材料断裂，水汽进入管道内，早预应力筋的严重锈蚀，最终造成断裂，是构件预应力消失，影响整体结构受力，因此管道压浆的工艺流程、设备选择和压浆材料质量控制也是施工质量控制的重点。

4 预应力梁施工方案及质量控制

4.1 施工工艺流程

本工程采用后张法粘结预应力的方法，本方法要求构件施工的过程中按设计线形预留孔道，等到混凝土的强度满足设计要求时，再进行预应力筋的穿束和张拉，然后锚固固定、孔道压浆、等到浆体凝固硬化，使构件产生预应力。

施工工艺流程为：施工准备→底膜清理、上脱模剂→梁板钢筋制作及安装→模板安装→混凝土浇筑及抽拔棒施工→拆模、养生→预应力筋张拉→孔道注浆→封锚。

4.2 后张预应力管道留设的施工措施

后张预应力施工方法是在图纸要求的地方设置预埋管，然后将钢绞线穿入预埋管中进行张拉，在施工中预埋管主要采用塑料波纹管和金属波纹管两种方法。本工程为屋面预应力梁的施工，需要一种便于移动，结构简单，穿孔效率高的施工机械，而塑料波纹管穿管机是靠自身的弹塑性以及螺纹等特性，使波纹管和穿管机之间可以相互工作和固定，可以解决这几个关键的技术问题，故本工程采用此方法。

穿管机的动力部分可分为工作部分和传动部分，现有技术能够使传动部分的动力具有正转、反转、快转、慢转等功能；连接节与万向节之间通过销轴连接起来，其主要作用为：将动力传递到所需位置，以适应各种孔道的穿插工作。钻头部分的投影外轮廓线线型与二次曲线方程基本吻合，当钻头施加转矩时，因为钻头旋转而会使钢筋网上的钢筋嵌入钻头处设置好的螺旋凹槽中，随着越来越多的钢筋嵌入凹槽内，不但能给钻头提供了向前钻孔的动力，还使得钢筋逐渐变形，最后达到塑料波纹管所需要的直径要求；固定器通过与相符的内螺纹配合动力连接器与相符的外螺纹旋压产生径向压力，使钻头与波纹管可以固定在一起，根据波纹管为螺旋纹的特点，通过其与钻头一起转动从而大大减少了波纹管前进的阻力；动力连接器的功能主要是将动力传递给钻头并且与波纹管相互协调工作来固定波纹管，通过动力部分控制钻头的进退与停止，不断的对预埋孔道的位置进行比对校准。当整个设备完成相应工作之后，便可将传动部分和工作部分进行分离，在波纹管内将传动部分抽出，留下波纹管在指定位置，以致完成钢束穿插[3]。

用于后张预应力构件的塑料波纹管穿管机方便了塑料波纹管的安装，解决了现有的依靠人力、工作效率较低以及预埋管穿插位置的钢筋网的破坏的预埋管埋设的技术缺陷，能够有效解决对附近钢筋造成的扰动破坏，避免施工误差。

4.3 模板加工及安装

4.3.1 模板构造

首先，最需要确定的是建筑工程模版选择标准，本工程外模采用6mm 钢板，模板骨架用80～120mm 的槽钢，模板必须达到建筑工程模版规格标准、两面均平整光滑、连接牢固、不漏砂浆等，试拼合格后，方可投入施工使用。梁模板加工技术时应当考虑，反拱度设定时梁体顶面处的高度也将配合其硬度设定，所以，在梁体边模板顶面处将设定高度为2cm 的反凹，线型与梁体反拱度线型一致。

4.3.2 模板施工

在钢筋绑孔和孔道成孔施工完成后，模板可以进行立模，立模时首先要将中间模版按次序挂在所要制梁的制作台位上，先将中间模版全部拼装好在拼接两个端头部位。在两边合模的时候，先用对拉螺栓杆将模板进行锚固，再拼两端吊装孔及三角垫铁（拼三角垫铁必须控制其高度误差不大于±2mm，可以采用1m 水平尺或水准仪进行抄），最后进行端头模拼装。在拼装完毕后，逐步调节水平和接缝，在位置调整准确后紧固对拉螺钉。施工时模板与模板之间的接缝、模板与台座间设置一层防水橡胶皮，以提高模板的密封性，保证其不漏浆。

