许一诺

（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

浅谈大型改建工程中预应力结构处置的监理控制

许一诺

（上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032）

通过在某大型地下工程中的实施，对不同类型的预应力结构的处置采取了一系列措施，从而保证了结构的整体质量。

改建工程；预应力；结构处置；监理控制

0 引 言

城市中大量存在的旧建筑，虽然仍处于设计寿命期，但功能、设施和外观已不能满足当前的需要，单纯的暴力拆除已不能满足现有对资源后续利用的经济性和安全要求。要用更为科学的方法在改建的过程中对其结构进行适当的处置。新建建筑中预应力结构被大量采用，并随着科技的发展应用技术也越来越成熟。但是，在如本文涉及的大型建筑的改建中对既有预应力结构拆除后的重复利用，并不多见。笔者将从监理角度，重点探讨预应力结构的拆除方式及拆除过程中的结构安全监测等内容。

1 工程概况及监理特点、难点分析

上海某大型地下公共建筑地下 3 层(局部 3 层)、地上 3层(局部 3 层)，为某区域主要人行通道。长约 1 000 m、宽约 100 m，其间有 4 条道路从地面高度穿过，将其分为 5 个区段。根据所在区域定位的调整以及建筑功能的改变，需要对此公共建筑进行改建施工。

1.1 拆除的预应力结构跨度大、截面大，涉及范围分散

该工程拆除的结构中，涉及的预应力结构梁最大跨度达 22 m，主梁均为有粘结预应力梁、次梁均为无粘结预应力梁，梁最大截面为 1.2 m×1.5 m(宽×高)，分布于各结构楼层。其复杂程度给监理工作带来诸多困难。

1.2 预应力结构拆除施工时，对保留结构变形控制要求高

结构拆除时，由于预应力结构的特点，预应力筋会发生应力损失，并对保留结构产生一定影响。监理如何在施工前和施工过程中对拆除结构的施工流程、保留结构的变形控制等做好管理，减小因结构拆除对保留结构的变形值，确保新建结构的质量达到总体目标，是该项目的课题之一。

1.3 部分区域的原有结构兼作支撑体系，对拆除施工的流程要求高

该项目作为一个下沉式设计的结构体系，部分区域的原有结构除了作为结构梁板的常规功能外，兼作对称区域外墙的水平传力及支撑。在结构拆除时，监理需充分考虑其整体受力稳定，指导施工方选择合适的拆除施工流程，避免因拆除施工造成结构的水平位移。

2 施工前的监理控制要点

根据工程的实际特点，针对拆除结构的现状，要求施工单位在开工前报送详细的施工组织设计及专项施工技术方案，同时组织专业监理工程师编制监理细则。全面做好对保留结构的加固、拆除结构的施工工艺、拆除施工流程、新旧混凝土节点处置、保留结构的施工全过程监测等各方面的详细分析，对比优化方案、预先组织设定应急预案。

2.1 保留结构加固措施

结构拆除的施工遵循“先加固、后拆除”的原则。对于拆除结构影响的保留区域进行钢管支撑加固，减小结构拆除时因预应力结构的应力释放带来的变形。

2.2 结构拆除施工工艺选择

为了减小结构拆除时对保留结构的扰动，结构的拆除采用以机械切割为主、人工凿除为辅的拆除工艺。拆除机械选用振动较小的切割机。

2.3 结构拆除的总体流程

结构拆除可根据不同区域划分进行同步平行施工。每个施工区域内自上而下，由中间对称向两侧进行施工。

每个构件的施工流程如下：保留结构加固施工→机械切割施工(切割区域内的含预应力钢筋的割断)→人工凿除施工(保留结构一定范围内的预应力钢筋凿除后保留)→预应力处理(含节点处置)→新结构施工。

2.4 新旧混凝土节点的处置

在新旧混凝土交界处 1.3 m 范围内，要求保留原有柱、梁、板内钢筋；0.5 m 范围内要求保留混凝土，在拆除边界要求采用人工拆除的施工方法。对旧结构中存在的预应力，可根据预应力类型的不同进行封闭处理；对新旧结构都存在预应力的，则根据要求进行补张拉和搭接。

2.5 保留结构的监测

结构拆除施工前，在保留结构部位设置监测点，对其跨中挠度、应变值等进行实时监测；了解在预应力结构凿除过程中保留结构的变形情况，对拆除的实施提供理论依据，在施工过程中将对保留结构产生影响的可能性降到最低。

3 施工过程中针对性监理控制的要点

3.1 结构拆除施工的变形控制监理要点

3.1.1 保留结构的加固措施

预应力梁在预应力筋割断时会产生一定应力释放，保留结构的预应力筋能有效控制应力值的降低。因此，框架梁下须设置支撑作为加固，以使其不至发生过大变形。施工总包采用钢管支撑这种最常规的加固方式，在钢管顶部设置可调节顶托，以保证钢管与结构底部的紧密结合。监理对设置原则提出如下补充要求。

(1)考虑钢管原材料折旧等因素，梁底立杆的数量根据梁截面的大小确定；单根钢管立杆的受力按理论最大受力值的0.8 系数取值。

(2)梁两侧的钢管支撑至少各设置 2 排，梁两侧立杆间距为 500+b(b 为梁宽)。

(3)预应力梁保留区域的加固范围，除了与拆除区域相接的 1 跨以外，需再增加 1 跨。

3.1.2 保留结构的的监测措施

进行大跨度构件拆除的同时，由于受荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的复杂影响，很难单纯地从理论上预测工程中可能出现的问题；理论预测值还不能全面、准确地反映工程的各种变化。因此，要在理论指导下制定周密的监测计划并且得到严格地实施，十分必要。

