396m长预应力地梁施工技术(正式)

396m长预应力地梁施工技术[摘要]在南京奥体中心主体育场南北分别设计两个大型拱脚，在南北拱脚之间由396m长预应力地梁连接。本文介绍了超长预应力地梁的分区段施工和大吨位预应力张拉，可供同类工程施工参考。[关键词]超长分段钢管墩粗穿束张拉传感器南京奥体中心主体育场四个拱脚基础分别位于体育场的南北两端、东西两侧。拱脚基础东西两侧净距66.3m，南北两端拱脚基础净距为336m，每个拱脚基础南北方向长30m。东西方向宽18m，南北拱脚基础通过396m长预应力地梁连接。两道396m长预应力地梁的断面为1450*1050mm(宽*高)，每道地梁内埋设8Φ180*6钢管，在每根钢管内穿过24UΦS15.24高强度低松驰预应力钢绞线。预应力筋每束长度达410m。拱脚基础和396m长预应力地梁位置见下图所示。工程特点难点分析预应力地梁具有超长、配筋量多、张拉吨位大等特点。施工时预应力筋埋设、穿束困难，特别是确保预应力张拉的安全可靠是施工的关键所在。同时预应力地梁的施工，要与主体育场的基础工程、拱脚和拱脚一侧到M轴-1.1m标高底板砼结构工程的施工同步进行(见图-2)，施工中要组织好与上述各分项工程的密切配合。预应力地梁施工分区段施工方案两拱脚基础间预应力地梁总长达396m，南北两端对称。预应力地梁的施工包括钢管预埋、预应力筋穿管、非预应力筋绑扎、支模和砼浇筑。根据整个施工进度的安排，将396m长预应力地梁分别不同部位，组织分区段进行施工。即首先组织体育场看台基础位置预应力地梁施工，其次进行体育场中部球场区场地下的地梁施工，然后进行M轴到拱脚之间地梁及板施工，最后进行拱脚内的地梁施工。分区段施工的平面位置见下图所示：预应力地梁施工现针对看台之间中部球场区195m长预应力地梁(第2区段)各工序的施工叙述如下。钢管预埋和钢筋绑扎在地梁垫层砼浇筑后，帮扎非预应力筋，安装钢管支架，钢管支架用∠50*5角钢焊接制成，在拱脚基础30m范围内，支架的宽度随钢管位置的不同而变化，宽度为1.23m-11.4m不等。钢管平面位置及角钢支架断面见下图所示。根据主体育场施工总进度安排，看台结构的基础首先施工，从-2.55m~-1.1m标高的拱脚基础最后施工，该区域(即①区和④区)的预应力地梁必须随同看台基础和拱脚基础同步施工。所以在施工主体育场中间球场区和拱脚基础内(即②区和④区)的预应力地梁时，其位置和标高必须与已施工的①区和③完全一致。(见图-2所示)特别是预埋钢管支架上8根Φ180*6钢管的安装和固定，必须用测量仪器准确定位。在钢管支架安装完毕，并经复核标高、位置无误后，即可进行地梁非预应力筋的绑扎安装。Φ180*6钢管的连接，采用长度约500mm、Φ190*6钢套管连接，连接后与Φ180*6钢管焊接固定。连接示意见下图所示。观察孔钢套管安装位于看台之间球场区段的预应力地梁长度达195m，为了确保预应力筋穿束顺利进行，在195m长度的第②区段范围内分五段施工，在分段之间设8.5m长后浇段四处，并在后浇段的钢管上各留出4m长观察孔，在穿过预应力钢绞线时，观察24根钢绞线在穿束过程中有无故障，待顺利穿完后，将四个后浇段中约4m长的Φ190*6mm钢套管就位封闭，然后进行预应力地梁后浇段砼浇筑。后浇段观察孔Φ190*6mm钢套管安装就位见下图所示。模板安装根据分段浇筑砼的施工方案，模板采用九夹板分段支模，分段施工两端用钢板网封堵砼。在8.5m长后浇段施工时，考虑施工过程较长，施工工序较多，为便于施工，采用240mm砖胎模作地梁的侧模。砖胎模施工完毕，其它位置地梁侧面木模拆除后，就可以进行地梁两侧土方回填。而预应力地梁位于后浇段的砼必须在钢套管内的穿束完成，观察孔钢管焊接封闭后才能进行浇筑。砼分段浇筑施工非预应力筋和8根钢管及支架位置，标高经检查验收符合要求后，分段浇筑砼，由于预埋钢管多，要做好钢管下及其两侧砼的认真振捣。先浇筑分段砼，后浇筑后浇段砼，由于预应力地梁超长，为防止砼地梁在张拉前产生温度和收缩裂缝，在砼中掺JM-3(A)型防裂增强剂，施工时采用商品砼泵送到位，每段砼一次浇筑振捣完毕。