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摘要：預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)合設(shè)置后澆帶是解決超長不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)抗裂問題的較好措施之一。文章就南京大屠殺紀念館擴建工程這一超長混凝土結(jié)構(gòu)為實例介紹了預(yù)應(yīng)力施工的工藝、要點、難點及對策，為類似工程提供成功經(jīng)驗。...

南京大屠殺紀念館擴建工程的預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

韓春斌  朱傳娣  王翔  揚波

江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇南京210008

    近年來。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，在我國各種大型公共建筑大量涌現(xiàn)。如會展中心、體育場館、鐵路客運站、物流中心、商業(yè)中心、大型廠房等，這類建筑一般平面尺寸超長、面積超大，結(jié)構(gòu)長度遠遠超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2002)建議設(shè)置伸縮縫的間距要求。由于設(shè)縫影響建筑立面效果，削弱了結(jié)構(gòu)的整體性，給防水、通風(fēng)和保溫等建筑構(gòu)造帶來許多困難，地震引起結(jié)構(gòu)在伸縮縫處的碰撞破壞現(xiàn)象較多。因此不設(shè)縫的設(shè)計思想逐漸為廣大設(shè)計人員所認同。由于結(jié)構(gòu)超長。往往因為溫度及收縮變形大而引起結(jié)構(gòu)開裂，因此應(yīng)采取一定的措施解決超長不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂問題，預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)合設(shè)置后澆帶的方法是解決上述問題的較好措施之一。

1、工程背景

    1985年在南京大屠殺現(xiàn)場之一的江東門“萬人坑”遺址上建設(shè)了侵華日軍南京大屠殺遇難同胞紀念館，為迎接中國人民抗日戰(zhàn)爭勝利60周年，紀念南京大屠殺同胞遇難70周年。對紀念館進行擴建改造，擴建范圍位于現(xiàn)有紀念館東西兩側(cè)。主要包括擴建紀念館和紀念公園兩個部分。該館總體構(gòu)思以戰(zhàn)爭、殺戮、和平3個概念組合，由東向西順序而成，與此相對應(yīng)的是“斷刀”、“死亡之庭”、“鑄劍為犁”3個空間意境的塑造。南京大屠殺遺址紀念館地形狹長．狀如長刀。在設(shè)計中以“軍刀”象征日本帝國主義在中國犯下的滔天罪行。以掩埋在土中的折斷的軍刀隱喻正義戰(zhàn)勝邪惡。象征著中華民族通過艱苦卓絕的奮斗終于戰(zhàn)勝侵略者。東端的新建展館，是一個斜插入地面的三角形體塊，造型簡潔、有力。其端部傾斜向下，猶如“折斷的軍刀”，見圖l。

 

2、工程概況

    新建展館為不規(guī)則形狀，平面和立面均為三角形，西低東高．坡度為11％，高差達18 m，東西最長為205.5 m，南北最長為78.9 m，為一超長混凝土結(jié)構(gòu)。整個建筑要求不設(shè)伸縮縫。如何解決如此超長不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂是結(jié)構(gòu)上需要考慮的問題。預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)合設(shè)置后澆帶無疑是一個較好實施，設(shè)置后澆帶可使混凝+早期的粒縮影響減，少到較小程度，而施加預(yù)應(yīng)力可減弱或消除混凝土后期溫度應(yīng)力的影響。具體措施為：在結(jié)構(gòu)中部設(shè)置南北向的后澆帶兩條，將整個結(jié)構(gòu)分為3個區(qū)段。在框架梁的形心處布置直線預(yù)應(yīng)力筋。

    本工程采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，預(yù)應(yīng)力筋采用高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值為Fm=1860 MPa。預(yù)應(yīng)力筋孔道采用預(yù)埋鍍鋅波紋管成孔。錨具張拉端采用 OVM夾片式錨具。固定端采用擠壓錨，錨具局部承壓采用與錨具配套的錨墊板及螺旋筋。混凝土強度達90％設(shè)計強度(C40)后進行張拉，預(yù)應(yīng)力筋張拉后應(yīng)及時灌漿并封裹錨具。

