论无粘结预应力对超长结构混凝土的防裂抗裂措施

2018-09-20胡阿平

价值工程 2018年29期

关键词：措施

胡阿平

摘要：无粘结预应力技术在超长结构混凝土中的应用，可提升防裂抗裂效果，应科学开展温度应力的计算工作，并使用后浇带的方式开展处理工作，通过合理的施工时间安排及采取切实可行的施工措施，在超长结构混凝土防裂抗裂措施是可行的。本工程于2012年10月完成结构施工，2012年12月完成暖封闭并进入装修阶段，且已经过了高温、高冷等外界特殊环境的考验，截至目前没有出现裂缝等问题，故，证明此防裂抗裂方式均成功、有效。

Abstract： The application of unbonded prestressing technology in ultra-long structural concrete can improve the anti-cracking effect. The calculation of temperature stress should be carried out scientifically， and the post-casting belt should be used to carry out the treatment work， and the reasonable construction time should be passed.Through reasonable construction schedule and practical construction measures， it is feasible to prevent cracking of super-long structural concrete. The project completed the structural construction in October 2012， completed the warm closure in December 2012 and entered the renovation stage. It has passed the test of special external environment such as high temperature and high cold. So far， there have been no cracks and other problems. The crack prevention and crack resistance methods are successful and effective.

关键词：无粘结预应力；超长结构混凝土；防裂抗裂；措施

Key words： unbonded prestress；super long structural concrete；anti-cracking；measures

中圖分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0143-03

1 工程背景

为响应中央关于大力发展文化事业和文化产业的号召，贯彻落实《国务院关于印发<文化产业振兴规划>的通知》（国发〔2009〕30号），大力发展辽宁省文化事业的建设，适应社会对文化事业发展需求，将辽宁省图书馆新馆规划于沈阳市浑南新城，从新城总体规划，统一其它场馆建筑风格，本工程建筑高度22m，总建筑面积为103150.45m2，决定了该建筑平面面积较大，按图书馆的使用功能，应考虑大空间和开放式要求，建筑形式不宜设置过多的变形缝，在优选的设计方案中就体现了建筑平面大，为此提出了超长结构混凝土施工及结构抗裂更高要求。

工程位于中国辽宁省沈阳市，属典型严寒气候。温度变化对建筑结构会产生较大的应力，超长混凝土结构的施工、抗裂是需要解决的一个根本性问题，决定了建筑结构的安全性、耐久性。

2 本工程特点

整个建筑基底面积28000m2，平面面积大，高度22m；建筑平面划分为五个区段，见图1。上、中、下段东西长度101m，右段南北长190m，超出了规范规定的最大允许长度，尤其是右段区域。温度荷载作用混凝土结构，对于高度不高，平面尺寸大的结构形式，须考虑水平温差效应，所谓的水平温差效应主要由整体温差产生。各段之间连接处设伸缩缝，除左段外，各段长度均超过100m，温度对结构的影响较大，需进行温度应力分析和采取混凝土抗裂措施。

3 设计控制措施

①依据既定的建筑设计方案，在不改变建筑风格和平面功能布局的基础上，结构设计过程中采取温度应力分析，提出超长混凝土结构抗裂设计措施。大地温度变化小，近似恒温，因此可认为地下部分结构温度保持恒定，可不考虑温度作用的影响，项目地基为非岩石类，依据辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程》最大允许长度确定地下结构长宽各为100m；地下室结构按照长宽各100m设计，在上部荷载变化较大处设两道沉降后浇带；在垂直沉降后浇带方向设一条温度后浇带和混凝土膨胀加强带，混凝土膨胀加强带采用高一强度等级的混凝土且掺加12%高效膨胀剂（SY-K）膨胀混凝土；通过试验室试配，膨胀混凝土膨胀系数达到49.9%，满足混凝土收缩变形。故本工程采用无粘结预应力钢筋混凝土结构，即解决了结构自重也节省了工程投资。

②在地上部分结构中，上段、中段、下段沿南北方向居中设置温度后浇带，在右段沿东北向设四条温度后浇带，施工期，各段最大长度分割为不大于50m的独立施工段，适应施工期混凝土收缩变形。

