有粘结预应力混凝土施工及监理的控制要点

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  摘要:采用有粘结预应力技术来解决大悬臂、大跨度混凝土梁的挠度和抗裂问题,介绍后张有粘结预应力混凝土梁的施工工艺要点和监理控制措施。
  关键词:后张有粘结预应力 锚固 预应力张拉 施工工艺 监理控制
  1、工程概况:
  昆山市某医院工程,建筑面积93000M2,其中医技楼共五层(含设备转换层),建筑面积约合20048 M2,其中每层建筑面积4009.6M2 ,二层预应力面积3520 M2, 三层—五层预应力面积各为704 M2。二层为主要有粘结预应力层,其支撑系统主要依靠8个楼梯框剪井筒,最大跨度为24M,最小跨度为16M,悬臂为6M,砼强度为C40,X向共8榀预应力梁(其中四榀主要转换梁、二榀次梁、二榀连系梁)Y向共13榀预应力梁;三、四、设备转换层主要以二层梁上柱为支撑,且在设备层设有剪刀撑共12榀。
  本工程预应力筋全部采用Ⅱ级松弛Φs15.2钢绞线,预应力钢绞线抗拉强度标准值fptk=1860MPa,张拉控制应力σcon=1395N/mm2(即已达到标准值的75%,根据规范要求已经到极限值),张拉采用一端或二端张拉;锚具一律采用Ⅰ类锚具,其中张拉端采用夹片锚(由夹片、锚板、锚垫板以及螺旋筋四部分组成,如图1-1),固定端采用挤压锚具详见本图大样(1-2)。
  工程的难点主要集中在二层的预应力梁的施工上,由于二层预应力梁的的配筋太多()且梁的断面较大(),预应力管的施工和砼浇筑施工较难,在下面的介绍中会逐步提到
  
  
  图1-1 圆型张拉端锚具
  
  
  1-2:固定端P型挤压锚具
  
  
  
  
  
