预应力混凝土框架梁施工质量控制措施

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摘 要 ：本文结合笔者多年建筑工程施工实践经验,从施工方案的审查、预应力原材料的质量控制、模板预埋件的安装、混凝土浇筑及预应力张拉等方面详细阐述了建筑工程预应力框架梁施工过程中的质量控制措施,供同行参考.

关 键 词 ：预应力混凝土：框架梁：质量控制：张拉

中图分类号：TU756.4+3

文献标识码：A

文章编号：1008-0422(2009)05-0218-02

1　引言

随着经济的发展和技术的进步,采用高强钢丝、钢绞线的高效预应力技术在混凝土结构工程中的应用越来越广泛.由于预应力技术的特点,在许多工业建筑中可减轻自重、实现大跨度,既满足了建筑物的内柱少、工艺布置灵活等要求,又有效地控制了使用条件下梁截面过高、配筋过多的缺点,以及满足结构裂缝和挠度等结构性能要求.由于预应力混凝土结构工程施工工艺复杂,专业性较强,质量要求较高.因此,在施工质量控制过程中更要引起高度重视和采取切实可行的质量控制措施.笔者仅从以下几方面着重进行探讨.

2　施工前认真熟悉设计图纸,审查施工方案

预应力施工是一项专业性强、技术含量高、操作要求严的作业,必须由具有预应力专业施工资质的施工单位承担.而往往一般设计单位设计的图纸深度不具备施工条件或者说设计构造要求考虑的不是太周密,不能正确指导施工.因此,专业施工队伍进场后应认真熟悉施工图,编制详细的施工方案,发挥专业优势.施工方案不仅要考虑科学合理的施工方法、施工程序,同时对设计图纸又要进一步的完善和补充,尤其是锚固区的构造措施和施工工艺.例如：预应力筋孔道直径宜比钢丝束或钢绞线的外径大5～10mm,且孔道面积不应小于预应力钢材净面积的2倍；预应力筋孔道的最小净距应大干粗骨料最大直径的4/3,对曲线筋孔道,竖直方向净距应大于粗骨料最大直径的4/3,对曲线筋孔道,竖直方向净距不应小于孔径D,对使用插入式振动器穿过孔道捣实时,水平方向净距≥1.5D；预应力筋保护层的最小厚度(从孔壁算起),对梁底取50mm,对梁侧取40mm.

大家都知道,锚固区的受力比较复杂,端头局部高应力在垂直于预应力筋方向产生较大的拉应力,该区的截面尺寸和承载力都取决于：锚具与垫板尺寸、锚具间距和锚具至边缘距离、钢筋网片、螺旋筋等,同时还需要处理好与非预应力筋的位置关系.比如,某中学教学楼阶梯教室预应力梁施工时,发现梁柱结点处设计构造不合理,波纹管、喇叭管无法预埋,不能满足施工要求,与设计人员进行协调,将原设计中钢筋一排布置,为了施工的方便,改为两排布置,在施工方案中予以调整和完善,使施工得以顺利进行.

3　预应力原材料的质量控制措施

原材料质量是工程质量的根本,张拉设备正常工作是工程质量和安全生产的保证,预应力筋是预应力工程中最重要的原材料,进场时应根据进场批次和产品的抽样检验同时要求厂家提供产品合格证和出厂检验报告.预应力筋进场后可能由于保管不当引起锈蚀、污染等,使用前应进行外观质量检查,并根据检查结果确定是否能应用于工程.对于无粘结预应力筋,若出现护套破损,不仅影响密封性,而且也会增加预应力磨擦损失,故应根据不同情况进行处理.目前国内锚具生产厂家较多,各自形成配套产品,产品结构尺寸及构造也不尽相同,因此,为确保实现设计意图,要求锚具、夹具和连接器按设计规定采用,其性能符合现行国家有关标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370),应用应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85)的规定.必要时对锚具作静载锚固性能试验.当锚具、夹具和连接器入库时间较长时,可能造成锈蚀、污染等,影响其使用时,应根据检查结果确定是否能应用于工程或采取相应的处理措施.

后张预应力工程中多采用金属螺旋管预留孔道,其刚度和抗渗性能是很重要的质量指标,试验也较为复杂,规范上对试验要求未作强制性规定.因此其使用前的尺寸和外观质量检查尤其重要.金属螺旋管直径大小必须根据预应力体系的要求选用,螺旋管的内外表面应清洁、无锈蚀,不应有油污、孔洞和不规则褶皱,咬口不应有开裂或脱扣.波纹管的接长可采用大一号同型波纹管作为接头管.接头管的长度：管径φ40～65mm时取200mm,φ70～85mm时取250mm,φ90～100mm时取300mm.管两端用密封胶带或塑料热缩管封裹,以防接缝处漏浆.

