無粘結預應力混凝土樓板開洞工程技術分析
2008-08-22 00:00
關鍵詞：開洞工程,無粘結預應力,混凝土板,剔除,預應力筋,放張,加固
北京市豐臺區(qū)花鄉(xiāng)農工商聯合總公司新建的工農業(yè)產品展銷廳工程總建筑面積44561．87m 2，分為A、B兩棟。其中A棟建筑面積40124．87m2，地下l層，地上3層，標準層高為4．2m，樓蓋采用無粘結預應力混凝土扁梁、板結構，柱網尺寸為9000mm×9900mm、9900mm×9900mm，扁梁寬有1000、1200mm兩種，高均為500mm，板厚200mm，板內無粘結預應力鋼絞線為雙向曲線布置。
1開洞工程概況
該工程主體結構無粘結預應力混凝土扁梁、板施工于1998年l 2月全部完成。l 999年初建設單位在審批時，認為門廳高度太低，因此要求將1、2層1／A—B、l 2一l 3軸之間的無粘結預應力混凝土頂板剔除。即要在9000mm×8100mm柱網內，沿3道無粘結預應力混凝土扁梁和1道非預應力混凝土邊梁的邊沿將無粘結預應力混凝土平板全部剔除，并將與剔除部位相關的頂板預應力恢復，洞口尺寸為8000mm×7450mm。
開洞工程混凝土的剔除由曼德新技術鋼筋混凝土鉆孔工程部承擔，無粘結預應力筋的切斷、放張、重新張拉由北京市建筑工程研究院預應力所完成。
2開洞工程難點及特點
2.1架木支撐系統支搭工程量大
準備開洞時，結構工程已完工，架木已拆除，并且材料全部撤離現場，但剔除前，地下室至地上2層頂板的剔除部位及其相關的頂板的架木支撐需恢復原預應力筋張拉前的支 搭方案，按原方案估算，僅支撐管就需要2．6萬根，如此大的架木支撐系統支搭工程量，給開洞工程施工和建設單位的資金投入帶來較大困難。
2.2 剔鑿難度大
由于在混凝土板剔鑿過程中，對預應力筋的鋪放準確位置難以確認，并必須保證預應力筋不受任何損傷，難度相當大，因此，為避免剔斷預應力筋時，造成無法重新張拉，剔鑿只能遠離扁梁邊尋找筋位。
2.3 重新張拉預應力筋的張拉端部加固處理措施難度大
開洞過程中，與洞相關的預應力筋切斷、放張后，還需重新張拉，原一端張拉和兩端張拉預應力筋切斷后張拉端分別設在B和l 2、l 3軸扁梁邊，由于預應力筋放張和重新張拉時，張拉端端部混凝土強度很難滿足施工要求，因此，必須進行加固處理，確保張拉工藝的順利進行。
2.4 預應力筋切斷回縮量大
開洞位置板12—13軸間需切斷預應力筋共計27束合15鋼絞線，為一端張拉，張拉端設在l／A軸非預應力邊梁上，固定端埋設在2號樓梯梁內，長度約為18m；1／A一B軸間預應力筋為23束øj15鋼絞線，長度約為63m，為兩端張拉，張拉端分別設在9、16軸伸縮縫預應力邊梁上。兩種筋的張拉伸長值分別約為120mm和380mm，因此，切筋和放張時會產生較大回縮，特別是1／A一B軸間筋。為避免操作過程中出現安全質量事故，確保緩慢放張，放張前必須制定技術措施。
3 開洞工程施工
3.1 板底支撐系統的搭設
在確保施工安全和禁止破壞洞口四周梁及其相關板的前題下，在開洞剔除混凝土板前，需進行梁板支撐系統的搭設，其應支撐部位為地下室，1、2層開洞部位的混凝土板及其四周梁(即1／A—B軸與12—13軸間板及四周梁)和與開洞相關的混凝土板(即1／A一B軸間9—12軸、13—16軸間的板及B一C軸間12一13軸間的板)。
為盡量減少搭設工程量，經過認真研究分析制定了分段進行混凝土板剔除、預應力筋的切斷、放張、張拉端面處理、重新張拉的施工技術方案，并確定了兩種支搭方案，即地下室，1、2層頂板剔除部位板及其四周梁的支撐系統仍采用原滿堂紅支搭方案，其它相關板選用對角線雙排架木支搭方法，支撐系統布置。
