缓黏结预应力施工技术在高铁站房中的应用

谭志勇，李建达，匡国冠，王永生

(1.中铁城建集团第二工程有限公司,广东 广州 511455;2.中国铁路广州局集团有限公司站房建设指挥部,广东 广州 510610)

0 引言

缓黏结预应力是一种改变套管形状,在套管和预应力筋之间填充新型缓凝材料的预应力体系。该预应力体系将无黏结预应力和有黏结预应力特点整合,施工前无需预留孔道,也无需灌浆,钢筋与缓凝材料之间不存在黏结效果。施工完成后,预应力筋包裹的缓凝材料慢慢凝结、硬化,逐渐与钢筋产生黏结力,最终达成效果可与有黏结预应力相同[1]。20世纪90年代起,国内外开始对缓黏结预应力筋进行了试验研究,吴转琴等[2]通过多个试件的拉拔试验,得到钢绞线护套的横肋高度与钢绞线和混凝土间的锚固黏结性能有关。王占飞等[3]通过对预应力梁的张拉试验,得到在增加张拉力时,缓黏结剂将失去锚固作用。范蕴蕴等[4]针对缓黏结剂的物理、化学性能,开发符合要求的缓黏结剂材料,得到温度对缓黏结剂材料固化时间的影响。

由于高铁站房具有工期紧、体量大、质量要求高等特点,缓黏结预应力技术在高铁站房的应用中仍有一些问题亟需解决,缓黏结预应力技术在铁路高铁站房系统中的应用受到较大限制。本文从施工角度,以某新建高铁站房为例,并且以解决现场实际问题为导向,归纳总结施工过程中缓黏结预应力技术遇到的重点、难点问题,为制定高铁站房缓黏结预应力施工方法提供参考。

1 工程概况

某高铁站房车站设5台12线,5座岛式站台尺寸均为450 m×12 m×1.25 m,车站有高架候车室的侧线平台,站房建筑面积近5万m2,生产生活房屋面积约为1.4万m2。

该工程采用的缓黏结预应力筋为强度高、松弛度低的钢绞线,最外层用聚乙烯套管包裹,套管外壁设有垂直于钢绞线的横肋,增强缓黏结预应力筋与混凝土摩擦力。缓黏结预应力筋构造图如图1所示,图1中代表高密度聚乙烯套管,2代表缓黏结黏合剂,3代表钢绞线。

2 缓黏结预应力施工工艺

2.1 施工流程

为提高缓黏结预应力筋的施工质量,材料进场后进行复检,框架底模和板底模安装好后绑扎普通钢筋,之后将预应力筋控制点定位,穿设缓黏结预应力筋,然后安装缓黏结预应力筋的端部配件,隐蔽工程验收之后即可浇筑混凝土,张拉预应力筋,最后将多余预应力筋切除并做封锚。图2为缓黏结预应力结构施工流程。

2.2 缓黏结剂的配制及施工工艺

外包材料和钢绞线之间间隙由缓黏结剂填充,缓黏结剂前期具有无黏结剂的特性,有一定流动性且可较好附着于钢绞线表面。外包材料上的不均匀起伏特点,可与缓黏结剂一起将钢绞线包裹,因此钢绞线难于被腐蚀,可很好地保护预应力筋。

本工程中将缓凝砂浆作为缓黏结剂,缓凝砂浆是将水、砂、水泥和复合胶结剂按特定比例配合而成,可根据工程特点在20 d,30 d或40 d前不凝结,之后再开始逐步硬化。配置缓黏结剂时应根据实际工程进行,需按严格比例配置,在配置缓凝砂浆时需要随配随用,这是因为缓凝砂浆具有缓凝的特性,缓凝砂浆配置好后,须在12 h内将该缓黏结剂用于预应力筋上,超过12 h后将不允许使用。

缓黏结剂应均匀包裹在预应力筋上,缓黏结剂包裹完成后需使用塑料布顺时针缠绕缓黏结筋,之后再逆时针缠绕一遍,缠绕时不得留空隙且塑料布不得有破损,以免水分散失。搬运时应使缓黏结筋保持顺直,不得弯曲和将缓黏结筋在地上拖动。

2.3 缓黏结预应力筋下料

预应力筋下料长度应综合考虑设计曲线长度、张拉端伸长预留长度、弹性收缩值等因素。采用式(1),式(2)来计算缓黏结预应力筋下料长度L(L1仅在梁内应用)。

单端张拉时:

L=L0+L1+L2

(1)

双端张拉时:

L=L0+L1+2L2

(2)

其中,L0为钢绞线在投影方向上的长度;L1为曲线增加长度;L2为钢绞线的操作长度。

应在平整场地进行缓黏结预应力筋下料长度计算,其预留长度应符合规范[5]要求:单端张拉长度预留1.0 m,双端张拉长度预留1.8 m。需使用砂轮机在平整场地规范切断预应力筋,不得使用电弧切割。

2.4 缓黏结预应力筋组装

安装梁中的缓黏结预应力筋时,事先按照图纸和设计要求画好定位点,按定位点均匀铺设预应力筋并固定,避免发生位移[6]。位于梁中间的缓黏结预应力筋应沿梁宽对称布置,高度采取不大于1 m的架立筋控制;梁中应布置在反弯点、跨中的三点矢高及支座位置,预应力筋布置如图3所示。