对于进场后的预应力张拉机具设备及仪表应配套标定,并要求配套使用,当在使用过程中出现反常现象或千斤顶检修后,应重新标定.张拉设备的标定期限不宜超过半年,更不能超过一年.张拉设备标定时,千斤顶活塞的运行方向与实际张拉工作状态一致.压力表的精度和标定张拉设备用的试验机械或测力计精度必须符合规范要求：压力表精度不低于1.5级,标定张拉设备用的试验机或测力计应为经校准的计量设备,其精度不应低于±2％.

4　预应力混凝土浇筑过程中的质量控制措施

4.1　模板的安装与拆除

预应力混凝土框架梁由于梁的高度大、自重大、层高也较大,因此,支模时,支架的承载力应能承受施工过程中可能出现的最大施工荷载,而且稳定性好,特别是框架梁底层梁模板支撑的地基必须稳定可靠,要做好地基处理,防止不均匀沉陷.

支撑方式有扣件式钢管排架、门式脚手架和可调独立支撑等3种支撑方案,施工时可结合施工顺序、荷载的大小和支撑供应条件等进行选用.

预应力框架梁模板的起拱值,考虑到梁张拉后产生的反拱可以抵销部分自重产生的挠度.因此,预应力框架梁模板的起拱值比普通钢筋混凝土框架要小,其起拱高度宜为全跨长度的0.5‰～1‰.

预应力框架梁侧模板的安装宜采用与下道工序交叉进行的方法,即在支架上安装好梁底模板后,选安装梁一侧模板,并在其上按曲线坐标弹出波纹管的位置线,然后绑扎梁的钢筋骨架并安装波纹管,经检查无误后再安装另一侧模板.预应力框架梁的侧模板和现浇楼板的底模板,应在预应力筋张拉前全部拆除,以避免施工预应力时模板束缚梁的混凝土自由变形,影响混凝土预应力的建立.框架梁底模及支撑应在预应力筋张拉结束、孔道灌浆强度达到15MPa后方可拆除.

4.2　波纹管的安装及预应力筋穿束的质量控制

波纹管安装时应事先按设计图中预应力筋的曲线坐标在侧模板上弹线,以波纹管底为准,定出波纹管曲线位置,或以梁底模板为基准,按预应力筋曲线坐标,直接量出相应点的高度,标在箍筋上,定出波纹管曲线位置.

波纹管的固定,可采用钢筋托架、间距为600mm.钢筋托架应焊在箍筋上,箍筋下面用垫块垫实,垫块必须保证强度和厚度,并且固定牢靠.波纹管安装就位后,必须用铁丝将波纹管 与钢筋托架绑在一起或在波纹管顶部绑一根钢筋,以防止浇筑混凝土时波纹管上浮而引起严重的质量事故.波纹管安装就位过程中应尽量避免反复弯曲,以防管壁开裂.同时,还应防止电焊火花烧伤管壁.波纹管安装后应检查波纹管的位置、曲线形状是否符合设计要求,波纹管的固定是否牢靠,接头是否完好,管壁有无破损等.如有破损,应及时用粘胶带修补.波纹管控制点的安装偏差：垂直方向和水平方向都必须符合设计和验收规范要求,其竖向位置偏差合格率须达到90％以上,不得越过允许偏差的1.5倍.

预应力穿束可分先穿束和后穿束两种.一般工程项目上先穿束应用较多,主要是利用已穿束的预应力筋束来回抽动以保证孔道不被堵塞.穿束过程中要防止预应力筋损伤波纹管和由于预应力筋的重量引起波纹管及支架的变形.因此,预应力筋穿束后必须复查波纹管曲线位置和波纹管壁有无损伤,杜绝质量隐患.穿束后的预应力筋在张拉前必须做好防锈、防污染措施.

4.3　预应力梁的混凝土浇筑

预应力混凝土框架结构部分的混凝土强度等级宜为0以上.预应力混凝土框架梁的高度较大,混凝土应分层浇筑,并用插入式振动器振实,混凝土振捣过程中,应特别注意振动器不得触及波纹管,以防止损坏波纹管而引起漏浆,堵塞孔道.同时,在框架梁端部、梁柱节点处等关键部位,因钢筋密集,浇捣困难,宜用小直径(φ30)的振动棒或振动片,仔细振捣密实,切勿漏振,以免张拉时因梁端混凝土不密实使预埋件凹陷,造成质量安全事故.浇筑过程中应利用牵引通孔器或已穿束的预应力筋来回抽动,保证孔道畅通.

