缓粘结预应力筋在地铁车辆段大跨梁施工中的应用

摘要：以缓粘结预应力筋在西安某地铁车辆段大跨梁施工中的应用为依托，介绍了缓粘结预应力筋研究成果，分析缓粘结预应力筋的结构特点。在此基础上，从模板搭设和钢筋绑扎、缓粘结预应力筋的定位和穿束、混凝土浇筑、预应力张拉、注浆和封锚等方面，阐述了缓粘结预应力筋在大跨地铁车辆段大跨梁施工中的主要工艺，参考既有文献确定本工程缓粘剂的张拉适用期，可为类似工程施工提供参考。

关键词：地铁车辆段；缓粘结预应力筋；大跨梁施工；张拉适用期

0" "引言

为了满足众多地铁车辆的检修和存放需求，地铁车辆段建设规模也在不断加大，大跨地铁车辆段结构不断涌现。为了减小大跨梁板结构在自重和外荷载作用下产生的挠度，房建工程的预应力结构在地铁车辆段结构工程中开始应用[1]。

目前众多学者对缓粘结预应力筋的材料、受力性能和施工工艺进行研究并，取得了许多有益成果。蒋方新等[2]研究了环氧树脂掺量对缓粘结剂拉伸和剪切强度的影响，董晨[3]通过室内恒温试验研发的粘结剂能够较好满足结构强度和散热要求。李伟龙等[4]通过对比分析给出了缓粘结预应力筋缝隙宽度的修正值。陈尚志等[5]通过摩擦损失试验得到了大直径缓粘结预应力筋摩擦系数的经验取值。徐建设等[6]研究发现缓粘结预应力混凝土梁抗裂和卸载后回复原状态的能力更好。

在上述研究的基础上，本文以缓粘结预应力筋在西安某地铁车辆段大跨梁施工中的应用为依托，研究了其缓粘结预应力筋的结构特点，在此基础上对缓粘结预应力筋的整体施工工艺进行了论述，以期为类似工程施工提供可借鉴经验。

1" "缓粘结预应力技术的优势

预应力结构按照施加的顺序分为先张法和后张法，其中后张法又根据混凝土与预应力筋之间有无粘结作用分为有粘结和无粘结混凝土。根据施工经验及既有文献可知，这两种预应力筋均存在部分缺陷。无粘结预应力筋放置在孔道内，直接与空气接触易氧化锈蚀，且由于预应力完全由锚具承担，使用过程中锚具和预应力筋因预应力松弛会造成预应力筋作用减弱；而有粘结预应力筋施工时需要预留预应力筋孔道，且需要穿束、灌浆等一系列复杂的工艺流程。

缓粘结预应力技术作为一种新型的预应力张拉方法，其施工时在预应力筋周围涂抹缓粘剂，预应力筋张拉完毕后，其外侧缓粘剂硬化后即可实现预应力筋与凝固的浆液之间产生粘结，达到保持预应力的目的。

2" "缓粘结预应力筋的结构特点

缓粘结预应力筋由钢绞线、缓粘剂和护套组成。在预应力张拉前，先在钢绞线的外侧涂抹一定厚度的缓粘剂，此后缓粘剂开始固化。待缓粘剂流动度降低至设计要求的状况时，在钢绞线外侧包裹高强度护套。该护套外面表设置不小于1.2mm高度的横肋和竖肋，形似热轧带肋钢筋。通过其横肋和竖肋的咬合作用，可使预应力筋与波纹管中压注的浆液产生高效粘结。

由于缓粘剂具有一定的流动性，为防止缓粘剂流失，在包裹护套时应注意保护护套。同时确保选取试验段测量护套外形满足规范要求，避免影响预应力张拉效果。缓粘剂固化具有时效性，为保证预应力张拉效果，需要在张拉适用期内对缓粘结预应力筋进行张拉，使其达到设计预应力值。缓粘结预应力筋结构示意如图1所示。