本工程除了进行必要的结构安全性监测外，对预应力主、次梁的监测主要有以下内容。

(1)主梁(有粘结预应力)的监测内容：跨中挠度、跨中应变、预应力传递长度测量和梁体裂缝的观察。

(2)次梁(无粘结预应力)的监测内容：跨中挠度、跨中应变和梁体裂缝的观察(见表 1)。

表 1 预应力梁跨中挠度、应变限值指标及监测数据报警值

3.1.3 预应力结构的保护性拆除

(1)在拆除工作中，最靠近保留结构一侧采用人工拆除的拆除办法；其余可考虑采用机械拆除结合人工拆除的办法。

(2)在拆除边界的 1.3 m 范围内，要求保留原有柱、梁、板内钢筋；0.5 m 范围内要求保留混凝土，在拆除边界要求采用人工拆除的施工方法。

(3)在拆除框架结构建筑时，必须按楼板、次梁、主梁、柱子的顺序进行施工。

(4)在拆除时，应对保留结构设置监测点进行实时监测。当发现有不稳定状态的趋势、保留部分的整体及构件出现变形超过规范要求时，必须停止作业，并且会同设计单位采取有效措施消除隐患，保护保留结构。

3.2 预应力结构拆除施工的监理要点

3.2.1 预应力框架梁(有粘结预应力结构)的拆除

在预应力框架梁(有粘结预应力)凿除施工时，选择距其最近一道次梁边开始。待凿出钢绞线后用切割机切断放松，随即凿除其他区域的混凝土，最终钢绞线露出保留部分混凝土外边缘的长度不小于 1 m。待新增梁结构加固完毕后将外露的钢绞线充分散开，使其与新浇筑的混凝土充分握裹。有粘结预应力筋的端部处理同原结构端部处理(设置加腋)。

现场监理旁站严格控制按如下流程施工：人工凿出混凝土露出波纹管→剥除波纹管并切断钢绞线(梁端部设置安全挡板)→监测框架梁的变形→新增梁板植筋到保留结构→散开切断钢绞线→新增梁板钢筋绑扎及结构施工。

3.2.2 预应力次梁(无粘结预应力结构)的拆除

在预应力次梁(无粘结预应力结构)凿除时，预应力筋的切断及混凝土凿除方法同预应力框架梁凿除施工。待新增梁结构加固完毕后将外露的无粘结筋散开；安装泡沫块留置斜槽口，设置张拉端；新增无粘结预应力筋与原预应力筋的搭接长度不小于 500 mm。新增梁板混凝土浇筑并养护达到 80%设计强度后进行补张拉。

现场监理旁站严格控制按如下流程施工：人工凿出混凝土露出无粘结筋→切断无粘结筋(梁端部设置安全挡板)→监测次梁的变形→新增梁板植筋到保留结构→新增梁板钢筋绑扎及结构施工→安装锚垫板、螺旋筋→混凝土浇注及养护→混凝土强度达到要求后拆模、清理→安装预应力锚具→无粘结预应力筋张拉→监测次梁变形→外露预应力筋处理及张拉端部封闭。

3.3 预应力筋切割以及相关张拉端构造施工的监理要点

(1)预应力筋处理采用切割机辅助及人工切割工艺。

(2)预应力筋采用开槽切割法。开槽宽度应该考虑到切割机操作空间(宜大于 500 mm)。

(3)开槽位置应考虑到需后张拉的无粘结预应力筋工作长度，其值不得小于 500 mm。

(4)对张拉端界面进行处理后，方可对无粘结预应力筋进行补张拉并锚固。

(5)凿除梁板混凝土及预应力筋切割时，应注意对预应力筋的保护，特别是需补张拉的无粘结预应力筋。

(6)对于无粘结预应力筋外包层有破损的，应及时用胶布包裹处理，以杜绝施工隐患。

4 结 语

该工程结构拆除共 66 d，采取了传统的加固措施，运用了在大型改建项目中结构监测技术，通过针对不同类型的拆除结构选择合理的施工工艺、流程等。经过施工全过程监测，拆除阶段结构的沉降和稳定性均较好；最大日均沉降和变形均在 ±1 mm 左右；累计变形最大点在 2 mm 以内。完全符合结构安全要求。有粘结预应力梁挠度变化为 0.36 和0.3，均小于报警值。

通过施工过程中监测数据与工况的对比，有以下发现。

(1)有粘结预应力梁随混凝土的不断凿除，跨中挠度越来越大；当锚固头和喇叭管周边的混凝土全部凿除后，挠度开始稳定；钢绞线割断前后，挠度变化很小。由此表明，有粘结预应力筋放张时，钢绞线存在一定的整体回缩。

(2)在拆除过程中，应变与挠度变化基本对应。随张拉端混凝土的不断开凿，悬臂梁跨度的各截面及柱根处的应变数值均发生相应变化。

(3)无粘结预应力筋在拆除过程中，其收缩值与计算理论值基本相符，约为 0.6%，即每米预应力筋收缩 6 mm。现场施工最大收缩量为 181 mm(3 跨)，与设计值相符。

(4)无粘结预应力结构在预应力筋放张后，在上部没有增加荷载、下部有支撑的情况下，对结构的挠度影响有限。

(5)多跨无粘结预应力筋局部割断后重新补张拉，满足张拉条件并按照规定压力进行补张拉，对整体受力影响较小，可恢复至割断前状态。

(6)本次预设警戒值设置得相对较保守。在今后的施工过程中，警戒值的设置应作适当调整。

通信地址：上海市宛平南路75号 上海建科工程咨询有限公司。

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2014-01-02