缓粘结预应力技术在综合体建筑大跨度梁中的应用

赵培庆，李威，张立山

（民航机场建设工程有限公司，天津 300456）

0 引言

缓粘结预应力筋由外包护套、钢绞线和中间填充的缓粘结胶黏剂构成。外包护套表面通过机械压制成波纹状，在施工阶段，缓粘结胶黏剂具有一定流动性，且对钢材有较好的附着性。施工完成后，缓粘结胶粘剂随着时间的推移逐渐固化，与钢绞线、外包护套之间产生粘结力。当胶黏剂完全固化后，钢绞线与外包套管之间充分粘结，外包护套与混凝土进行咬合，从而使预应力筋与混凝土形成整体；缓粘结预应力从无粘结过渡到有粘结预应力，具备了有粘结预应力筋的力学效果[1]。缓粘结预应力技术作为一种新型预应力技术，在近几年得到了迅速发展，随着我国大型、超大型综合体建筑的建设越来越多，此项技术的应用也会越来越广泛。本文以广州南沙国际邮轮母港综合体项目为例，说明缓粘结预应力施工技术在航站楼二层大跨度转换梁中的应用情况。

1 工程背景

广州南沙国际邮轮母港综合体项目，位于广州南沙虎门大桥下游珠江邻水边，总占地面积71 935 m2，总建筑面积356 443 m2，其中邮轮母港航站楼二层设计为入境关检区域。为满足关检区域大空间需求，所有框架柱设计为钢骨混凝土组合结构，其中4 榀框架梁设计为缓粘结预应力混凝土结构，每榀总长为25.2 m，梁截面尺寸为1 200 mm伊1 800 mm，混凝土强度等级为C60。具体结构平面见图1 所示。

图1 二层大跨度缓粘结预应力结构平面图Fig.1 Second floor plan of large span slow bond prestress structure

航站楼主体结构施工工期要求为180 d，作为广东省重点工程，施工管理具有工期紧张、结构复杂，且多为现浇大跨度结构等特点。

2 缓粘结预应力技术的优点

图2 固定端布置图Fig.2 Layout of the fixed end

传统的预应力有先张法预应力和后张法有粘结预应力及后张法无粘结预应力。而缓粘结预应力是一种新型预应力技术，它具备后张法预应力筋中有粘结和无粘结的共同优点，且又克服了二者的缺点。缓粘结预应力技术不仅能达到传统的预应力效果，且在施工过程中与有粘结预应力技术相比，无需铺设波纹管和灌浆等工序，同时降低了现场人工操作的不良影响，施工质量更容易得到保障。缓粘结预应力张拉端和锚固端均采用单孔锚具，节点布置更灵活，施工更方便。同时，施工过程中可节约铺设波纹管和灌浆工序的施工时间，可有效提高施工工效，节约工期[2]。

3 缓粘结预应力施工

3.1 施工参数的确定

3.1.1 预应力张拉控制应力值的确定

本工程缓粘结预应力钢绞线采用直径为21.8 mm 高强低松驰钢绞线，外包套管肋高不低于2.0 mm。肋中缓凝粘合剂充盈[3]。其中钢绞线强度标准值fptk=1 860 MPa，弹性模量Ep越195 GPa，张拉控制应力为滓con=0.75fptk=1 395 MPa。预应力张拉时采取双控原则，即张拉应力和预应力筋的张拉伸长值2 个控制参数。

3.1.2 预应力筋下料长度的确定

根据设计要求，结合06SG429《后张预应力混凝土结构施工图表示方法及构造详图》进行预应力筋布设及下料长度的确定[4]。

4 束预应力筋分别按梁内固定端两束和柱内固定端两束对称布置，其中梁内固定端和柱内固定端不在同一平面内，具体固定端布置如图2所示。

根据张拉端组件尺寸及预应力筋保护层厚度要求，承压板尺寸为110 mm伊110 mm，按照预应力筋纵向布置两排，水平布置5 束，保护层厚度为50 mm 计算，张拉端深化设计时需对梁两侧原结构板加厚至600 mm 处理，加厚范围为1 550 mm伊700 mm，同时进行构造配筋。具体张拉端布置图如图3 所示。