③增加构造钢筋和增大配筋率，设置无粘结预应力筋。在对温度应力进行计算的过程中，可以结合平面框架类型与空间有限元类型的方式开展计算工作，在这两种方式应用的情况下，最大的作用特点较为一致，主要为：底层的结构的温度应力很大，层数越高应力就会减少。对称轴部位的应力也会逐渐增加，两端开始出现效果，会出现抛物线的分布现象。在此期间，使用有限元的方式开展工作，可以通过两层中间部位最大应力的设置方式开展工作，将应力控制在1.4MPa左右，端部结构的最小应力在0.4MPa左右。在三层中部结构中，最大的应力会在0.5MPa左右，两端结构中的最小应力会在0.3MPa左右。在结构自收缩的情况下，会出现次拉应力的现象，导致出现超长结构方面的抗裂问题。在此期间，如果可以在结构处理的过程中使用预应力的方式进行处理，就可以避免出现次拉应力的现象。可以满足抗裂方面的要求。在此期间使用无粘结预应力技术，可以全面提升工作有效性，保证灵活进行建筑布置，提升张拉锚固结构的施工效果，保证强度符合要求。在此期间，温度应力产生的原理较为相似，在预压应力传递的过程中，会受到竖向结构的影响，端部到中部结构的应力会降低，此类温度应力的分布会发生矛盾，为了可以更好的进行处理，应科学开展预应力筋的处理工作，提升布置效果。

1）在后浇带设置的过程中，可将其分为布筋类型与张拉类型的结构，可以结合温度应力的分布情况，发现中段区域之内的预应力筋逐渐增多，两端结构的预应力筋减少，可促进应力的削弱处理，在一定程度上可建设大预压应力，将钢筋的直径控制在？准j15@350范围之内，两端的预应力筋的直径控制在？准j15@500左右。

2）在分段张拉，进行前段与后端区域的处理，保证在后浇带封闭之前，进行中段的张拉预应力处理，在保证设计强度符合要求的情况下，进行合理的张拉预应力处理，预防损失问题。在实际工作中可以结合有限元的分析情况，应开展预应力计算结果的分析工作，明确二层中段预压应力情况，将其控制在1MPa左右，将最大的温度应力控制在1.6MPa左右，在一定程度上，可以通过预压应力的方式抵消温度应力，不仅可以提升工作效果，还可以进行强度设计值的处理。在此期间，还需进行预应力筋的合理布置，在混凝土材料中合理加入膨胀外加剂材料，以此促进混凝土的合理收缩处理，并通过拉通钢筋结构的方式，预防裂缝问题。

④在实际工作中需针对平面尺寸很大的结构进行分析，了解竖向构件特点，规避工作问题。在楼层发生负温差问题的过程中，应结合具体的收缩受拉特点开展工作，并进行竖向荷载的研究，保证增强各方面工作效果，更好的进行剪切变形问题的预防。在受水平剪力最大的柱设计成型钢混凝土，植入H型钢和增加构造钢筋。

⑤超长混凝土结构的抗裂措施在现行规范中并无相关规定，抗裂的设计措施确定后需组织专家论证其可行性、有效性。通过专家组对设计方案充分论证，对设计方案把关，一致认为超长混凝土结构抗裂的设计措施可靠，能满足结构安全性和耐久性。

4 组织措施

从超长混凝土结构的设计抗裂措施中可知，混凝土结构抗裂主要是在施工过程中，主要是减少施工过程中温度极差的影响，避免温度变化引起早期混凝土裂缝，影响混凝土安全性和耐久性。混凝土收缩是一种随时间而增长的变形体，硬化初期发展较快，二周可完成整体收缩的1/4，一个月可完成1/2，三个月完成60～80%，以后增长较慢，一般两年后基本达到稳定。

结合工程总工期目标，将混凝土结构施工期安排在3-6月份，利用后浇带对结构进行分倉，在施工期可以自由变形，混凝土硬化过程中完成60～80%收缩变形，基本趋于稳定；3个月后，沈阳秋季温差进一步缩小；该时间段即安排后浇带合拢，将温度影响减至最小。