3" "大跨梁缓粘结预应力筋施工工艺

3.1" "模板安装和钢筋绑扎

3.1.1" "模板搭设

大跨梁模板分为底模、侧模和顶模，为了大跨梁结构施工的便利性，其模板施工顺序有一定差异，但是其施工要求基本一致。模板施工要求表面光滑，方便脱模，模板之间线条平顺、外表美观。大跨梁张拉时其中间会起拱，在梁体自重和外荷载作用下应力集中于其端部，会造成该端部破损。为此在端部预设承压钢板以缓解应力集中。

为了确保混凝土成型之后的效果，模板和模板支架需要满足下列要求：一是模板和模板支架应满足强度、刚度和稳定性要求，保证在施工荷载条件下其结构具有良好的成型效果。二是模板的尺寸、形状和规格应精准，模板铺设前其结构表面应光洁，模板之间接缝应紧密，避免混凝土浇筑跑浆。三是确保模板支架的安装牢固可靠，支架底部基础需满足承载力要求，防止支架坍塌引起安全事故。四是为减小操作难度，选用的模板支架应固定化、通用化，以方便支架安装。

3.1.2" "钢筋绑扎

钢筋绑扎要确保大跨梁的结构强度和线性精度符合规范和设计要求。按照钢筋图纸将单根钢筋加工成型，拉运到施工现场后进行绑扎。绑扎时按图纸将钢筋排列的间距和位置在模板上划线定位。先绑扎底板钢筋，再绑扎腹板钢筋，钢筋交叉处使用绑丝捆绑牢固。

绑扎过程中要按照图纸要求留出安装波纹管的位置，在钢筋密集位置要留出混凝土浇筑通道。按照大跨梁钢筋保护层的厚度预制预制混凝土垫块，该垫块的混凝土材料与大跨梁相同，预制完成后牢固地绑扎在跨梁主筋与模板之间。

3.2" "缓粘结预应力筋的定位和穿束

3.2.1" "预应力筋下料

预应力筋下料长度分为一端张拉和两端张拉两种。其中一端张拉时的下料长度按公式（1）计算，两端张拉时的下料长度按公式（2）计算，该公式如下：

L=LT+LQ+LC+LW1" " " " " " " （1）

L=LT+LQ+LC+LW2" " " " " " " （2）

式中：L为预应力筋下料长度，LT为预应力筋投影长度，LQ为预应力筋曲线段的增加长度，LC为预应力筋锚固施工需要的操作长度，LW1为一端张拉时预应力筋的外露长度，LW2为两端张拉时预应力筋的外露长度。

为方便张拉操作，一端张拉时预应力筋的外露长度应不小于1.0m；两端张拉时预应力筋的外露长度应不小于1.8m。预应力筋采用低松弛、高强度、直径为15.2mm的标准型钢绞线制作，其极限强度标准值为1860MPa。

3.2.2" "安放定位支架和波纹管

波纹管的定位支架采用Ø12mm螺纹钢筋加工制作。为保证定位支架安放位置的准确性，将定位支架放置于箍筋中间并与箍筋进行焊接固定。一根波纹管长度为5～6m，波纹管对接完毕后在接口处采用胶带缠绕密实，防止浇筑混凝土时漏入浆液。波纹管与定位钢筋之间的交叉点采用绑扎连接固定，以确保波纹管在混凝土浇筑和振捣时不发生偏移。预应力筋张拉端的锚垫板应与边梁主筋端头锚固段焊接，预应力筋应与锚垫板垂直。

3.2.3" "缓粘结预应力筋穿束

预应力筋要在安放波纹管之前完成绑扎、涂覆缓粘剂和包裹高强护套，形成缓粘结预应力筋。波纹管与定位钢筋绑扎连接完成后，从大胯梁一端开始向波纹管中进行缓粘结预应力筋穿束施工，依次穿向大胯梁的另一端，并保持其设定的曲线状态。缓粘结预应力筋穿束完毕后，穿入张拉端螺旋筋、承压板。缓粘结预应力筋端300mm区段内与承压板垂直。张拉端和固定端承压板节点设计如图2、图3所示。