超长预应力地梁张拉施工预应力地梁穿束预应力地梁中共埋设8根Φ180*6mm钢管，每根钢管中穿24根钢绞线，410m长预应力钢绞线要穿过396m长的水平钢管，这是一件十分艰难复杂而细致的工作，施工时在Φ180*6mm的钢管内，通过钢板制成的牵引头固定24根钢绞线进行牵引，具体做法如下：(1)每束24根钢绞线墩粗穿束前在直径为110mm，厚为35mm的钢板上穿24个Φ6孔洞，将Φ15.25钢绞线外围6Φ5钢丝剪短50mm～100mm左右，仅留出中间1Φ5钢丝穿过钢板（直径为110mm，厚为35mm）上Φ6小孔内。如下图所示：当24根钢绞线的Φ5钢丝芯全部穿过钢板（直径为110mm，厚为35mm）后，就将其逐根墩粗锚固在钢板（直径为110mm，厚为35mm）上。然后与钢制牵引头内壁带丝的钢套筒连接固定(Φ110*35mm墩粗钢板外圈带有公丝丝扣)。钢绞线墩粗及牵引头的连接示意见下图所示。(2)牵引地梁施工过程中，在各分区段安装钢管时，由人工先将总长约410m单根钢绞线穿过Φ180*6预埋钢管内，作为牵引线，最终通过牵引头和24根钢绞线连接固定，用作牵引的钢绞线另一端与卷扬机钢丝绳连接固定，然后进行钢绞线的牵引工作。每束24根预应力钢绞线编组后采用5t卷扬机进行牵引。卷扬机钢丝绳的另一端与牵引单根钢绞线连接线固定后，通过牵引头拉结24根预应力钢绞线进行牵引，由于预应力筋总长达410m，用卷扬机钢丝绳不能一次牵引到位，每次牵引约25m左右，牵引一次后，重新转换钢丝绳与连接的牵引点进行牵引，直到全部牵引到位。分次牵引方法见下图所示。 每束24UΦS15.24钢绞线牵引到位后，将墩粗在锚板上的Φ5钢绞线的芯线剪断，待张拉时通过防松夹片锚具固定。特别需要强调的是，在钢绞线牵引过程中，24根绞线的相对位置要保持不变，并不能出现扭转，首先对牵引头连接的每根绞线编号，并针对24根钢绞线分成上下五排，两排四根，两排五根，一排六根(见图A-A剖面)，在编束时用Φ48钢管调整好每排钢绞线位置，然后每隔4米用12号铁丝捆成整体。在五个观察孔中对每排钢绞线再次进行检查。每束穿筋完成后在两端对每根钢绞线进行编号固定。预应力地梁张拉方案超长预应力地梁长度达396m，每道地梁内配置8束预应力筋，每束24UΦS15.24高强度低松弛预应力钢绞线的张拉，不仅是国内、也是世界绝无仅有。由于预应力地梁的张拉，与斜钢拱的结构受力的作用密切相关，如何控制预应力张拉时机和方法，是本工程施工的关键。该工程方案设计由澳大利亚HOK公司设计，建筑结构由江苏省建筑设计院设计，东南大学现代预应力公司进行了预应力张拉的深化设计以及监理、业主和总包施工单位长时间的分析和研究，决定采用以下张拉方案。在双拱安装合笼后落架(落架：指钢拱架安装时的临时支撑体系拆除)前完成地梁预应力的张拉。根据设计考虑超长预应力地梁预应力的作用，主要是平衡钢拱安装后以及屋盖部分荷载对拱脚基础的水平推力，防止拱脚承台产生过大的水平位移。预应力张拉施工张拉端钢锚板安装张拉端采用380*380*100mm钢锚板作为24根预应力筋张拉的支承锚板。钢锚板在浇筑拱脚基础和地梁砼时，预埋在拱脚基础端头，并凹进基础侧面600mm。钢锚板在拱脚基础施工时，随同800*1450喇叭型木盒安装时，一并固定在拱脚基础内。张拉端锚垫板和木盒位置见下图所示。 采用双控进行张拉在张拉过程中，以控制拱脚承台水平位移为主，同时对张拉应力值进行控制。张拉施工前，在每个拱脚承台上设置2个位移观测点，采用全站仪和4个千分表双控措施监控水平位移，在每道地梁的两端各埋设2个JMZX-3XOO型智能弦式数码传感器，进行钢绞线预应力值的监控测试。采用群锚进行张拉张拉前，先加工直径Φ260*130mm厚钢板，并在钢板上预先加工好25个Φ19孔，(其中中心位置1Φ19孔为出气孔)，使每束24根钢绞线穿过钢板，通过群锚夹片固定在Φ260*130mm厚的锚垫板上。采用650型千斤顶进行张拉，张拉时通过锚垫板将张拉应力均匀传递到(380*380*100mm)拱脚基础钢承垫板上。