5 施工质量控制措施

由设计阶段对超长混凝土结构应力分析和采取的抗裂措施来看，在施工阶段也应结合设计技术措施，合理采取施工技术措施。主要采取控制混凝土质量、关键部位钢筋施工质量、预应力混凝土分项工程质量、钢结构质量、混凝土养护等措施。

5.1 原材料质量控制

混凝土原材料质量控制，在满足混凝土强度要求的同时，还需选用水化热小、收缩小的水泥；降低级配砂率和水灰比，按试验结果掺加高效抗裂膨胀剂；钢材选用知名品牌优质高钢的钢材、预应力钢绞线、型钢、锚具。

5.1.1 钢绞线包塑方面的处理措施。在使用此类施工原材料的过程中，需将防腐油脂材料与塑料包裹层材料作为主要内容，按照工程质量标准与材料的使用原则，科学的进行管理协调。在此类材料的应用之下，应合理的进行聚乙烯材料或是聚丙烯材料的处理，预防聚氯乙烯材料的应用，将温度控制在零下20摄氏度到零上70摄氏度之内，在低温环境之下不会出现脆化现象，在提升化学稳定性的情况下，保证具有韧性优势与抗破坏优势，预防对原材料性能的影响，保证不会出现侵蚀问题，提升防水性能。

5.1.2 钢绞线涂层防腐油脂，对于此类材料而言，在应用期间需将温度控制在零下20摄氏度到零上70摄氏度左右，不可以出现流淌现象，保证预防裂变问题，提升韧性并符合要求，在增强化学稳定性的情况下，科学开展混凝土材料与钢筋材料透水性能的管理工作，预防渗漏问题，保证抗腐蚀性能，并提升润滑效果。

5.2 预应力筋锚固

在此类施工技术方式实际应用的过程中，应科学进行锚环结构、夹片结构、承压板结构与螺旋筋结构的质量管理工作，在施工之前应做好质量验收工作，通过科学化与合理化的验收方式完成任务，如表2。

5.3 施工过程质量控制

施工过程主要控制型钢、钢筋、预应力钢绞线加工质量，重点控制安装质量，按规范要求加强关键节点的施工质量，重点控制混凝土的浇筑质量，做好养护工作。

5.3.1 无粘结预应力筋：在实际工作中，需针对无粘结的预应力筋进行合理分析，了解长度特点，并在厂家合理分析加工尺寸与长度序号，将其黏贴在端部结构中，结合施工情况与进度等开展包装处理，然后运输到施工现场，在科学下料处理的情况下，使用无齿锯成束进行合理的切割处理，避免发生导电问题。且在实际加工环节与运输环节期间，应针对外皮进行处理达到保护作用，以免出现漏油现象。如果出现破损现象，就要使用密封性能较高的胶带材料开展修补工作，以此提升整体工作效果。

5.3.2 预应力筋施工期间的铺设措施。在实际工作中需要结合下料组装的设计顺序开展铺设处理工作，检查原材料规格特点、尺寸特点、数量特点，结合施工设计标准，进行端部配件位置的合理处理，提升准确性。在进行预应力筋处理的过程中，需结合具体设计规范与位置要求，进行垂直偏差的合理处理，在板内结构施工中需将偏差控制在5mm左右，梁体之内的偏差控制在11mm左右，进行水平方向偏差的严格管理。在此期间，还需结合铺设工作特点进行合理的处理，保证曲线配置工作符合要求，并进行曲线段起点与锚固点位置的处理，保证符合要求。在此期间需预防曲率过大的问题，保证在预应力筋的伸长处理情况下，结合设计标准与要求进行处理。

5.3.3 承压板的处理措施。在实际工作中，需结合梁、板结构的截面尺寸特点与钢筋排布特点，科学开展设计工作，然后根据实际状况，进行主筋间距的分析，保证梁、板锚筋位置的合理性，锚筋位置正式固定后再浇筑混凝土。浇筑混凝土时不得碰撞预应力筋并开展合理的绑扎工作，在完成之后要对其进行固定处理，保证位置准确性，并在混凝土材料浇筑完成后，详细检查锚垫板的位置，并在规范及技术规程要求内，进行合理的矫正处理，保证提升固定效果，符合施工发展需求。