3、預(yù)應(yīng)力施工流程

    后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力常規(guī)的施工流程如下：

    鋪梁底�！�綁扎梁非預(yù)應(yīng)力筋→畫預(yù)應(yīng)力筋坐標→焊預(yù)應(yīng)力筋支架→排放波紋管→ 安裝埋件→穿預(yù)應(yīng)力筋→隱蔽工程驗收→支梁側(cè)模→澆筑混凝土→混凝土養(yǎng)護→拆梁側(cè)�！�預(yù)應(yīng)力筋張拉→外露切割→灌漿→端部封裹→落架及拆除模板。

    本工程的框架梁很長(最長l62 m)且為斜向，土建施工分3塊進行綁扎鋼筋(從上往下依次為：l區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū))，施工順序如下：先綁扎Ⅲ區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋，然后澆筑Ⅲ區(qū)混凝土。再綁扎Ⅱ區(qū)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，然后綁扎l區(qū)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，最后整體澆筑l區(qū)和Ⅱ區(qū)的混凝土。這樣的施工工藝給預(yù)應(yīng)力施工帶來了困難．常規(guī)的預(yù)應(yīng)力施工流程不可行，經(jīng)考慮決定采取如下方案：Ⅲ區(qū)預(yù)應(yīng)力施工時和土建同時進行，鋪放波紋管(不穿鋼絞線)，安放好張拉端的預(yù)埋件．澆筑Ⅲ區(qū)混凝土，接著跟隨土建的施工進度鋪放Ⅱ區(qū)的波紋管和I區(qū)的波紋管。然后一次性由高往低穿入鋼絞線，最后澆筑l區(qū)和Ⅱ區(qū)的混凝土，待后澆帶混凝土達到90％設(shè)計強度后再進行預(yù)應(yīng)力張拉和灌漿。

4、預(yù)應(yīng)力施工工藝和要點

    4.1有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁鋪束施工

    預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)由于與諸多工種交叉作業(yè)，勢必占用一定的施工工期。同時，由于波紋管留設(shè)質(zhì)量的好壞，將直接關(guān)系到后面張拉工作能否順利進行。因此。預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)工藝是整個預(yù)應(yīng)力施工的重點。

    4.1.1鋪管穿筋前的準備

    (1)施工前應(yīng)依據(jù)設(shè)計參數(shù)對預(yù)應(yīng)力筋進行標高放樣。同時對所有參與工作人員進行較為詳細的技術(shù)交底。

    (2)預(yù)應(yīng)力筋下料長度由軸跨及線形、柱尺寸、張拉長度來確定。下料應(yīng)用砂輪機切割。

    4.1.2波紋管鋪放

    鋪放前應(yīng)對波紋管進行檢查。如發(fā)現(xiàn)砂眼或脫扣應(yīng)用膠帶纏或截斷。梁非預(yù)應(yīng)力筋綁扎成型后從一端或兩端將波紋管穿入梁內(nèi)，兩根管問加大一號的接頭管，并用膠帶封裹。見圖2。將波紋管理順并與支架筋用鐵絲固定。

    4.1.3埋件安裝及錨具排列

  

    預(yù)應(yīng)力施工前根據(jù)局部承壓要求對預(yù)應(yīng)力張拉端節(jié)點進行深化設(shè)計(圖3)，節(jié)點施工時按圖施工，注意錨墊板與螺旋筋緊貼，并與非預(yù)應(yīng)力鋼筋固定，錨具排列除了考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計中預(yù)應(yīng)力筋的合理布置外。還必須滿足施工中千斤頂?shù)淖钚」ぷ骺臻g。

    4.1.4穿束

    在波紋管鋪設(shè)完畢后用特制的”子彈頭”將鋼絞線逐根穿入。

    4.1.5灌漿(泌水)孔的設(shè)置

    在每跨梁支座附近及固定端各設(shè)一灌漿(泌水)孔，灌漿(泌水)孔安裝時在波紋管上開一25 mm的小孔，上覆海棉及弧型蓋板，上接中25的塑料管出梁面500 mm，并用膠帶封口，見圖4。

  

    4.2混凝土澆筑

    4.2.1澆筑前檢查

    鋪柬完畢由于還有諸多后續(xù)工序。因此在混凝土澆筑前尚應(yīng)對錨墊板的位置，波紋管的破損情況等進行檢查，若有上述情況發(fā)生。應(yīng)及時予以調(diào)整和修補后方能澆筑混凝土。