群锚张拉端节点见下图所示张拉顺序和对称张拉要求在每个拱脚张拉端侧面各安装两个千分表，作为拱脚基础位移监测点，全程监控拱脚水平位移值。同时在张拉端设置传感器，监控张拉应力值，钢绞线的应变伸长值和张拉时的温度情况。初步张拉，使各预应力筋松紧一致。施工时预紧值为21t。张拉分四次完成。采用的650型千斤顶，其最大拉力可达650t，千斤顶一次最大的行程为20cm，施工时每次行程控制在15-18cm之间，在南北拱脚基础张拉端各分别通过四个张拉行程完成预应力的张拉。张拉时先在一端张拉完每一个行程，然后在另一端完成第一个行程的张拉，通过往复四次完成张拉，并在每一个张拉行程完成后，将预应力值、应变伸长值和张拉时温度，以及将千分表上每次反映的水平位移值记录在案。对称张拉。每道地梁的张拉端有8束，每束24UΦS15.24高强度低松弛预应力钢绞线，总的张拉应力为20000KN，为钢绞线应力幅度的0.4fptk，即δcon=0.4fptk=0.4*1860=744N/mm2，其张拉力为744N/mm2，每根钢绞线的截面为140mm2，(744N/mm*140mm2=104.16KN，每束24UΦS15.24的张拉力为104.16*24=2499.84KN，所以8束的总张拉应力为2499.84*8=19998.72KN≈20000KN=2000t)，每束张拉力为2499.84KN≈250t，采用650型千斤顶，其额定张拉力为650t，满足设计要求。由于每束钢绞线的张拉应力特别大，8束预应力筋必须对称张拉，张拉端锚具采用OVM15-25FS防松夹片锚具。施工时按以下顺序进行对称张拉。见对称张拉示意图。8束预应力筋拉完4束(即1、2、3、4)后停止20小时，观察拱脚位移和预应力的松弛情况，在无异常情况后，继续张拉另4束预应力筋。张拉应力实测值。位于西南角拱脚预应力最后一束钢绞线张拉完毕后，测定第一束预应力值为2486KN(设计要求为2500KN)，8束张拉完毕后，建立的控制应力值为19896KN(设计要求为20000KN)，小于设计值104KN，仅小0.5%，(符合规范要求)。位于东北角拱脚预应力地梁张拉完毕后，测定第一束建立的控制应力为2512KN，8束张拉完毕后，建立的控制应力为20096KN，仅大于设计要求96KN(符合规范要求)张拉后拱脚水平位移值。设计要求张拉力为20000KN时拱脚基础水平位移≤6mm，实测水平位移值分别为1.1mm和1.37mm均小于6mm，符合设计要求的控制值。结束语(1)396m预应力地梁施工过程时间长。从主体育场基础工程施工就要配合进行该区段位置的地梁施工，待南北两端、东西两侧四个拱脚基础砼施工完毕，两根396m长的地梁才最终浇筑完砼，前后经历361天时间。在施工过程中加强了各区段地梁施工的工序交接，成品保护及轴线标高的严格控制，从而确保了超长预应力地梁顺利完成。(2)预应力地梁张拉过程延续时间长。由于该预应力地梁的作用主要是平稳钢拱安装后以及屋盖部分荷载对拱脚基础的水平推力，防止拱脚基础产生过大的水平位移。所以采用的预应力张拉方法以控制拱脚基础水平位移为主，同时对预应力张拉应力值进行监测和控制，用理论计算和设计参数作对比。从两道地梁开始张拉到张拉结束，在14天内，对拱脚位移和建立的控制应力检测结果如下。拱脚基础产生的水平位移分别为1.1mm和1.37mm，均小于6mm，满足设计要求。张拉后建立的控制应力分别为19896KN和20096KN，均符合设计和规范要求的控制应力值±6%允许偏差范围之内。(3)地梁预应力张拉结束7天后，钢拱架支撑系统全部拆除完毕，通过传感器测定地梁的8束预应力筋的预应力值有一定变化，原东北角第一束的预应力值在6月8号开始张拉后，测定的应力值为2514KN，钢拱架落架后约七天，通过传感器测定，该束的预应力值为2491KN，比张拉时测定的值小23KN。位于西南角第一束预应力筋张拉时建立的预应力值为2486KN，在钢拱架落架后约七天，通过传感器测定该束的预应力值为2435KN，比张拉时测定的值小51KN，比原张拉时建立的应力分别小1-2%，经分析研究认为：属于预