5.3.4 在混凝土浇筑施工的过程中，不可以出现承压板的扰动问题，预防预应力筋的影响。在此期间不可以出现渗漏问题，应提升混凝土结构的密实度，在严格管控的情况下，通过试验方式进行处理，以此形成防裂抗裂施工体系与规模。

5.4 控制后浇带的合拢时间，需满足后浇带两侧混凝土龄期和室外温度要求，同时具备后才能浇筑后浇带混凝土。

5.5 控制预应力张拉质量，按施工方案要求张拉顺序进行张拉，張拉过程中控制张拉应力和张拉质量；张拉后的锚具封闭质量控制，确保预应力的可靠性。

5.5.1 无粘结预应力钢绞线张拉

①无粘结预应力钢绞线张拉前应有同条件试块、标样试块的砼强度试验报告，且砼强度达到设计规定强度100%时方可进行张拉。

②无粘结预应力钢绞线张拉设备和仪表必须满足无粘结预应力钢绞线张拉要求，且有国家检测机构的标定合格证和定期维护记录。无粘结预应力钢绞线张拉所使用的千斤顶和压力表，必须配套标定、配套使用。标定的无粘结预应力钢绞线张拉千斤顶活塞的运动方向应与实际张拉工作状态一致，张拉设备的标定期限均在有效期内。

③无粘结预应力钢绞线张拉要严格按设计要求和已审批的施工方案进行张拉，避免因张拉顺序问题对结构造成质量影响，在张拉过程必须逐束详细填写张拉记录表，在张拉过程中如出现张拉数据异常或钢绞线伸长值超标等现象时必须立即停止张拉，对问题数据做好记录，并详细查明问题出现原因，制定切实可行的措施后，方可继续张拉。如发现加片出现倾斜情况，根据经验其原因为千斤顶与锚板不垂直造成的，需改变张拉方法，采用张拉器将预应力钢绞线拉出5mm，卸载已加载的力是夹片松动，然后调整设备位置将倾斜的夹片位子校正后顶牢顶紧，再次进行顶进张拉，如调整后问题未得到解决，则需更换整套锚拉配件。

④无粘结预应力钢绞线张拉时，在张拉端必须设有面积足够大的操作平台（脚手架），操作平台设在无粘结预应力钢绞线张拉端以下0.5m为处。

⑤无粘结预应力钢绞线张拉时，需提前将其张拉端模板及杂物清理干净，采用专业工具剥掉无粘结预应力钢绞线塑料套，安装上单孔锚，无粘结预应力钢绞线塑料皮不得进入夹片内，防止滑丝。按施工图要求确定预应力砼板中无粘结预应力钢绞线张拉力F=0.75*1860MPa*140mm2=195kN。无粘结预应力钢绞线实际伸长值与理论伸长值允许偏差为（-6～+6）%范围之内。

5.5.2 预应力筋张拉结束后，对其锚固区进行封闭保护是一道十分重要的环节，首先对张拉后的无粘结预应力采用砂轮机切除多余部分的预应力筋，严禁采用电弧焊切除，且预应力筋的外露长度不应小于预应力筋直径的1.5倍，且不应小于30mm；再对无粘结筋端头和锚具夹片应套上内涂防腐蚀油脂的塑料帽；然后采用与构件同强度等级的细石混凝土、微膨胀混凝土、同标号砂浆对锚固区的锚具进行封闭保护，并做好养生保护防止收缩裂缝，影响后期保护层作用。

5.6 加强施工过程中实体的变形监测工作，并由具有监测资质的单位完成，过程数据为论证设计措施的合理性和后浇带合拢时间提供参考依据。

6 结论

无粘结预应力技术用于超长结构是防裂抗裂的有效措施，预应力筋应通过温度应力的计算确定。合理的留设后浇带是必要的，通过合理的施工时间安排及采取切实可行的施工措施，在超长结构混凝土抗裂措施是可行的。本工程于2012年10月完成结构施工，2012年12月完成暖封闭并进入装修阶段，已经受了高温与寒冬季节等特殊环境的考验，目前未发现裂缝，证明各项抗裂措施均成功、有效。