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超高层异形结构中缓粘结预应力的施工技术

2025-07-20 43 上传者：管理员

摘要：在大型超高层项目施工过程中，缓粘结预应力技术结合了有粘结与无粘结预应力的优点，通过延迟粘结材料固化实现预应力筋的可调性与后期粘结强度，为超高层异形结构施工提供了新的解决方案。结合工程案例，分析了缓粘结预应力体系的设计要点、施工工艺及质量控制措施，并验证了其在减小结构变形、优化节点应力分布方面的有效性。研究表明，该技术能够显著提升异形结构的施工效率与耐久性。

关键词：
不规则形状
复杂几何形态
灌浆工序
缓粘结预应力
超高层异形结构
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中国海油(海南)深海能源开发总指挥部基地项目01地块,裙楼为扭转､凹凸异形结构,楼板局部连续的三个平面均为不规则形状,建筑体形判定为“不规则”｡在施工过程中根据以上不规则项对结构位移比､大跨度梁､桁架及其支撑柱等计算指标和重要部位采用缓粘结预应力的关键技术,使建筑形体的结构受力得到加固｡

1、工程概况

本项目T1-1塔楼:地上31层,地下2层,主屋面高度140.1m,局部出屋顶高度145.1m,首层建筑层高5.4m,主要建筑层高为5.3m和4.2m,11层和22层为转换层,地上标准层建筑面积约为2400m2;T1-2塔楼:地上17层,地下2层,主屋面高度80.7m,局部出屋顶高度86.05m,首层建筑层高5.4m,主要建筑层高为5.0m和4.2m,地上标准层建筑面积约为2000m2｡项目效果图见图1｡

图1项目效果图

2、施工工艺原理

2.1缓粘结预应力体系原理

缓粘结预应力体系包含三个功能层:高强度钢绞线芯材､缓凝型粘合介质层以及防护性外覆套筒(具体原理见图2)｡主要体现在以下几个方面:

1)在直径为15.2mm的标准预应力钢绞线外围,通过挤出成型工艺包覆高密度聚乙烯(HDPE)保护套层｡

2)套层内壁与钢绞线之间的环形间隙由特制缓凝粘结剂完全充填｡

3)外护套表面经专用辊压设备加工形成连续的波状凹凸纹理,其纹路高度控制在不小于1.2mm的技术标准｡

图2缓粘结预应力体系原理图

2.2异形结构中缓粘结预应力体系特点

构造设计有两个特别之处:第一,施工时跟普通无粘结预应力一样简单,不用提前埋管子也不用灌浆,施工速度较快;第二,缓凝材料外部的波纹套会和混凝土咬合在一起｡在平面不规则结构中,利用灵活的布筋特性,不受常规直线或规则曲线限制,不用非得走直线或者规则曲线,可以顺着曲面､斜角或者变截面的形状随便弯,通过三维曲线把力传到位,完美解决异形建筑受力不均的问题｡主要技术分为以下两点:

1)在平面不规则结构中,该特性更显重要,因复杂造型常导致施工工序交错,较长的张拉窗口期为分阶段､多部位的预应力施工提供了时间弹性,可灵活配合异形构件的模板支设､钢筋绑扎等工序,保障施工流畅性｡

2)针对异形结构边角､转折处等易受侵蚀的薄弱部位,防腐处理可通过定制化防护方案,如增设加强型防腐涂层､采用特殊密封构造,提升关键节点耐久性｡

3、异形结构内缓粘结预应力筋的深化设计

根据图纸分析,在特殊形状的结构里,缓粘结预应力筋更好用,它能通过调整钢筋的排布方式,有效抵抗风压等外力带来的复杂受力[1-2]｡如图3,图4所示,预应力梁的弯曲布置要专门设计,重点注意以下几点:

1)预应力筋曲线的特征点,包括反弯点､最低点､固定端和张拉端的准确位置｡在异形结构深化设计时,需结合BIM技术进行三维建模,精准定位各特征点,确保预应力筋与复杂曲面､变截面构件的贴合度,实现预应力均匀分布｡

2)深化图纸要补充完整的预应力筋曲线定位示意图和典型剖面详图｡针对异形结构,需增加多角度视图和局部放大图,详细标注预应力筋与异形构件的空间关系,如倾斜角度､偏心距离等关键参数｡

3)节点构造详图要细化固定端和张拉端的做法与大样图｡在异形结构节点设计中,需考虑空间限制和受力复杂性,创新设计可调节式锚具､嵌入式张拉端等特殊构造,保证预应力施加的可行性与有效性｡这些深化设计成果要交给结构设计单位审核,确保符合原设计要求和规范｡

