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中关村西区空间开发工程无粘结预应力技术应用
许曙东 ［摘要］ 中关村西区地下综合管廊及空间开发工程是全地下、超长、大跨度钢筋混凝 土预应力结构。本文主要介绍其预应力工程施工工艺。 ［关键词］ 超长大面积无粘结预应力混凝土结构施工 1. 工程概况 中关村西区地下管廊及空间开发工程地处中关村核心区，东临中关村大街、 南临海淀南路、西到苏州街、北临四环路，是全地下、超长、大跨度钢筋混凝土 预应力结构。预应力技术主要应用在商业开发楔形绿地、开发A 区、开发B 区、 开发C 区、开发D 区、开发E 区等部分，总建筑面积约20 万平米。 由于本工程处于干湿交替的环境下，地下水对结构混凝土有弱腐蚀性，同时 基础底板为超长结构，在温度荷载、砼收缩及徐变等作用下，极易产生裂缝，更 不利于结构抵抗腐蚀环境的作用。根据本工程结构与荷载的特点，并考虑不设收 缩缝温度应力等的影响，基础底板、基础梁、楼板、顶板及外墙中配置双向无粘 结温度筋以防止混凝土在以上不利作用下产生裂缝。而在框架梁、井字梁内为结 构配筋。本工程具有面积大、工期紧、施工难度大等特点。无粘结筋为高强低松 弛钢绞线Φj15.24，抗拉强度标准值为1860N/mm2，张拉端采用夹片式锚具，固 定端采用挤压式锚具，规格均为I 类锚具。其中综合管廊、楔形绿地、空间开发 B 区等由北京建工集团总承包，预应力分项工程施工由北京市建筑工程研究院承 担。 2. 预应力设计概述 中关村西区工程预应力设计包括两部分，其一是为了降低梁、板截面尺寸， 增大楼层净空，减轻整体结构自重，有利于基础及竖向结构，并对结构尺寸 进行优化；其二是混凝土收缩和温度应力计算，约束混凝土的内应力变形， 提高结构抗裂性及耐久性。 楔形绿地地下二层顶板、地下一层顶板、车库夹层顶板、地面一层顶板等 楼层室内部分结构柱网尺寸均为8400mm，由于层高限制，梁高最大只能取 500mm，跨高比为16.8，普通混凝土结构已经无法解决抗裂和变形问题，通 过配置12 束无粘结预应力曲线筋，梁的截面尺寸700×500，很好地满足了建 筑的要求，经济性也较好。 混凝土收缩是混凝土在不受力情况下，因体积变化而产生的变形。收缩大 体由两种情况引起：干燥失水和碳化作用。温度应力是由于混凝土与其他材 料一样具有热胀冷缩的特性而在其内部产生了内应力，（线膨胀系数可采用α c=1×10-5），与收缩应力的单向性不同的，温度应力是随温度的变化循环往复 福银预应力 的，既有拉应力，也有压应力。混凝土的抗压能力大大超过其抗拉能力，因 此工程中应考虑的是温度下降引起的拉应力。以楔形绿地基础底板为例，结 构尺寸为284m×128m，大概每50 米设置一道后浇带而全结构不设收缩缝，通 过以上两项应力的计算和叠加，在各楼层的板和基础梁中配置直线型无粘结 预应力筋以防止混凝土在以上不利作用下产生裂缝。 3. 预应力施工 预应力施工是整个工程的关键部分，为了确保工程质量和工期要求，在施 工之前做了详尽的技术、材料、人力等的准备，施工中对每一道工序都严格 控制。预应力梁的施工工艺为：预应力材料和设备的准备→搭设梁支撑→支 梁底模→铺放钢筋→绑扎定位筋→铺设钢绞线→验收→浇筑混凝土及混凝土 养护→拆梁端模，清理张拉端→预应力张拉→拆除梁底模和支撑→切除端部 预应力筋→端头混凝土封裹。预应力板的施工工艺为：预应力材料和设备的 准备→搭设板支撑→支板底模→铺放底铁→安装马凳→铺设钢绞线→铺放上 铁→验收→浇筑混凝土及混凝土养护→清理张拉端→预应力张拉→拆底模和 支撑→切除端部预应力筋→端头混凝土封裹。