图3 张拉端布置图Fig.3 Layout of the pull end

根据预应力筋布置图及规范可知，设计单根钢绞线长度越孔道长度垣工艺操作长度，孔道长度=直线长度垣曲线增量。其中，直线长度为每段预应力筋一侧的张拉端外边至另一侧的张拉端外边（或固定端外边）的直线距离；梁内预应力孔道的曲线增量按每跨增加1 倍的梁高累加计算；由于本工程缓粘结预应力梁跨度为25.2 m 大于20 m，工艺操作长度取1.8 m，结合预应力筋布置深化图，梁内固定端和柱内固定端两种预应力筋下料长度分别为31.55 m 和32.55 m 两种。

3.1.3 理论伸长值的计算

缓粘结预应力理论伸长值驻lpc，公式为：

式中：Fpm为缓粘结预应力筋平均张拉力，N，本工程采用一端张拉，Fpm=0.75fptk伊Ap；lp为缓粘结预应力筋长度，mm；Ap为缓粘结预应力筋截面积，mm2；Ep为预应力筋弹性模量，N/mm2。

将已知参数代入公式，可得出本工程KZL-1、KZL-4 预应力筋理论伸长值驻lpc=225 mm，KZL-2、KZL-3 预应力筋理论伸长值驻lpc=232 mm。

缓粘结预应力筋实测伸长值 驻lp0可控制在依6%理论伸长值内，则KZL-1、KZL-4 缓粘结预应力筋实测伸长值驻lp0在211~232 mm 内均为合格；KZL-2、KZL-3 缓粘结预应力筋实测伸长值驻lp0在222~246 mm 内均为合格。

3.2 施工控制要点

3.2.1 支设梁底模，绑扎梁骨架钢筋

本工程预应力梁长25.2 m 跨中梁底模板按照1/500 梁长起拱，采用满堂脚手架支撑。为保证梁不出现下沉变形等质量事故，在梁底模中间加设两排立杆，并将支撑架体小横杆加密。梁底模板支设完成后，绑扎梁骨架钢筋，铺设预应力筋，最后再绑扎梁中钢筋。

3.2.2 定位矢高，固定钢绞线架立筋

根据设计预应力筋基本线性图，本工程为2段L（折线）形布置，结合规范要求，预应力筋在梁内竖向高度采用架立筋控制，架立筋间距控制在1 m 以内。固定钢绞线架立钢筋采用准14 mm的螺纹钢筋，架立筋采用绑扎固定。当绑扎操作比较困难时，增加绑扎附加筋，架立筋与附加筋采用焊接固定[5]。

3.2.3 穿入预应力筋

预应力筋的加工及组装按照深化设计确定好的下料长度在工厂内完成，穿入前确保每根预应力筋规格、尺寸及数量无误且端部配件组装可靠。预应力筋由固定端向张拉端穿入，当预应力筋与普通钢筋发生碰撞时，优先保证预应力筋的位置，且不得影响预应力筋的矢高。预应力筋出梁面张拉端若遇到梁墙柱普通钢筋较密时，张拉端位置可前后错过钢筋较密处进行调整。

3.2.4 安装张拉端，固定端承压板

张拉锚固体系包括固定端采用的Mp22 挤压锚具和张拉端采用的M22-1 单孔夹片锚具，所有锚具均采用砖类锚具[6]。张拉端严格按照深化预应力筋位置在加厚板端部模板上钻孔，先将螺旋钢筋套入缓粘结预应力筋上，确保与缓粘结预应力筋同轴，且固定牢固，再安装承压板，最后安装穴模，承压板与穴模紧靠固定，且确保承压板与预应力筋垂直。张拉端锚具系统安装时，同样先安装螺旋筋，再安装挤压锚，且确保缓粘结预应力筋露出挤压锚长度满足张拉机具所需长度，本工程预留1.8 m。

3.2.5 绑扎梁其他钢筋，合侧模，浇筑混凝土

本工程缓粘结预应力框架梁除了骨架钢筋外，还包括内箍筋、拉钩筋、腰筋等钢筋，确保所有钢筋绑扎完毕后进行合侧模。混凝土浇筑前，检查预应力筋抛物线型和定位钢筋固定情况，发现问题及时调整。混凝土试块制作时，应多出2 组，与梁进行同条件养护，在预应力筋张拉前试压时使用，混凝土浇筑过程中，不得扰动预应力筋、定位钢筋以及预埋件的位置，并应确保端部混凝土振捣密实。张拉操作位置先进行预留，待张拉完成后再补浇预留位置混凝土。