3.3" "混凝土浇筑

在大跨梁混凝土浇筑前，首先检查波纹管有无破损，若有破损采用胶带进行修补。为保证修复效果，胶带的搭接长度应≥1/2胶带宽度。

为了防止混凝土浇筑和振捣时的冲击力损坏波纹管，应避免振捣棒直接冲击预波纹管，并尽可能远离波纹管。当必需紧贴波纹管振捣时，应将每次振捣时间控制在10s以内。当大跨梁混凝土达到设计强度后进行拆模，拆模后需要仔细检查混凝土外观质量，并在预应力张拉前进行修复。

3.4" "预应力张拉

经检测混凝土强度达到设计值后，进行缓粘结预应力筋张拉施工。以张拉应力和张拉后缓粘结预应力筋伸长值，作为预应力张拉是否满足设计要求的控制要素。张拉时应考虑锚具回缩、孔道摩擦力、预应力筋徐变等引起的预应力损失。

根据设计方案，采用一端张拉或者两端张拉的方式进行预应力张拉。若结构特殊或预应力束所需预应力较大，也可采用分级张拉的方式进行多次张拉。曲线预应力筋理论张拉伸长值计算公式如下：

∆LT=（exp[-（kLT+uθ）]）Fj/（2Ap Ep）" " " （3）

式中：∆LT为曲线预应力筋理论张拉伸长值，k为孔道局部偏差摩擦影响系数；LT为张拉端至固定端孔道长度；u为预应力筋与孔道间的摩擦系数；θ为张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角；Fj为预应力筋张拉力；Ap为预应力筋截面积；Ep为预应力筋弹性模量。

3.5" "注浆

预应力张拉后，向波纹管中注入42.5普通硅酸盐水泥浆液，其28d标准强度应≥30MPa。灌浆前需检查孔道的通畅度，若孔道不畅可采用压缩空气沿某一方向吹除杂物。在预应力张拉完成48h内应进行注浆，注浆压力控制在0.5～0.6MPa，水泥浆密封所有的张拉端均要防止浆体外溢。为防止浆液凝固，浆液自完成拌制到压入孔道的时间不应大于40min，注浆完毕后根据需要再进行补浆。

3.6" "封锚

在钢绞线与结构之间设置承压板。注浆完毕后，采用砂轮锯切除多余的预应力钢绞线，切割完毕后及时清理周边杂物，冲洗表面的油污。为防止钢绞线徐变至混凝土内，外露钢绞线的长度须≥30cm。

采用比结构强度高一个强度等级的微膨胀混凝土填补预应力孔道。对于结构断面较大的预应力孔道应分次填充，确保孔道填充密实。为防止孔道处产生冷缝，混凝土终凝前，使用腻子搓压混凝土表面，防止缝隙出现。预应力孔道封堵如图4所示。

4" "缓粘剂的张拉适用期

缓粘结预应力筋的张拉适用期是一个重要技术指标。《缓粘结预应力钢绞线专用粘合剂》（JG/T 370—2012）规定，张拉适用期是指缓粘剂从配制到用于预应力筋进行张拉的总时间。《缓粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ 387—2017）规定，缓粘剂的张拉适用期需要根据工程进度和缓粘结预应力筋的生产时间确定。

在标准温度25℃和张拉适用期内，缓粘结预应力筋的预应力大小可以进行理论计算。其中预应力筋的摩擦系数取值为0.12，局部偏差摩擦系数取值为0.006。由于工程条件的复杂性，现场施工条件难以与理论计算一致，因此需根据工程项目的特点，采用试验方法确定缓粘结筋的张拉适用期。本工程根据上述试验方法和施工经验确定缓粘剂的张拉适用期为240d。

5" "结束语

本文以缓粘结预应力筋在西安某地铁车辆段大跨梁施工中的应用为依托，分析缓粘结预应力筋的构造特点。在此基础上，从模板搭设、预应力筋的定位和穿束、混凝土浇筑、缓粘结预应力筋张拉、灌浆和封锚等角度，综合分析了缓粘结预应力筋在大跨地铁车辆段混大跨梁中的主要施工工艺措施，通过既有文献试验方法以及施工经验确定了本工程缓粘的张拉适用期，研究结论可为类似工程施工提供参考。

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