当大面积框架与楼面混凝土浇筑采用泵送混凝土时,应采取减少混凝土收缩的措施.

梁柱混凝土应分开浇筑,特别是梁柱混凝土强度不一致时,施工缝应留在20～50cm处和梁上200～400cm处,后者应考虑到梁端预应力张拉时局部承压需要,预应力框架粱一般不允许留设施工缝.

4.3.1　预应力筋张拉及灌浆

4.3.1.1　选择科学合理的张拉方式和张划顺序.

预应力筋的张拉方式很多,常用的张拉方式有一端张拉、两端张拉、对称张拉、超张拉等.施工方案应根据工程具体情况,选择科学合理的张拉方法.科学合理的张拉方法可以达到事半功倍的效果.例如：在某中学新校区教学楼和图书办公楼都有16m和23.5m的单跨曲线后张预应力梁,根据设计要求采用两端张拉工艺,但根据一些科研单位的研究成果表明：对于12～24m单跨曲线预应力梁,采用一端张拉代替两端张拉对框架梁的抗裂度影响甚微,梁中部应力损失也很少.因此,在施工方案中提出采用一端张拉工艺,并征得设计部门的认可.在实际施工中采用应力控制、伸长值校核,结果表明,预应力筋的伸长值和内缩值都满足施工验收规范要求,采用一端张拉工艺代替两端张拉既减少张拉次数,节约预应力筋,减少成本,又保证了工程质量.

4.3.1.2　预应力梁张拉顺序

在单向预应力混凝土框架结构中,其张拉顺序一般宜对称于整个楼层进行.当现浇预应力框架结构梁的断面尺寸较大,楼面整体性好时,框架梁的张拉顺序也可按轴线顺序从一边向另一边推进,使张拉设备移动线路最短.

对于每榀框架梁中预应力梁的张拉顺序,可自上而下或自下而上进行,应根据受力特点和安全施工因素确定.对于楼面整体刚度较小的框架梁,预应力筋张拉前,必须在施工方案中经过科学验算张拉应力控制和张拉顺序,报设计人员审核,防止预应力梁张拉时应力不对称,梁侧面出现裂缝或其他质量问题.对于楼面整体刚度较大、梁断面尺寸较大、混凝土预应力较小、张拉端又在框架柱上时,为便于施工,可采取不对称一次张拉.

当框架结构的主次梁均采用预应力时,双向预应力框架梁的张拉顺序应先张拉次梁,后张拉主梁.如果张拉顺序相反,先张拉主梁时,往往会由于主梁反拱较大,使位于主梁跨中的次数被抬起,造成次梁与模板支撑脱开,这时次梁尚未张拉,很可能产生裂缝.

曲线孔道灌浆主要控制好水泥原材料、泌水率和灌浆工艺.

在预应力混凝土验收规范中并未对原材料强度提出具体要求,也未对配合比提出试验要求.因此,现场施工企业应加强质量控制.首先水泥宜用强度等级不低于32.5级普通硅酸盐水泥,水泥浆的水灰比为0.4～0.45.搅拌后3h的泌水率家控制在2％,最大不得超过3‰灌浆孔的位置,其间距一般≤15m,对于波纹管孔道可放宽至24m.曲线孔道的高差>50cm时,应在孔道的每个峰顶处设置泌水管,也可兼作灌浆孔.

灌浆口宜选在低处,灌浆时可使孔道内的空气或水从泌水管顺利排出后在泌水管内也充满了水泥浆,有利于保证曲线孔道灌浆质量.但是,灌浆口设在曲线孔道低点处,往往会由于预应力筋张拉后向上贴近灌浆口,使水泥浆较难灌入.这时,可将灌浆口设置在偏离孔道的正上方,避开张拉后的预应力筋阻塞灌浆口,使灌浆工作顺序进行.对多跨曲线预应力筋孔道,还应考虑到灌浆时水泥浆向两边流动的距离大致相等,灌浆口宜设置在中支座处孔道的顶部.此外,灌浆口也可设置在锚具处,从一端灌浆.

冬季灌浆时,孔道灌浆后水泥浆内的游离水在低温下结冰,会将混凝土胀裂.因此,在冬天灌浆前,孔道周边的温度应在5℃以上,灌浆时水泥浆的温度宜为10℃～25℃.

4　结语

综上所述,预应力混凝土工程施工工艺较复杂,质量要求较高,随着大跨度、大悬挑构件的不断出现,预应力构件会越来越多.因此,从设计到施工的所有技术人员都应精心设计、精心施工,编制科学合理的施工方案,严格按照施工验收规范、操作规程作业.同时,应不断应用新技术、新材料、新工艺,确保工程施工质量.