《環形預應力梁施工工法》是上海市第七建築有限公司完成的建築類施工工法，完成人是王美華、方剛、陳輝、華士輝、陶金，適用於連續環形梁預應力和連續曲線梁預應力施工。
《環形預應力梁施工工法》主要的工法特點是採用分離式交叉搭接設定，分批交錯分階段張拉。
2008年01月31日，《環形預應力梁施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：環形預應力梁施工工法
- 工法編號： YJGF020-2006
- 完成單位：上海市第七建築有限公司
- 主要完成人：王美華、方剛、陳輝、華士輝、陶金
- 套用實例：上海鐵路南站主站屋工程
- 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
環形預應力套用在特種結構中較多，如儲液池、筒倉、核建築中的安全殼體等，在市政橋樑中亦套用到曲線預應力的結構。在房屋建築中，預應力混凝土框架結構形式大多為直線形，曲線套用少。在上海鐵路南站主站屋工程超長環形平台框架梁預應力施工取得了圓滿的成功，為環形梁預應力和曲線形預應力的開發與套用提供成熟的施工工藝，並為2005年後此類施工提供借鑑。
工法特點
《環形預應力梁施工工法》的工法特點是：
預應力筋布置採用分離式交叉搭接設定，分批交錯分階段張拉。通過測試摩阻力，調整K值（孔道摩阻係數）和μ值（孔道轉角係數），確定理論伸長值與張拉力。見圖1。
圖1 形梁預應力分布示意圖
操作原理
適用範圍
《環形預應力梁施工工法》適用於連續環形梁預應力和連續曲線梁預應力施工。
工藝原理
《環形預應力梁施工工法》的工藝原理敘述如下：
1.預應力筋採用分離式交叉搭接法。既便於預應力張拉，又便於施工時的拆模。預應力建立比較均勻；避免張拉端部過於集中，造成端部預壓應力過大，同時可以使原跨中的預應力損失得到補充。見圖2。
圖2 單根多跨連續曲線梁預應力筋分布
2.環形框架梁同跨預應力筋均分批張拉。
3.張拉伸長值控制，採用的以張拉力為主，伸長值校驗的方法。調整採用預先張拉法。
施工工藝
- 工藝流程
《環形預應力梁施工工法》的施工工藝流程見圖3。
圖3 施工工藝流程圖
- 操作要點
《環形預應力梁施工工法》的操作要點如下：
一、預應力筋安裝
1.波紋管安裝∶按照設計圖紙中預應力筋的曲線坐標，以梁底模板為基準，定出波紋管的位置，固定波紋管。
2.節點處理
接頭∶必須採用大一號同類型波紋管作接頭套管，接頭管長度不小於300毫米，波紋管接口面應平整，密封，不得漏漿。
排水孔和灌漿孔∶波紋管按設計規定預留排氣排水孔和灌漿孔，孔口的引出管與波紋管連線處應密實，避免漏漿。
梁端錨墊板；梁端錨墊板處模板採用定型模板，與錨墊板一起加工，安裝位置要求正確、平整，不得扭曲，波紋管穿過錨墊板處應弧順，不得出現拐點。
3.穿束∶可分別採用人工穿束、穿束機穿束和卷揚機穿束等三種方法進行穿束。
4.梁張拉端設定∶可分為以下幾種∶樑上面或梁底面；梁體側面；樑柱間加掖，板面設定張拉混凝土後澆孔。
二、預應力梁混凝土澆築措施
1.混凝土澆筑前對預應力筋進行全面的檢查，進行隱蔽工程驗收。
2.所有新的振搗棒頭均套用砂輪機磨圓，澆築混凝土時應絕對避免振動棒強力撞擊波紋管，以防止振動棒將波紋管鑿破後漏漿，破壞其預應力筋的狀態。
3.張拉端、固定端處鋼筋較為集中，混凝土澆搗必須注意振搗密實。
4.混凝土振搗過程中應有專人不停抽動預應力筋，防止漏漿和堵孔。
三、預應力筋張拉力測試與計算
