大跨度预应力混凝土悬挑梁结构的施工与监测分析

李孝槐 （时代出版传媒股份有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

随着中国经济腾飞发展，高层建筑像雨后春笋般拔地而起，预应力混凝土梁结构因其独特的优势得到了更好的应用。就目前大跨度悬挑结构工程实践结果证明，因其复杂的受力传递路径，使用预应力技术极为有效地提高了大跨度悬挑结构承载安全储备，增强构件抗疲劳性能、扩大使用空间、降低建筑建造成本，同时起到减轻自重的作用[1-4]。目前，在有大跨度梁、大尺寸悬挑梁的建筑体系中，通常采用加大截面尺寸、内配型钢及预应力等多种方式，而对于尺度6～9 m 的混凝土悬挑梁，预应力技术尤为合适。国内已有大量的成功实施安全监测案例，对我国复杂的大跨度预应力悬挑梁施工技术与安全监测完成，具有强有力的推进和借鉴意义[5]。

本文结合时代数码港研发楼项目工程中的管理经验，对大跨度预应力悬挑梁工程的无粘结预应力技术施工与监测进行研究，为类似的结构工程提供参考和借鉴。

2 工程概况

时代数码港研发楼（图1），位于合肥市高新区黄山路与二环路交口西南角，框架-核心筒结构，总建筑面积45850 m2，其中地上建筑面积34450 m2，总高度98.85 m，工程地下2 层，地上25 层。主体结构设计基准期为50年，抗震设防类别为标准设防类，结构安全等级为二级。

图1 时代数码港研发楼外立面

本工程11～25 层均有悬挑梁，悬挑长度最长达7.31 m，结构标准层大悬挑梁平面如图2 所示。在结构设计规划的初期阶段，为了保证施工效果，在分析普通钢筋混凝土使用的缺点后，经过全方位的研究与讨论，排除了常规钢筋混凝土悬挑梁的结构方案，并提出了两种结构形式方案，即型钢混凝土和预应力混凝土结构。通过对两种结构主体方案实施建模计算分析和施工方案研究，并从安全、稳定、成本控制等方面进行了对比，最终选择安全性较好、造价相对较低、施工安全可靠的后张法无粘结预应力混凝土悬挑梁，以满足建筑外立面效果和室内办公使用功能。

图2 结构标准层大悬挑平面示意图

3 施工技术

3.1 后张法预应力混凝土施工要点

本工程中，大跨度预应力悬臂梁采用的后张法预应力混凝土施工工艺，具体施工要点如下。

①钢绞线下料、制作

在钢绞线的下料制作过程中，锚固结构的长度与工作受力长度的总和即是整个钢绞线下料的实际长度，工作受力长度本身属于两端锚具的预应力实际长度。为了保证整个钢绞线工作效果，在钢绞线穿束的过程中，一般均需要采用整束穿入的方式方法，再完成钢绞线的排序操作。

在本工程实际操作中，其本身的延长方向需要每2m 构建捆扎结构。因为波纹管的损坏率相对较高，为此在整个操作阶段，所有的穿束动作要相对舒缓。同时将钢束的前端进行扎进，包裹相关的胶带，这样不仅可以减少结构磨损冲击，同时也能保证钢绞线可以顺利穿入。安装操作完成后，对锚垫板、波纹管实施综合检查分析，若是波纹管出现了损坏，用胶带对其捆扎束缚。

②孔道留设

本工程在整个施工过程中，堵塞本身就是施工操作之中的一项常见问题，若出现了此类问题，就会增大后期施工操作难度和有效推进，同时也会为后期张拉测量分析产生较大的难度。为有效地管控此类问题，本工程中的施工作业人员在现浇混凝土出现凝结之前，采用多次抽拉钢绞线的方式方法，高效疏通处理孔道内部出现的堵塞问题，进而保证后期张拉各项工作的有序推进。

③孔道和锚垫板施工

本工程在施工过程中，对波纹管铺设工作进行有效的控制管理，可以最大程度提升后期施工质量，因此在波纹管铺设的过程中要根据施工现场做好质量管控，确保钢绞线受力方向的精准性和工作性能。钢绞线受力方向确定之后，需要在每间隔0.5m 的情况下使用定位拉筋的方式进行波纹管的加固工作。若是波纹管出现扭曲之后，将会直接造成预应力损失。在结构梁施工时，要对锚垫板安装质量控制，保证锚垫板位置，进而保证钢绞线受力方向。

④浆体制作

本工程施工作业人员在完成浆体制作的过程中，全面按照相关规范进行落实。

首先，保证在配置过程中用水量符合要求，由于水本身就是浆体配置过程中不可或缺的主要成分，为此在实施称重的过程中，严格地按照相关的规范标准实施推进。对于制作过程中浆体流动性相对较低的现象，严禁在内部进行加水，以此影响到浆体的指标发生变化，继而影响质量。

其次，在制作浆体过程中，孔道压铸的水泥，使用普通的硅酸盐水泥进行拌制操作。其设计水胶比的配比应当控制在0.35～0.45。为了更好地保证孔管内部密实度，减少收缩力度，通过试验的方式在水泥之中掺加一定的外加膨胀剂，以保证整个水泥的质量。

最后，在浆体制作结束的同时，要将所有的浆体一次性倾泻而出，再进行下一阶段的操作。要充分做好各方面的检查，若在进行正式压浆操作程序之前，发现管道内部存在残留的浆体，应当及时地采用空压机设备对整个管道进行细致地清理。