图3缓粘结预应力深化设计实物图

4、缓粘结预应力体系的材料要求

4.1缓粘结预应力筋

缓粘钢绞线的材料质量需要按照GB/T5224—2023预应力混凝土用钢绞线规范要求,钢绞线进场时,经进场检验钢绞线的直径､材质及抗拉拔力｡表面不得有机械损伤､污渍､断丝锈迹等｡缓粘结预应力体系构件清单见表1｡

图4缓粘结预应力深化设计示意图

表1缓粘结预应力体系构件清单

1)在延迟粘结的预应力钢绞线材料到达后,应取在相同条件下养护的样品,样品的长度大于10cm,每个检验批必须抽不少于3件｡

2)钢绞线进场后,检验试验的结构应符合疲劳性能､挠度伸长的要求｡

3)缓速粘合剂是一种环氧树脂粘合剂,应具有良好的化学稳定性,对其他周围材料无腐蚀性｡缓速粘结预应力钢绞线的外表面采用的是高密度聚乙烯(见图5)｡抗拉强度､弯曲屈服强度､断裂伸长率等应符合规定,并应验证产品质量认证文件和检测报告｡

图5缓粘结预应力筋原材料

4.2锚具的选型要求

除去缓粘结钢绞线一端的PE层,然后用专用挤压机将锚固套挤压在钢绞线上,制作成固定端锚固头,钢绞线要露在外端2mm以上,见图6｡

图6固定端锚具

组合锚固系统应用组合锚具采用多级应力扩散设计,能解决大吨位索股锚固问题,但需要考虑成本｡建议用全寿命成本分析法比较方案｡

5、铺缓粘结钢绞线及预埋件

1)预应力筋穿束完成后,缓粘结预应力筋一侧应与张拉端承压板固定在一起｡保证张拉作用力始终在垂直的平面上,确保受力的均匀性｡如果采用凹入式设计,张拉端要通过预留槽固定,保证预应力筋位置准确｡

2)固定端一般位于梁端部的柱子内部,锚固端要超过柱子中心线,如果空间不够,可以稍微调整普通钢筋的位置｡所有焊接点必须牢固,防止张拉时预应力筋移位或松动｡

3)螺旋筋和承压板固定后,在梁面或板面之间,留出10cm以上的尺寸｡这样既能保证张拉端的安装空间,又不会明显影响结构,详见图7｡

图7缓粘结预应力筋安装施工

6、模板工程安装

1)非预应力筋制作和绑扎时,遇到锚垫板或预应力筋的位置,需要主动避让,并在此位置增加补强钢筋｡如果非预应力钢筋和预应力筋位置碰撞冲突,必要时,保证预应力筋的相对高度及位置正确｡

2)在施工中,如果遇到张拉端垫板和框架梁的负弯矩筋交接,必须把梁端的负弯矩筋向内缩进16cm的锚固长度,留出锚具和埋件的位置｡

3)当预应力梁的非预应力主筋和箍筋绑扎二者均施工完成后,施工队要留必要的技术间隙时间给焊接队伍,用于固定支架与预应力筋｡最后,绑扎梁内的构造筋和拉结筋[3]｡

4)定位支架的距离和位置,应按照预应力筋的位置微调,保证二者能按照施工图纸的要求定位,支架钢筋采用直径大于φ16mm的钢筋焊接而成,布置的间距为1m｡误差控制在±10mm以内｡

5)焊接钢筋时,焊机地线严禁与预应力筋连接在一起,并且要对预应力筋采取必要的保护措施,防止焊渣飞溅至预应力筋上,造成不必要的损伤,影响后续的拉拔施工[4]｡

7、混凝土浇筑

混凝土浇筑前进行最终检查,需要对承重板､底板､预应力钢筋等的安装位置进行复核尺寸,及时纠正出现的偏差｡需注意振捣施工操作方法,施工队要避免振捣器与预应力筋直接接触,导致预应力筋发生偏位｡在张拉钢筋周边的位置时,需要加强振捣,保证细骨料混凝土能够充分地与钢筋结合｡现场应遵循先墙后梁再板的施工顺序,避免工序所带来的质量安全问题,浇筑前需对混凝土做留样,需要在现场制作3组混凝土试块,并在上方标记试样名称､时间及强度,在浇筑位置留置同条件试块,用于检测混凝土强度是否达到设计张拉要求｡混凝土浇筑后,应充分地养护混凝土7d,避免干燥和水化热过快导致的温度裂缝及收缩裂缝｡