在第一塊預應力張拉施工時，對曲線預應力梁的K、μ值進行現場測試並反演摩擦係數K和μ。根據測試值計算工程空間曲線預應力的摩阻係數、錨具的預應力損失以及張拉伸長值，為預應力的張拉提供張拉伸長的理論值。
摩擦損失測試採用感測器法，如圖4所示。操作時須保證預應力束為一端張拉，在張拉前，要求預先在預應力束的兩端各安裝一台感測器。測試時，開動張拉端千斤頂進行張拉（張拉伸長值大於1個千斤頂的行程，對梁的預應力筋張拉端安裝兩個千斤頂），待達到測試工況要求時停止進油並穩定油壓，分別讀出此時兩端感測器的壓力讀數，即可得到預應力孔道摩擦損失。每束預應力筋測試分七個工況，分別為0.1σcon、0.2σcon、0.5σcon、0.6σcon、0.8σcon、1.0σcon及持荷3分鐘，讀取每個工況感測器的讀數和量測預應力筋張拉伸長值。
圖4 張拉測試設備安裝示意圖
通過張拉測試和數據分析，分別採用最小二乘法和假定係數法反演摩擦係數，計算預應力筋張拉力。
四、施加預應力
1.準備工作∶在預應力筋張拉前進行設備標定，對構件端部預埋件、灌漿孔、混凝土等進行全面檢查，合格後發出張拉通知單。
2.施加預應力∶施加預應力以張拉力為控制量、張拉伸長值為校核量。按設計圖預應力孔道編號，按設計張拉順序分批張拉。張拉時應做到孔道、錨環與千斤頂三對中，張拉過程應均勻。張拉完畢後，應檢查端部和其他部位是否有裂縫。並填寫張拉記錄表。實際伸長量與理論伸長推算值之和。與理論伸長相比較誤差不超過+6%、-6%，否則應停機檢查原因，予以調整後方可張拉。
五、孔道灌漿
1、準備工作∶
張拉後應及時檢查張拉記錄及錨固情況，經認可後再準備灌漿。預應力張拉完成後48小時內應進行灌漿。灌漿前全面檢查預應力構件進漿孔。排氣、排水孔是否暢通；檢查灌漿設備、管道及閥門的可性，壓漿泵壓力表。
2.灌漿採用純水泥漿。水泥應採用普通矽酸鹽水泥，強度等級不低於32.5，水泥不得含有結塊物。
3.壓漿∶應緩慢、均勻地進行。
4.壓漿時每一班做70.7毫米×70.7毫米×70.7毫米立方體試件一組，每組六塊，標準養護28天，其抗壓強度作為水泥漿強度質量評定的依據。
5.灌漿時冬季溫度低於0℃或混凝土溫度低於5℃；夏季溫度高於35℃或混凝土溫度高於25℃，停止灌漿。
6.灌漿作業時，應如實填寫現場施工記錄，每個構件均應有灌漿施工記錄。
- 施工驗收
《環形預應力梁施工工法》的驗收質量標準按《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204—2002。
一、預應力混凝土結構驗收時，對預應力專項施工應提供下列檔案和記錄∶
1.預應力鋼材合格證和檢驗報告。
2.預應力用錨具合格證、抽檢記錄或檢驗報告。
3.金屬波紋管合格證和抽檢記錄。
4.張拉千斤頂及油壓表的配套檢驗記錄。
5.金屬波紋管鋪設的隱蔽工程驗收記錄。
6.預應力筋張拉記錄。
7.孔道灌漿記錄及水泥漿試塊立方強度試驗記錄。
二、預應力施工驗收，除檢查檔案、記錄外，還應進行外觀抽查。
三、當提供的檔案、記錄及外觀抽查，均符合規範時即可進行驗收。
材料設備
一、施工材料
《環形預應力梁施工工法》所用的材料明細如下：
1.預應力鋼材
預應力鋼材應有產品合格證、出廠質量證明書和進場試驗報告單。預應力鋼材進場時應按型號、種類分批檢驗。檢驗內容包括查對標牌，外觀檢查，抽取試樣做力學性能試驗，檢驗合格後方可使用。
2.錨具
預應力錨具應有出廠合格證、出廠檢驗報告和試驗報告單。按批檢查錨環、夾片外形尺寸及表面質量，對其中有硬度要求的錨環和夾片做硬度試驗及靜載錨固性能試驗。