以下主要针对本工程中几个难 点及处理措施作个概述。 3.1 关于预应力筋及普通钢筋的铺放顺序 本工程因单体面积大，施工单位流水作业，考虑预应力筋铺放时过后浇带 情况，必须在施工前与施工各施工段密切配合，合理安排施工工序，部分区 域要先施工，以避免混凝土浇筑时从两头往中间走造成中间块预应力筋无法 铺设或铺设后无法调整的情况。 3.2 预应力筋后浇带处的处理方法 本工程由于通长不设伸缩缝，大约间隔 50 米设置一道后浇带，但板中和 梁中的预应力筋必须是贯通的，如何处理过后浇带的预应力筋就是一个难题。 通常做法有两种。其一是在后浇带用缝针筋，各块预应力筋互不影响，如下 图a 所示；这种做法的优点是除预应力缝针筋外的预应力筋在结构混凝土强度 达到张拉要求后即可张拉，但带来的缺点就是由于在后浇带位置单独增加了 预应力筋，成本增加了，经济性不好。其二是不考虑后浇带的预留位置，最 大限度的利用按照计算得到的预应力的长度的限值。这个方法显然的缺点是 跨过后浇带的所有预应力筋都必须等到后浇带混凝土强度达到张拉要求后， 才能进行张拉，对施工工期影响严重。 针对以上两个方法都不是很完善的情况，本工程采用了一种全新的布筋方 式来处理后浇带位置预应力筋施工问题，如下图b 所示。后浇带相邻的两块 板中预应力筋分别有50%的筋在后浇带张拉，另50%的筋穿过后浇带在另一 福银预应力 块板中张拉。这样即很好的满足了结构设计的要求，经济性也达到了最好。 后浇带 图a 图b 后浇带 3.3 关于预应力筋的张拉 本工程部分区域由于结构顶板上部将来要托很厚的土层，设计时预应力筋 平衡了部分土的自重荷载。如果在结构混凝土强度达到张拉要求后，一次性 将预应力筋按设计控制应力全部张拉，由于此时上部土的自重荷载尚未施加， 板（或梁）有可能在预应力等效荷载的作用下出现反拱，甚至导致混凝土受 拉开裂。为防止上述情况的发生，在实际施工中采用预应力筋分级张拉的方 法。当混凝土达到张拉要求后，按二次计算结果，首先张拉部分预应力筋， 使预应力只平衡板和梁的自重，后便可拆除梁下受力支撑；待上部浮土回填 前，支上预应力梁下受力支撑，浮土回填后，再将预应力筋张拉至设计控制 应力，拆除下部支撑即可。这种方法虽然程序较烦琐，但却相对减少了对支 撑材料的积压，容易控制施工质量。 3.4 有高差的板的连接处预应力筋处理方法 本工程每个楼层标高都是呈阶梯状板变化的，处理方法分两种，相差高度 较大时预应力筋必须断开，如相对板厚度相差不大时可以延伸过去，但要注 意过度时预应力筋要平滑，不得出现死弯。 高差2.2米处板内预应力筋布置图 -13.90 -11.70 板筋穴模张拉端 高差0.45米处底板预应力筋布置图 -12.15 单跨方向多跨方向 -12.15 -11.70 -11.70 4. 小结 福银预应力 中关村西区工程是大面积超长结构中预应力技术的综合应用，在设计和施 工中都积累了丰富的经验。 4.1 预应力产生的预压应力可约束混凝土温度拉应力和混凝土的收缩变 形，本工程实践证明在超长板中应用预应力技术是抵抗温度变形及裂缝的有 效措施之一。 4.2 合理的施工流程及施工工艺的制定，是完成大规模、大面积、短工期、 高水平、高难度施工的前提。 4.3 超长结构后浇带位置预应力筋的处理、大恒载分阶段张拉以及其他特 殊情况下的处理措施是确保质量、降低成本、提高经济性的重要措施，也为 其他工程类似问题提供了参考和借鉴。 现在本工程已经全部完工，质量优良，并获得了北京市结构长城杯。 |
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