  
  2、介绍预应力施工工艺流程:
  预应力材料进场、复检
  ↓合格
  根据构件特点绑扎普通钢筋
  ↓同时安装波纹管
  预应力筋下料、制作,穿预应力筋
  ↓
  安装固定端部锚固系统
  ↓
  绑扎其余普通钢筋、埋灌浆管(排气管)
  ↓
  隐蔽验收(矢高、是否有破裂等)
  ↓合格
  浇筑混凝土
  ↓待砼达到强度
  锚具检验、设备标定→张拉预应力筋←检查混凝土质量
  ↓
  孔道灌浆
  ↓
  切割、封锚
  3、监理控制要点:
  3.1熟悉图纸、审查施工单位资料
  组织相关的监理人员学习图纸及相关规范要求;在了解设计的意图前提下,对总包单位申报的分包预应力单位认真核查,对其资质、业绩、人员及申报的组织设计要认真审查,确保其能顺利完成所承担的预应力施工。针对审查通过的组织设计,认真编写实施细则。
  3.2对材料及机具的审查
  3.2.1预应力筋、锚具、夹具、波纹管
  材料进场后按批次及品种,检查出场检验报告、产品合格证,并按照《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003、《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370《预应力混凝土用金属螺旋管》JG/T3013的要求抽取试件作力学性能检验,对于锚具一定要做静载锚固性能试验,其质量必须符合有关标准(钢绞线及挤压锚拉伸力学性能检测、预应力锚具静载试验、锚具硬度检测、波纹管径向刚度和抗渗漏性能检测等)。
  预应力钢绞线展开后应平顺,不得有弯折,表面不应有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁和油污等;锚具、夹具在使用前其表面应无污物、锈蚀、机械损伤和裂纹;波纹管表面应清洁,无锈蚀,不应有油污、孔洞和不规则的褶皱,咬口不应有开裂或脱落。
  3.2.2 灌浆材料
  灌浆用水泥应采用普通硅酸盐水泥,强度等级不宜低于32.5,进场后按批次及品种,检查出场检验报告、产品合格证及复试报告。水泥中宜掺入高性能外加剂(其质量应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076、《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119等和有关环境保护的规定),严禁掺入各种含氯盐或对预应力筋有腐蚀作用的外加剂,且混凝土中氯化物的总含量应符合《混凝土质量控制标准》GB50164的规定。。
  3.2.3 机具设备
  1下料机具
  波纹管及钢绞线的下料均宜采用砂轮切割机,不得采用电弧、乙炔切割,避免预应力钢绞线的损伤及端头碎开给挤压固定端及张拉带来麻烦。
  2 张拉设备
  张拉设备由穿心式液压千斤顶、高压电动油泵、压力表等组成,当预应力筋预留长度较短时宜使用前卡式千斤顶,其组件应定期维护和校验,张拉设备应配套标定,并配套使用且标定的期限不应超过半年。
  本工程施工单位采用了YCW250B及YCW150B两种穿心式液压千斤顶各2台;压力表最大压强60MPa、精度0.4级;并提供了有效的一对一校验报告。
  3 挤压机
  用以配套高压电动油泵制作P型挤压锚固定端。
  4 灌浆设备
  灌浆设备主要包括高压灌浆泵和灰浆搅拌机。灌浆泵必须能满足连续工作条件,并根据灌浆高度、距离、形态等选用,灌浆泵应配备计量校验合格的压力表。
  3.3关键工序的监控要点
  3.3.1、预应力筋下料、装配及运输
  预应力筋的下料长度应考虑设计曲线长度、张拉端外伸预留长度、弹性回缩值、张拉设备、钢材品种和施工方法等因素,对采用夹片式锚具与穿心式千斤顶进行张拉的构件上的钢绞线,其下料长度L按下式计算:
  ⑴ 一端张拉时L=L0+2(L1+100)+L2
  ⑵ 两端张拉时L=L0+2(L1+L2+100)
  式中:L0——构件的孔道长度,对抛物线形孔道,可按公式(3.3.1-1);
  L1——夹片式工作锚具厚度;
  L2——张拉用千斤顶(含工具锚),如采用前卡式千斤顶时仅算至千斤顶体内工具锚处;
  100——张拉端外露预留长度。
  公式3.3.1-1
   L0=(L+8H21/3L2)L
  式中 L——抛物线的水平投影长度;
   H——抛物线的矢高。
  预应力筋的下料应在平整无污物的场地上直线定出下料长度,并在下料场地两端设置固定标志,每端有专人负责;切断前应将预应力筋拉直;用砂轮切割机切断,不得用电弧切割。在预应力筋下料同时制作装配固定端,当固定端采用P型挤压锚时应采用专用设备对挤压套与锚垫板进行二次挤压以保证挤压套紧固在锚垫板上。对所下的预应力筋做好分区及类型编号,必要时在其两端做出同颜色的标志并标明长度,以便布束张拉时识别,再用放线盘分别盘成直径约为2.0m的圆盘。
  预应力筋运至施工现场后要分区、分类堆放。露天堆放时,需覆盖防雨布,并用垫木垫起,不与地面及污水接触,防止锈蚀、死弯。在堆放期间严禁碰撞踩压。
  3.3.2 预留管道埋设
  本工程采用金屬波纹管,绑扎构件的非预应力筋时,将金属波纹管按照设计的曲线定位在非预应力钢筋笼中。具体的做法是根据矢高沿构件方向每隔约0.8m设置相应的马凳钢筋或采用钢筋与箍筋(特别是最高点、反弯点、最低点一定要用马登钢筋固定牢),马凳钢筋采用Φ10~Φ12钢筋,在马凳处用铁丝把波纹管与马凳钢筋绑紧牢固,使波纹管形成曲线 (如图3-1)。金属波纹管的敷设在遇到非预应力钢筋时要把握的原则:非预应力筋避让预应力筋,对确实避让不了的非预应力筋,如割取要割一补二。
  金属波纹管连接采用比主管大一号的金属波纹管作为连接管,连接管长约200~300mm。在连接管的两端缠上塑料胶带以防漏浆,预埋管道要求曲线流畅,水平顺直。
  