3.制孔材料
檢查出廠合格證，外觀及尺寸檢查，灌水試驗等檢驗。
4.灌漿料檢驗
按《矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥》GB 175的規定。
二、機具設備
《環形預應力梁施工工法》所用的機具設備見表1。
序號 | 主要設備名稱 | 型號 | 單位 | 數量 | 備註 |
1 | 穿心式千斤頂 | YCW-250 | 台 | 2 | 備用1台 |
2 | ╱ | YCW-150 | 台 | 2 | 備用1台 |
3 | 電動油泵 | ZB-500 | 台 | 2 | ╱ |
4 | 砂輪切割機 | ф400 | 台 | 2 | ╱ |
5 | 手提式砂輪切割機 | ф180 | 台 | 1 | ╱ |
6 | 高壓油管 | 6米 | 根 | 4 | 備用2根 |
7 | 開關電箱（一機一閘） | 380伏 | 台 | 4 | 備用2台 |
8 | 開關電箱（一機一閘） | 220伏 | 台 | 2 | 備用1台 |
9 | 螺桿式灌漿機 | J2GG | 台 | 1 | 備用1台 |
10 | 手動葫蘆 | 1.0噸 | 台 | 4 | 備用2台 |
11 | 水泥灌漿料拌合機 | 0.3 | 台 | 1 | ╱ |
12 | 壓力灌漿輸送管 | 2.0兆帕 | 米 | 120 | 備用20米 |
13 | 灌漿保壓閥門 | ╱ | 套 | 2 | ╱ |
14 | 常用工具箱 | ╱ | 套 | 2 | ╱ |
質量控制
《環形預應力梁施工工法》的質量控制要求如下：
一、預應力混凝土結構驗收時，對預應力專項施工應提供下列檔案和記錄：
1.預應力鋼材合格證和檢驗報告。
2.預應力用錨具合格證、抽檢記錄或檢驗報告。
3.金屬波紋管合格證和抽檢記錄。
4.張拉千斤頂及油壓表的配套檢驗記錄。
5.金屬波紋管鋪設的隱蔽工程驗收記錄。
6.預應力筋張拉記錄。
7.孔道灌漿記錄及水泥漿試塊立方強度試驗記錄。
二、預應力施工質量控制，除檢查檔案、記錄外，還應進行外觀抽查和關鍵過程控制。
1.鋼絞線的外觀檢查應逐盤（卷）進行。鋼絞線的捻距應均勻，切斷後不鬆散，其表面不得帶有油污、銹斑或機械損傷。
2.預應力筋用錨具、夾具使用前應進行外觀檢查，其表面因應無污物、鏽蝕、機械損傷和裂紋。
3.波紋管安裝後，應檢查曲線標高、平面位置、固定鬆緊、接頭密封和有無破損，及時糾正偏差，破損處套用波紋管管片覆蓋修補。連線埠處防止灰漿進入。
4.混凝土澆灌前新的振搗棒頭均套用砂輪機磨圓，澆灌混凝十時應絕對避免振動棒強力撞擊波紋管。以防止振動棒將波紋管鑿破後漏漿。破壞其預應力筋的狀態。張拉端、固定端處鋼筋較為集中，混凝土澆搗必須注意振搗密實。
5.預應力筋張拉時，混凝土強度應符合設計要求；當設計無具體要求時，不應低於設計的混凝土立方體抗壓強度標準值的75%。
6.孔道灌漿後在水泥初凝後，終凝前應從出漿孔、秘水孔等處用探棒檢查孔道密實情況。如有局部不密實之處，可採用人工或機械補漿填實。
三、質量驗收按《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204、《建築工程質量檢驗統一標準》GB 50300、《預應力混凝土用金屬螺旋管》JG/T 3014、《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T 5224、《預應力筋用錨具，夾具和連線器套用技術規範》JGJ 85、《預應力筋用錨具，夾具和連線器》GB/T 14370、《預應力液壓千斤頂》JG/T 5028、《預應力用電油泵》GB/T 5224、《建築工程預應力施工規程》CECS 180、《建築施工安全檢查標準》JGJ 59等有關規定執行。