3.2 预应力张拉

本工程中，大跨度预应力悬臂梁采用的预应力张拉，依据设计要求及规范规定，具体张拉要点如下。

①张拉设备及要求

首先，采用具有出厂合格证的夹具、锚具以及相配套的连接器，仔细检查各配套锚固的性能、类别及规格等，与此同时，按照相关标准规定对此配套设备质量（外观及硬度）进行抽样检查，对质量存疑的设备应同时进行静载锚固性能试验。

其次，张拉机具应与锚具配套使用。此配套设备在还未进场使用之前，为保证张拉力真实值和压力表读数值之间的正常比例关系曲线，应按照相关规范规定，对千斤顶和压力表进行精准校验。千斤顶的张拉力与行程要满足施工需要、压力泵的油压量程应符合张拉力的需要。

②预应力控制

当对混凝土施加的预应力时间过早，混凝土未达到其指定强度，预应力便对混凝土产生预压力，则会引起混凝土产生较大的局压应力、收缩和徐变而造成的应力损伤，故应在混凝土强度达到设计要求的100%时方能进行张拉。预应力钢筋张拉时应采用应力控制、应变校对的方法进行。

预应力钢筋张拉实测中，其实测的伸长值与计算的伸长值的之间存在一定的偏差，两者之间的偏差值应控制在-6%～+6%。与此同时，实际伸长值必须从初应力开始量测。预应力钢筋张拉实际伸长值在现场量测结果的基础上，应扣除施加初应力至最大张拉应力间的量测伸长值，再加上推算得到的初应力以下的伸长值。

施加张拉时，张拉应力值应根据设计要求确定。在现场管理中，要求施工单位做好张拉记录并进行预应力损失测试，监理单位做好张拉结构梁检查，对张拉顺序、张拉设置等工序旁站记录。

4 施工监测

4.1 监测梁选取

大跨度预应力混凝土悬挑梁的监测分析所涉及的材料数据较多，除设计资料外，施工工艺、施工条件、施工环境、主要施工机具等相关数据都要处于受控状态。本工程为验证时代数码港研发楼大跨度预应力混凝土悬挑梁预应力效应设计参数、检验施工质量，选取11 层、12层、21 层⑧轴线预应力梁分不同时期进行施工阶段短期检测，其中第21 层⑧轴线预应力梁进行长期性监测。

4.2 测点布置

在梁浇筑混凝土前，选择跨中截面和支座处截面预埋应变传感器的接线，在预应力张拉施工结束后，定期进行应变数据采集。测点布置见图3。

图3 应变测点布置示意图

4.3 监测内容

预应力梁主要截面混凝土的有效预压应力；

预应力梁张拉过程中的反拱值；

预应力梁自张拉施工结束后的应变增量。

4.4 监测结果

通过对目标悬臂梁的监测，监测结论为：

11 层与12 层预应力梁各主要截面混凝土的有效预压应力为-0.5～-5.3 MPa 与0.0～-3.0 MPa，悬挑端反拱为2.3 mm与1.3 mm；

21 层预应力梁各主要截面混凝土的应变增量为-37.1～-379.7με，悬挑端反拱为2.9 mm；

所测预应力梁控制截面均处于受压状态，未出现开裂现象，均处于完好状态。

5 施工及监测对策

①安装锚具、千斤顶

首先需要对张拉机进行检验分析，然后安装锚板、夹具、限位板、工具锚以及锚夹片。所有的工作都要按照流程完成操作。

②预应力张拉

预应力张拉主要包涵初张拉、终张拉两个主要阶段。在达到混凝土实际强度时，弹性模量符合设计要求的情况下，方可进行初张拉。当初张拉完成后，方可拆除大跨度预应力混凝土悬挑梁底模。

③后张拉施工顺序

0→初应力→1.05σcon（持荷2 min）→σcon 锚固（张拉油压清零，对总回路缩量、夹片外露量进行测量）。

④压浆及封锚

为了保证构件有效受力，在张拉完成后，立即对孔道内进行压浆，以此减少预应力松弛。水泥的泌水率应当小于3%，对水泥浆进行调制之后，灌注进入孔道，压浆之后，排出气孔后的粘度应当与水泥浆始终一致。若是管道充满水泥浆，应及时关闭出浆口，保持至少2 min的0.6 MPa 的压力稳定期，保证其稳定性。在经历锚固与灌浆完成后，且在满足其强度标准以及验收合格的情况下，锚固外露的预应力钢筋长度应大于30 mm。

6 结语

大跨度预应力混凝土悬挑梁的施工难度较大，但因预应力混凝土具有良好的受力性能，且各参数能够满足规范要求，能够实现大跨度、大悬挑的要求而被应用。并且采用这种结构形式的悬挑梁可在保持承载力的情况下，减小截面尺寸、增加使用净空，同时起到减轻自重、降低建筑建造成本的作用，满足建筑使用功能。

时代数码港研发楼工程中，大跨度混凝土悬挑梁通过采用部分预应力施工，并经过长期的预应力监测，充分证明了此结构受力性能良好，满足时代数码港研发楼项目的使用功能。从结构的受力性能和社会经济效益两个方面得出，部分预应力混凝土大悬挑梁有着一定的发展前途和较好的优越性。