  
  图3-1马凳位置示意图
  3.3.3预应力筋穿束
  本工程的采用集束穿束。集束穿束是将管道内所需的预应力筋先绑扎成束后一次性穿入预埋管道内。为了防止在集束穿束中把波纹管穿破,宜将预应力筋端部用胶布包扎以减小摩擦力。
  3.3.4 端部预埋安装
  1 固定端端部预埋安装
  固定端采用P型挤压锚,在保证固定端锚垫板、挤压套筒不外露的前提下,按设计要求的高度固定好预埋件并焊好螺旋筋;电焊时应注意避免焊条碰到裸露的预应力束。
  2 张拉端端部预埋安装
  本工程张拉端部采用外凸形式。张拉端部预埋位置应符合设计要求,预应力筋应与锚垫板保持垂直,保证张拉千斤顶有足够的张拉空间及张拉完后锚具不露出构件表面。
  3.3.5灌浆管埋设
  在预应力筋铺设完后进行灌浆管埋设,一般在预埋孔道曲线的高点处留设灌浆管。由于本工程有一些较大跨度的构件,灌浆管间距可适当放宽大于12m,但管距应能保证灌浆顺畅。灌浆管的压板与金属波纹管应连接牢固,并用塑料胶带缠紧密封以防漏浆,且要保证管口与波纹管的破口重合,以防止管口与破口错位导致漏浆口狭小,造成灌浆困难。灌浆管高出构件砼表面200~300mm处弯折且要对管口封堵,防止浇筑砼时灌入砼堵塞管道,并防止在浇筑砼时把其覆盖无法寻找。
  3.3.6 混凝土浇捣
  由于本工程钢筋设计较密,考虑普通砼浇筑质量不易保证,施工单位提出砼改用细石砼,后经设计单位认可;在混凝土浇捣前,应由建设单位会同监理单位、施工单位及设计单位等对预应力工程进行隐蔽工程验收,主要内容包括:
  ⑴、原材料是否验收合格;
  ⑵、要对金属波纹管其矢高进行复查,如发现其矢高有不符合要求的要及时书面与设计单位联系,让设计复合,以保证达到质量要求;
  ⑶、有粘结预应力筋的数量、规格、控制尺寸是否按照图纸要求;
  ⑷、波纹管有无破损,接头是否牢固可靠;
  ⑸、灌浆管及端部的预埋处理是否恰当等;
  验收合格后,方可浇筑混凝土。混凝土浇筑时应由施工单位派专职人员对砼浇筑过程全程监控,避免踏压撞碰波纹管、预应力筋、马凳、灌浆管以及端部预埋件,对较密的钢筋处先用砸扁的钢管把钢筋敲开,待砼进土梁内振捣密实后拔出钢管以利于钢筋复原,再振捣密实砼,由于砼体量较大,施工单位安排四台泵车同时浇筑砼,夜间准备足够的照明设备,以便夜间施工能保证砼浇筑质量。随机抽查砼的塌落度
  混凝土浇捣完毕后,构件侧模宜在预应力张拉前拆除,底模支撑不应拆除;侧模拆除后,若发现张拉端或固定端部混凝土有外观质量缺陷,应在张拉前进行处理,待处理后的混凝土达到要求的强度后方可进行张拉。
  3.3.7 预应力筋张拉
  混凝土强度达到设计要求后可进行张拉。预应力构件的张拉顺序,施工单位根据结构受力特点、施工方便、操作安全等因素确定,确定分楼层、分部位、分段张拉。保证各楼层部位应遵循对称、均匀原则。
  采用两端张拉时,宜两端同时张拉,也可一端先张拉,另一端补张拉。同一束预应力筋,应采用相应吨位的千斤顶整束张拉,直线形或扁管内平行排放的预应力筋,当各根预应力筋不受叠压时可采用小型千斤顶逐根张拉。
  张拉工艺如下:
  工作锚具安装→千斤顶安装→千斤顶进油张拉→伸长值校核→持荷顶压→卸荷锚固→记录
  预应力张拉施工中,质量控制以应力控制为主,测量张拉伸长值作校核。
  预应力筋张拉理论计算伸长值:ΔL=
   式中:NP——预应力筋的平均张拉力,取张拉端拉力扣除孔道摩擦损失后的拉力平均值;