8、张拉预应力筋

预应力张拉施工前,要对千斤顶､高压油泵､高压油管和液压表等设备和配件进行检查,确保设备型号､规格等符合要求｡将千斤顶和油泵等设备组装后试运行,要求设备运转良好,无漏油､渗油等现象｡将设备送到有资质的第三方检测机构进行标定,由检测机构根据试验结构,出具标定报告,给出设备配套标定的回归方程｡

依据图纸设计要求,本项目的缓粘结预应力平面不规则结构施工采用了一端张拉和两端张拉两种张拉方式,施工时先次梁､后主梁,由外向内对称张拉,详见图8｡

图8结构梁张拉施工

裙房首层梁的张拉顺序:先用两台设备同时张拉外侧的2-5HφS15.2和3-5HφS15.2预应力束,最后张拉中间1束2-5HφS15.2预应力束,完成首层梁的张拉｡

裙房二层板的张拉顺序,先张拉A—E轴之间的23束缓粘结预应力筋;再张拉F—G轴之间的35束缓粘结预应力筋;张拉H—K轴之间的16束缓粘结预应力筋;最后张拉3轴—9轴之间的26束缓粘结预应力筋｡

最后,施工中要做好完整记录｡对异常数据要及时分析,这样才能确保预应力系统有效建立｡

9、端部钢筋切割后封闭处理

1)预应力筋张拉完成后,要切掉锚具外露的多余缓粘结预应力筋｡切割必须用砂轮锯等专业工具,不能使用火焰切割或电弧切割,因为高温会损坏预应力筋和锚具｡切割后,要马上清理预应力筋端部的金属碎屑和油污,保持端面干净｡

2)切割时要小心操作,防止振动或操作不当使锚具移动或影响预应力｡外露预应力筋的长度要按照设计要求,太长会生锈,太短会影响封锚质量｡清理后,要对锚具和预应力筋端头做临时保护,比如涂防锈剂,防止污染或生锈｡操作人员应穿戴防护装备,以防碎屑伤人,并保持现场整洁｡切割废料应统一回收处理｡

3)采用C30微膨胀细石混凝土进行封锚,浇筑前测量锚具及垫板的保护层厚度,必须大于50mm｡浇筑时要快速均匀,确保封锚质量,完成后采用防锈油漆涂刷,详见图9｡

图9锚具夹片混凝土封锚

4)为解决预应力结构灌浆不密实的问题,缓粘结预应力筋的钢绞线和护套间在工厂就采用预灌浆的方法进行加工和制作,有效保证了预灌浆的质量｡其间的预灌浆有缓凝的效果,在实际施工中呈现出在预埋时是无粘结状态,避免了预应力结构灌浆不密实而出现锈蚀的质量隐患,提高工程质量｡

10、结语

与有粘结预应力､无粘结预应力混凝土结构相比,缓粘结预应力筋的钢绞线和护套间在工厂就采用预灌浆的方法进行加工和制作,有效保证了预灌浆的质量,而且不需要预留孔道､穿筋､灌浆等复杂､烦琐的工序｡尤其是平面不规则结构,应用本工法施工方便,且容易弯成多跨､曲线形状等,提高了施工工效,可加快施工进度｡

缓粘结预应力技术张拉设备系列化､轻便化,施工机械化程度高;缓粘结预应力筋的钢绞线和护套间在工厂就采用预灌浆的方法进行加工和制作,质量可靠,具备商品供应能力;现场不需预留孔道,不必灌浆,节省了后期维修加固的费用｡尤其针对平面不规则结构,施工简便,操作更容易,提高了施工工效,可节省大量材料､时间和资金,经济效益明显｡

提升了工程质量品质,受到其他类似建设项目的应用推广,得到了作业人员的一致肯定,也得到了建设､监理单位及质监站的一致好评,为项目顺利举办质量活动打下了坚实基础｡

参考文献:

[1]汪佐,郑伟国,覃建华,等.缓粘结预应力大直径灌注抗拔桩在地下室抗浮设计中的应用[J].建筑科学与工程,2025,32(3):37-42.

[2]李忠鹏,廖志毅,陈亿强,等.缓粘结预应力空心楼板施工技术[J].建筑科学与工程,2024,51(12):91-93.

[3]李昶,勾林,李涵琦.大跨度后张拉缓粘结预应力结构施工质量控制[J].建筑科学与工程,2024,43(5):66-68.

[4]蒋凡.缓粘结预应力抗浮锚杆工程应用[J].建筑科学与工程,2022(12):60-63,78.

文章来源:武帅,武敏敏,库明慧,等.超高层异形结构中缓粘结预应力的施工技术[J].山西建筑,2025,51(15):101-104.