    4.2.2混凝土澆搗

    澆筑混凝土?xí)r．應(yīng)教育振搗工人避免振搗棒直接撞擊波紋管，以免振壞波紋管，造成漏漿，萬一波紋管內(nèi)漏漿會造成以后對預(yù)應(yīng)力筋張拉及灌漿不利的影響�；炷�土必須振搗密實，特別是鋼筋密集區(qū)、張拉端尤應(yīng)注意。

    4.2.3混凝土養(yǎng)護

    混凝土澆搗結(jié)束后應(yīng)加強養(yǎng)護，保持充分濕潤，防止水份過早蒸發(fā)而表面產(chǎn)生裂縫。在澆筑中除留置竣工資料中需要的標養(yǎng)試塊外，尚要留置施工試塊，并與構(gòu)件同條件養(yǎng)護，以確定張拉時間之用。

    4.3預(yù)應(yīng)力張拉施工

    預(yù)應(yīng)力張拉是通過張拉機械將力作用于預(yù)應(yīng)力筋上，然后通過預(yù)應(yīng)力筋最終作用于混凝土上，從而在結(jié)構(gòu)中建立起預(yù)應(yīng)力。因此。預(yù)應(yīng)力筋張拉是整個預(yù)應(yīng)力施工的關(guān)鍵。它將最終決定梁中預(yù)應(yīng)力值的大小。

    4.3.1張拉前的準備

    (1)張拉前，應(yīng)提供混凝土強度試驗報告，其強度應(yīng)滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

    (2)按照設(shè)計圖紙要求計算出預(yù)應(yīng)力筋張拉理論伸長值。

    理論伸長值的計算按下式：

  

    式中om——預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉應(yīng)力；

    E——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量；L——預(yù)應(yīng)力筋的實際長度：K——考慮孔道每m長度局部偏差的摩擦系數(shù)；x一張拉端至計算截面的孔道長度；U——預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)；

    o張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角。

    (3)張拉機具的配備

    油泵和千斤頂在張拉前必須進行配套檢驗，得出千斤頂出力和油壓表讀數(shù)之間的關(guān)系式，根據(jù)檢定結(jié)果和工程實際情況。計算出相應(yīng)張拉力下油壓表讀數(shù)值，壓力表的精度不宜低于1.5級，張拉機具應(yīng)運行正常。

    4.3.2預(yù)應(yīng)力筋的張拉

    張拉控制應(yīng)力0m=0.75fp=1395 MPa，超張拉5％，本工程為一端張拉。

    張拉程序為o→O.2mm→1.05mm．持荷2min→om→錨固。根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力張拉采用雙控法，即應(yīng)力控制(油壓表讀數(shù))，同時校核預(yù)應(yīng)力筋實際伸長值。實測伸長值與計算值相比，應(yīng)在6％～6％范圍內(nèi)，否則應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采取措施后方可進行。本工程所有預(yù)應(yīng)力梁實測張拉伸長值均在此范圍內(nèi)。

    4.4孔道灌漿

    有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后孔道應(yīng)盡快灌漿，并對多余預(yù)應(yīng)力筋進行切割，對錨具進行封裹處理。

    (1)灌漿工作的準備：確定水灰比，清理灌漿孔及其泌水孔。保證水電供應(yīng)至灌漿現(xiàn)場，水泥漿就近攪拌供應(yīng)，灌漿途中絕對不可斷水斷電。

    (2)預(yù)應(yīng)力鋼材張拉完成后應(yīng)停l2 h，以觀察鋼絞線錨固情況，然后再進行孔道灌漿，孔道灌漿之前需用壓力水將孔道沖洗干凈，待出清水為止。

    (3)壓漿由一端向另一端，直至另一端飽滿和出漿為止．每個孔道灌漿應(yīng)一次完成，緩慢均勻進行，中途不能停頓。壓漿用UB3型灰漿泵進行，壓力為0.3 MPa—0.5 MPa。本工程全部孔道灌漿施工都比較正常，孔道通暢，無堵孔現(xiàn)象。