4.4 混凝土浇筑

4.4.1 混凝土浇筑需要注意的问题

混凝土灌注前进行检查工作如下：①检查预制台座坚固无沉陷，台座各支点间距应适宜。②检查模板尺寸与形状是否正确。③检查各预埋构件位置及预应力筋定位是否正确。

混凝土的密实度与混凝土浇筑工艺直接相关，而密实度与混凝土强度、耐久性直接相关，所以浇注质量主要从浇筑方法及振捣方法两方面进行严格控制。同时为防止浇筑混凝土时振动棒破坏抽拔管造成漏浆堵塞孔道，在浇筑混凝土时振捣棒应远与拔管保持适当距离。混凝土浇筑过程中，须有专人对于模板螺栓、支座钢板、端部锚垫板及模板等进行检查校正[4]。

4.4.2 孔道抽拔管抽拔

抽拔时间通过试验判定，通常以混凝土抗压强度达到0.4MPa~0.8MPa 范围时为宜，且在抽拔时不要损坏混凝土。抽拔过程注意重点是：在抽拔胶管之前，须先抽拔芯棒，然后再抽拔胶管。抽拔制孔管的顺序要从下到上，先曲后直，分层浇筑的混凝土应根据各层凝固情况确定抽拔顺序。胶管一般采用机械抽拔，通过设置托架引导，使抽拔方向与孔道轴线重合，达到平稳妥当的施工，避免构件产生裂纹。在拔出后，采用压水法对孔道进行检测，如孔道有阻塞或存在残余物质，或与相邻的孔洞存在串通，必须立即进行治理。

4.5 预应力筋张拉

预应力的张拉施工需要混凝土达到设计强度90%以上，一般以试验室7 天抗压强度为参照，不足时可适当放至10~15d 后再进行张拉。预应力筋张拉顺序应按事先设计好的顺序进行操作，为防止预制梁上拱过多，存梁期宜控制1~2 个月。

4.5.1 钢绞线穿束

本工程采用低松弛高强度预压力钢绞线，钢绞线符合 ASTMA4167 -97 规定， 单根钢绞线直径φS15.24mm、面积 A=140mm2、标准强度 Fk=1860MPa、弹性模量Es=1.95×105MPa。钢绞线及锚夹具有出厂合格证并经试验检测合格后方可使用，施工时不得将钢绞线直接接触地面以避免生锈，更不能在混凝土地面上生拉硬拽，磨伤钢绞线。本工程采用人工穿束，为了避免造成的互相缠绕现象，采用梳理顺直，两侧编号，编匝成束的办法。

4.5.2 锚具和千斤顶的安装

本 工 程 适 用 OVM15-6、OVM15-7、OVM15-8、OVM15-9 锚具，在安装锚具时应注重将工作锚环与锚板对中，夹片适当打紧与外露尺寸保持一致，确保千斤顶部的工具锚孔与端部的工作锚孔位置排列要一致。在锚具和千斤顶安装前，应将波纹管下料多余部分进行凿除并清除管道口内杂物（，凿除长度以能顺利进行孔道压浆为宜。本工程采用两端同时张拉工艺，张拉前要认真检查，所标定的千斤顶编号和配套的油泵压力表编号与千斤顶标定方程的一致性，定位定号对应使用，严禁混用。

4.5.3 张拉

张拉使用的张拉机及油泵、锚、夹具按设计要求准备，并配套使用，千斤顶和油压表需定期校验，以准确标定张拉力与压力表读数间的关系曲线。本工程采用两端同时同步张拉一束钢绞线的张拉工艺，在两端同时张拉时，要保持两端千斤顶同时同步升降压、测伸长值、持续荷载、锚固到达一致，并在锚固后检查梁板起拱度是否满足设计要求。张拉过程中，如出现任何问题，预应力设备应重新进行校验标定。

4.6 管道压浆

为了保证压浆质量，本工程采用成品的高性能压浆料作为压浆材料，管道压浆材料的质量要求为，浆液水胶比为水胶比0.26～0.28，初始流动度为10～17s，泌水率为0。并选择转速1450r/min 的高速搅拌设备进行浆液的制备，取得了良好的施工效果。

压浆后还应持续进行人工补浆，排除泌水，直到浆面不再下降为止。压浆的同时每班留置至少两组的试块，试块标准养护28d 用于确定预应力梁落架时间和后期竣工资料。

4.7 封锚

封锚前要对钢绞线和锚具要采取可靠的防锈措施，并将周围冲洗干净，对两端混凝土进行人工凿毛，然后安装钢筋网、重新浇筑封锚混凝土。

5 结语

本文以21 层框架结构工程为背景，结合本项目现场实施施工情况，阐述了预应力梁整体施工方案及质量控制，对于施工中的难点，包含管道定位、钢绞线穿束、预应力筋张拉、管道压浆等作了进一步论述，有效的解决了施工中的问题，取得了优良的质量控制效果。