安全措施
採用《環形預應力梁施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.現場放線切割預應力鋼絲、鋼絞線，應設定專用放線架，避免放線時鋼絲、鋼絞線跳彈傷人。
2.張拉時嚴禁踩踏預應力筋、千斤頂後面不得站人，在測量鋼筋伸長值或擰緊錨具螺帽時，應停止張拉，操作人員必須站在千斤頂側面操作。
3.如遇斷絲、滑絲或錨具碎裂、混凝土破碎、孔道中有異常聲響時應立即放鬆千斤頂，查明原因，採取措施後方可再張拉。
4.孔道灌漿時，操作人員應戴防護眼鏡，以防水泥漿噴傷眼睛。
5.高空、臨邊張拉作業應搭設腳手架或操作平台，腳手架應牢固可靠、有裝卸操作千斤頂用面積，並有可靠的護欄。雨天張拉時，應架設防雨棚。
環保措施
《環形預應力梁施工工法》的環保措施如下：
1.張拉施工過程中，採取隔離措施，防止油泵油污污染。
2.灌漿施工時，對灌漿料進行廢料回收。
效益分析
《環形預應力梁施工工法》的效益分析如下：
1.圓環形框架結構不設變形縫，通過設定預應力，解決結構大跨度受力及控制結構變形裂縫產生，減少控制裂縫的其他費用。
2.在施工時根據預應力張拉分段設定施工縫，每一施工段都能滿足預應力分段張拉。預應力筋採用每二跨按50%的分離式交叉搭接設定，分階段張拉，第一批50%預應力筋張拉完成後即可拆除模板。
3.張拉順序為採用分批張拉和交錯張拉，分散預應力損失和張拉端錨固局部承壓的作用效應。
套用實例
《環形預應力梁施工工法》先後套用於上海鐵路南站主站屋工程、上海光源工程主體建築和上海市南匯區機關辦公中心工程。
- 實例1
上海鐵路南站主站屋工程9.90米平台為寬56.35米，外徑270米的圓環形框架結構。結構超長超寬，不留變形縫。框架平台由五條環形預應力工字梁、徑向次梁及水平梁組成。五條超大直徑預應力環形工字梁採用有粘結預應力寬扁梁，梁截面為∶高1560～2100毫米，腹板寬700～1950毫米，翼板寬2500毫米。見圖5。
圖5 上部結構分塊示意圖
結構預應力筋一般按兩垮長度設定，交錯搭接。在施工分塊中按柱網每塊至少有兩跨，保證有50%預應力筋能夠在本塊張拉。預應力筋張拉逐塊連續進行，分批張拉，分批拆模。通過該工法工藝，成功實現了主站屋超長圓環形梁預應力的施工，取得了良好的經濟和質量效果，該工程於2003年7月開工，2004年9月結構全面建成，結構施工質量被評為上海優質結構，見照片效果圖6。
圖6 圓環形預應力梁效果圖
- 實例2
上海光源工程主體建築為圓環形建築，其外圍為圓環形框架結構，結構採用環形預應力梁施工工法，結構施工取得圓滿成功。工程2004年12月開工，2006年12月全面建成，結構施工質量被評為上海優質結構。
- 實例3
上海市南匯區機關辦公中心工程中環形預應力結構主要分布於F區+8.500、＋17.200標高的會議中心環形圍護結構以及屋面的屋蓋支撐梁中。該工法在該工程中套用良好。
榮譽表彰
2008年01月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《環形預應力梁施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。