5、預(yù)應(yīng)力施工難點及對策

    5.1穿束方案的選擇和措施

    鋼絞線穿入波紋管的方法有兩種：先穿法(鋼絞線在澆筑混凝土前穿入波紋管)和后穿法(鋼絞線在澆筑混凝土后穿入波紋管)。當前預(yù)應(yīng)力施工中一般采用前者，采用后穿法澆筑混凝土?xí)r若發(fā)生波紋管輕微漏漿將會導(dǎo)致部份甚至全部鋼絞線無法穿入，給預(yù)應(yīng)力施工帶來很大難題，而波紋管輕微漏漿對先穿法影響不大。

    本工程預(yù)應(yīng)力梁的張拉端在梁的西端(低處)，固定端在梁的東端(高處)，梁又被后澆帶分為3個區(qū)段(分批澆筑混凝土)。且鋼絞線很長(最長l65 m)，若采用先穿法會帶來兩個問題：首先由于分區(qū)段澆筑混凝土，在Ⅲ區(qū)混凝土澆筑后只有一部份鋼絞線穿入了Ⅲ區(qū)的波紋管，大量的鋼絞線只有甩在外面，到I區(qū)、Ⅱ區(qū)波紋管鋪設(shè)結(jié)束穿鋼絞線之前有較長時間，對保護鋼絞線不利且現(xiàn)場場地有限，其次須從低處向高處克服重力穿鋼絞線，由于高差達l8 m，穿束難度極大。經(jīng)過考慮，決定對Ⅲ區(qū)采用后穿法，對l區(qū)、Ⅱ區(qū)采用先穿法．即Ⅲ區(qū)澆筑混凝土之前不穿鋼絞線，待I區(qū)、Ⅱ區(qū)波紋管鋪設(shè)完畢后澆筑混凝土前將鋼絞線由高處向低處穿人。

    針對Ⅲ區(qū)的后穿法及鋼絞線長度長等實際情況，必須采取措施保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量：

    (1)梁柱節(jié)點處鋼筋很多，是混凝土振搗的重點部位，為防止此處波紋管振破漏漿，此處的波紋管外加套大一號波紋管，增加波紋管的剛度。

    (2)在Ⅲ區(qū)澆筑混凝土?xí)r為防止波紋管漏漿堵管，用一根長鋼絞線上綁比波紋管截面略小的圓球(用布作，膠帶裹緊)穿入波紋管并不時來回抽動，若漏漿可將漿體及時帶出。

    (3)雖然鋼絞線由高處向低處穿，但由于鋼絞線很長(最長l65 m，最短78 m)，穿束仍有一定難度，為保證穿束順利進行，決定在后澆帶附近設(shè)一穿束助力段：在此處用2 m長的大兩號波紋管。先將此波紋管退到一邊，空出約2 m的空段．此時由高處將鋼絞線穿入波紋管，鋼絞線穿到助力段后此處工人與高處工人同時穿束，直至穿完，最后將大兩號波紋管退回并用膠帶裹好，這樣就大大降低了穿束難度。

    5.2超長束的張拉

    本工程鋼絞線很長且為一端張拉，因此伸長值很大(最大達l018 mm)，而預(yù)應(yīng)力張拉用的穿心式千斤頂?shù)母组L為200mm，也就是說整個張拉至少需倒缸5次，每倒缸1次都需錨固l次。錨固是通過帶齒夾片與鋼絞線的互相咬合完成的，互相咬合會帶來夾片和鋼絞線的損傷，每次咬合鋼絞線的損傷處在不同位置而夾片的損傷在同一處，一般工程預(yù)應(yīng)力梁張拉不需倒缸或最多倒缸l至2次，多次倒缸是否會因為夾片受損傷而導(dǎo)致錨固失敗是本工程預(yù)應(yīng)力張拉成功的關(guān)鍵，為此詢問了0VM錨具的生產(chǎn)廠家，得到答復(fù)其錨具在多次倒缸后仍能成功錨固。在實際施工中，嚴格控制千斤頂進油速度，回油平穩(wěn)緩慢，所有預(yù)應(yīng)力梁的張拉錨固均正常且實測伸長值也均在理論伸長值的±6％范圍內(nèi)。

6、結(jié)語

    當前，超長混凝土結(jié)構(gòu)的建筑會越來越多，預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)合設(shè)置后澆帶的方法是解決超長不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)抗裂問題較好措施之一。在超長預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工中，必須針對超長這一特點采取相應(yīng)有效的措施保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，實現(xiàn)設(shè)計意圖。

參考文獻

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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