2.5 预应力筋穿束

有逐根穿束和集束穿束两种穿束方式。逐根穿束是将缓黏结预应力筋逐根穿入结构内;集束穿束是多根下好料的预应力筋在结构中一次穿行而成。

本工程预应力筋穿束方式采用逐根穿束,钢绞线下料好后,向台座一端运送下料好的预应力筋,沿直线穿越套管与端模。将各孔眼编号,预应力筋根据孔眼编号穿束,以确保穿束无误。为防止穿束过程中来回拉扯预应力筋对套管造成破坏,穿束前用胶带在其端部缠绕包裹以减小阻力,降低对套管破坏。

2.6 预应力筋张拉

采用“双控法”张拉缓黏结预应力筋,以张拉后预应力筋的伸长量作为质量控制标准,伸长量应在理论值的±6%范围内[7]。

预应力筋常用一端张拉法和两端张拉法,应按设计和施工计算要求确定预应力筋张拉方法。本工程预应力筋采用两端张拉法张拉,施工时在构件两端同时张拉预应力筋,或一端先进行张拉再张拉另一端。针对特殊钢筋束或者特殊构件,张拉预应力工艺有冬季预热张拉、分级张拉和边角张拉等。

2.7 预应力筋端部封锚

预应力筋张拉完成后应将锚具外多余预应力筋切除,余下预应力筋长度应不小于30 mm。应用防腐油漆对锚具防腐处理,之后封堵锚具。封堵前先清除预应力筋上残留的泥浆、油污等杂物,然后用清水洗净,之后需将混凝土表面遗留水清除。张拉端穴槽应采用细骨料混凝土封堵,强度与结构混凝土相同,用于封堵的混凝土中不得含有氯化物外加剂,在终凝前使用抹布对其表面搓压2次～3次,防止混凝土表面产生裂纹。

3 缓黏结预应力施工重难点突破

3.1 张拉结构裂缝控制

本工程中缓黏结预应力构件裂缝应满足JGJ 387—2017缓黏结预应力混凝土结构技术规程要求,构件裂缝宽度控制在0.1 mm以内。张拉完成后检查构件裂缝,如裂缝宽度不大于0.1 mm,可不处理构件裂缝,否则应上报裂缝实测值,进行裂缝处理。

3.2 套管的铺设与定位

依据规范铺设和定位套管,否则会直接影响套管内钢绞线曲线走向,导致预应力筋达不到设计要求,从而影响预应力结构体系预期效果。通常构件中正在绑扎的非预应力筋或浇筑的混凝土会干扰已铺设好的套管,使预应力筋套管发生偏移或损坏。

采取以下措施解决套管铺设和定位中存在的问题:

1)梁主筋与预应力筋套管的灌浆过程主要通过排气孔或泌水孔判断是否满浆,主筋和预应力筋与排气孔和泌水孔的位置关系应在施工前配合设计院进行优化。

2)先绑扎非预应力筋的主筋及外圈箍筋,待预应力筋套管定位及铺设好后,剩余钢筋绑扎按套管优先原则进行,尤其最后进行主筋间的拉钩。

3)在套曲线顶点、端点、反弯点等重要节点位置标注记号,随时复检。混凝土浇筑前应对套管全面检查,对污染及破损位置及时清理和修补。

3.3 灌浆孔、排气孔的安装与保护

预应力筋张拉后,为达到较好的预应力效果,尽可能减少预应力损失,灌浆质量起着决定性作用。常通过灌浆口和排气口判断是否满浆,然而这些孔洞往往会因为堵塞和变形而无法发挥作用,因此要注重浆孔和排气孔的安装和保护。其他工序可能会使排气孔堵塞、开裂或者变形,导致安装好的排气孔失效,灌浆时孔道不密实。

工程采取以下措施,对灌浆孔、排气孔安装进行防护:

1)排气孔安装完毕后,对灌浆孔加压检查,之后封堵孔口。2)采用箍筋插入排气孔定型,可解决排气孔在混凝土振捣时易被挤压变形问题。3)先进行下部孔道灌浆,再进行上部孔道灌浆,检查排气孔时从灌浆孔位置由近及远排查,水泥浆流出后将排气孔密封,一个孔道的注浆需一次完成。

3.4 预应力筋的张拉和锚固端的处理

在缓黏结预应力体系中,预应力筋张拉和锚固端封锚是整个体系起作用的基本条件,也是该体系施工过程中的关键步骤。预应力筋张拉程度是否达到要求,锚固端和构件节点的碰撞是缓黏结预应力施工中的难点。

针对上述难点,该项目采取的措施是:以控制张拉力值为主进行预应力筋张拉,实测伸长值与理论计算伸长值差值控制在±6%内,记录好张拉前和张拉过程中的数据,严控施加应力值及预应力筋张拉前后伸长量偏差值。严格按照设计规范要求操作预应力筋固定端与张拉端,固定端与张拉端做法大样图如图4所示。当锚固端预应力筋与构件节点碰撞无法按原先设计布置时,应与设计院、业主和监理及时联系进行方案调整。

4 结语

缓黏结预应力技术综合了无黏结筋施工简便和有黏结筋性能安全两方面优势,预应力筋在张拉前是无黏结筋的性质,张拉后便具备有黏结筋特点,是预应力技术的新发展方向。缓黏结预应力筋用于混凝土结构,可极大提高结构强度及安全性,改善结构受力性能,确保施工质量,且施工工艺简便,极大缩短工期和节约工程成本。