  LT——预应力筋实际长度
  AP——预应力筋截面面积
  Es——预应力筋实测弹性模量
  由多段弯曲线段组成的曲线束,应分段计算,然后叠加,结果较准确。
  预应力筋张拉伸长值的量测,在建立预应力后进行,其实际伸长值:
  ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔLC
  式中:ΔL1——从初应力至最大张拉力之间实测伸长值;
  ΔL2——初应力以下的推算值,可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系推算确定;
  ΔLC——施加预应力时,后张法预应力构件的弹性压缩值和固定端锚具楔紧引起的预应力筋内缩值,初应力宜为0.10~0.15σcon。
  张拉预应力筋的理论伸长值与实际伸长值的允许偏差值控制在±6%以内,如超出范围,应查明原因并采取措施予以调整,方可继续张拉。
  设计无具体要求时,一次张拉端锚固程序可采用:
  0→10%σcon→105%σcon(持荷2min)→σcon→锚固或0→10%σcon→103%σcon→锚固
  3.3.8 后张有粘结预应力孔道灌浆
  灌浆前先打通灌浆孔,用清水清洗孔道,直到张拉端部出水较大,各处均畅通时,方可安排灌浆。灌浆用水泥浆的水泥宜用不低于32.5等级的普通硅酸盐水泥,水泥浆水灰比不应大于0.45,拌制后3h泌水率不宜大于2%,且不应大于3%。泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收。水泥浆宜掺入外加剂,外加剂应不含氯盐且对预应力筋无腐蚀作用。水泥浆要严格按配合比配料,搅拌时间应保证水泥浆混合均匀,一般需2-3min。灌浆过程中,水泥浆搅拌应不间断,水泥浆用筛网过滤,以免灌浆时堵管。灌浆时将灌浆机出浆口与灌浆管相接,并确认连接处紧密后,开动灌浆泵加压灌入水泥浆,从近至远逐个检查出浆孔,各出浆孔出浓浆后逐一封闭,待最后一个出浆孔出浓浆后,封闭该出浆孔,继续加压至0.5-0.7MPa,保持1~2min,封闭进浆阀门,待水泥浆凝固后,再拆卸连接接头,并及时清理现场浮浆及杂物,如发现管内有空隙应仔细补浆。
  构件的底模支撑在无具体设计要求时,应在预应力筋张拉及灌浆浆体强度达到15MPa后拆除。
  3.3.9 预应力端部封锚
  张拉、灌浆后,用砂轮切割机切掉张拉端多余的预应力筋,预应力筋的外露长度不宜小于其直径的1.5倍,且不宜小于30mm,用环氧树脂涂封锚具及外露预应力筋,封闭前应将锚具周围的混凝土凿毛、冲洗干净,凸出式的錨头宜配置钢筋网片,用微膨胀细石混凝土进行封闭。
  4结语:
  虽然在现在看来有粘结预应力是比较先进的,但还存在一定的缺陷。如:从预埋到张拉的时间较长,是否会对预应力筋造成锈蚀而损伤;在浇筑砼是要特别注意不得破坏金属波纹管防止砼进入管道堵塞管道;灌浆虽然有补浆,但是否能保证管道内没有空隙等。
  从长远的眼光看,正在兴起的缓粘结预应力工艺较为可靠,缓粘结预应力作为一项新兴的预应力体系,它兼有有粘结及无粘结预应力二者之长,而无二者之短,在施工阶段如同无粘结预应力一样灵活方便,在使用阶段又如同有粘结预应力一样安全可靠。
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