3.2.6 安装锚具及预应力张拉程序

由于缓粘结胶黏剂具有一定流动性，为减少张拉过程的摩阻力，提前在不安装锚具夹片的情况下进行预张拉2~3 次，使胶黏剂受到一定的扰动，然后安装夹片，张拉到位[7]。本工程预应力筋张拉分两阶段，当预应力梁混凝土强度达到设计强度的100%时（以同条件养护试块的试验结果为准），进行第一阶段张拉，张拉预应力筋总数量的50%；当航站楼主体结构全部完成后，进行第二阶段张拉，张拉预应力筋总数量的另外50%。预应力筋两侧对称同时张拉，按照张拉端布置图，第一阶段张拉KZL-1、KZL-4 组件（或KZL-2、KZL-3 组件）；第二阶段张拉KZL-2、KZL-3 组件（或KZL-1、KZL-4 组件）。由于本工程地处广东地区，施工时正处于夏季，当地全天温度高于20益，根据规范要求，张拉过程可为张拉应力从0~1.0滓con即可。张拉控制应力不超过0.75fptk=1 395 MPa，预应力张拉时采取双控原则，即张拉应力和预应力筋的张拉伸长值2 个控制参数。当实际伸长值大于或小于理论伸长值的6%时张拉暂停，查出原因，并采取相应措施进行调整后再继续张拉。

3.2.7 切割多余预应力筋，张拉端封锚

张拉端封锚预应力筋张拉完毕后，留出30 mm 长的缓粘结预应力筋，其他多余的采用砂轮锯进行切除。及时对锚固区进行封锚保护，采用高一个强度等级的微膨胀细石混凝土或砂浆封埋密实[8-9]，最后浇筑张拉操作预留位置混凝土，如图4 所示。

图4 张拉端预留操作位置图Fig.4 Reserved operation location diagram of the pull end

4 应用效果

4.1 张拉效果

本工程自2019 年9 月5 日开始预应力梁梁底模板支架施工，9 月13 日完成该部位的混凝土浇筑，7 d 后对预留的同条件养护的混凝土试块进行抗压强度试验，混凝土强度已经达到设计值100%，即在2019 年9 月20 日进行第1 阶段的预应力筋的张拉，第2 次张拉在2019 年12 月25日，即本工程主体结构全部封顶之后，两次张拉过程，张拉应力均在控制范围内，且实际伸长值偏差在理论伸长值的依6%控制范围内，张拉效果良好。二次张拉时间距离预应力筋生产时间为98 d，在缓粘结剂的标准张拉使用期为180 d 内。

4.2 可操作性

缓粘结预应力技术施工工艺与无粘结预应力技术相似，但与有粘结预应力技术相比操作相对少了两道工序，无需布置波纹管且不需要进行注浆，减少了现场人工操作的影响，施工质量更容易得到保障。且缓粘结预应力张拉端与锚固端均采用单孔锚具，节点布置更灵活，施工更加方便。在该工程施工前，需对缓粘结预应力筋的布置进行详细的施工深化设计，张拉端与固定端预应力筋根据现场实际情况进行了合理的布置，有效地避免了预应力筋与型钢柱及梁钢筋的碰撞；在张拉端采用加厚板处理，预留张拉操作位置；采用一端出板面张拉方式，为张拉作业提供了便利的施工条件及足够操作空间，确保了张拉过程顺利完成。

4.3 经济性

本工程缓粘结预应力筋约9 t，根据目前定额单价，有粘结预应力施工及材料综合单价为15 000 元/t，缓粘结预应力技术施工及材料综合单价为20 000 元/t，则在本工程中缓粘结预应力技术材料综合费用比有粘结预应力技术的材料综合费用高出约（20 000-15 000）伊9=45 000 元。但由于缓粘结预应力技术施工过程少了两道复杂的施工工序，相对节约人工费用约150 000 万元。综上所述，本工程采用的缓粘结预应力与有粘结预应力技术相比总费用节省了约105 000 元。

5 结语

通过缓粘结预应力技术在广州南沙国际邮轮母港综合体项目中的应用，不难发现，缓粘结预应力技术在满足公共建筑所追求的大跨度、大空间的效果外，与传统的预应力技术相比，施工过程相对较简单，更具有可操作性，且施工质量容易得到保证。虽然缓粘结预应力筋的市场价格较高，但在施工过程中可节约劳动力，节约工期，总体经济性较好。