3.2 預應力混凝土板的混凝土剔除
3.2.1 剔除順序
先剔除沿B、12、13軸扁梁邊的3道板縫，板縫寬度為l 一1．5m，待預應力筋切斷、放張和重新張拉處理完畢后，再剔除非預應力梁邊的板縫混凝土，最后將中間板混凝土破碎 后清除。
3.2.2 剔除技術要求
(1)混凝土的剔除選用人工剔鑿和機械鉆孔兩種方法。扁梁邊預應力筋由于離梁板面較近，因此必須采用人工剔鑿，剔除方向由遠離扁梁邊向扁梁邊，待確認預應力筋的準確位置后，再向梁邊剔除。在剔除過程中，嚴禁在梁邊處剔斷預應力筋。
(2)剔除過程中，由于月軸扁梁邊張拉端端部承壓面的加固處理方法較復雜，且處理時間較長，因此在3道剔除板縫中，先剔月軸，后剔12、l 3軸板縫。每道板縫采取分段剔除、切筋、放張、端面處理、重新張拉的方法。分段方法為先中間后兩側對稱進行，每段長約lm左右。
(3)混凝土剔除時，嚴禁破壞扁梁混凝土，剔除后應確保扁梁邊混凝土表面平整，并需用高標號水泥砂漿抹平，確保放張工序正常進行。
(4)混凝土剔除中，扁梁邊板上部非預應力筋應盡量保留，下部非預應力筋需全部保留，預留長度不應小于200mm，供張拉端加固角板和端部封堵后澆外包混凝土小梁與扁梁連接用。
3.3 預應力筋切斷
3.3.1 切斷前準備
(1)割除無粘結預應力筋外包塑料管后，在被剔出B軸板縫內預應力筋兩端混凝土扁梁邊和板端面及12、13軸板縫內的扁梁邊分別安裝工具式開口墊板(見圖3)及開口式雙缸千斤頂。為防止放張時由于預應力筋回縮造成千斤頂難以拆卸，l／A一B軸向筋和9—12、13—16軸向預應力筋所安裝的雙缸千斤頂活塞出缸尺寸分別不小于80mm和180mm。
(2)在預應力筋切斷位置左右各100mm處，用鉛絲纏繞并綁牢，避免斷筋時由于預應力筋回縮造成鋼絞線的各絲松散。
3.3.2 切斷預應力筋
(1)用氣焊烘烤預應力筋切斷位置，并切斷預應力筋。切筋位置應保證預應力筋重新張拉時外露長度、預應力筋放張后的回縮尺寸及烘烤區(qū)長度，故l／A一月軸向筋和9—12、13一l 6軸向筋的張拉端預留外露長度分別不小于650mm和800mm。
(2)切筋的技術要求?、兕A應力筋的切斷A匝序與混凝土 剔除順序相同；②切斷前，應先檢查該筋原張拉端、錨固端混凝土是否出現開裂和其它質量問題，并注意端部封擋；③烘 烤、切斷預應力筋時，嚴禁在該筋對面及原張拉端、固定端站人；④烘烤過程中，應注意防火，并注意避免預應力筋淬火造成強度降低。
3.4 放張
預應力筋切斷后，回油并拆除雙缸千斤頂及其工具式開口墊板。
3.5 張拉端端面加固處理
3.5.1 B軸張拉端端面處理
2—13軸間預應力筋與Bi軸無粘結預應力扁梁箍筋平行，并在其架立筋上面設置通過，預應力筋在B軸扁梁邊張拉端的端面混凝土的保護層僅有30mm，同時由于澆筑混凝土時振搗時間過長，造成鋼筋保護層為素水泥砂漿，重新張拉時張拉端端部強度不能滿足張拉要求，僅用很小的張拉力預應力筋就被拉翻，所以預應力筋重新張拉前必須進行張拉端面加固。加固選用角形鋼板(見圖4)，操作方法如下：①用結構膠粘牢角形加固鋼板，并用5條Ø18mm膨脹螺栓固定；②角形加固鋼板與被剔除預應力混凝土板底預留非預應力筋焊牢。
3.5.2 12、13軸張拉端面處理
1／A一B軸間預應力筋與12、13軸扁梁箍筋平行，并在其架立筋下面設置通過，預應力筋在12、l 3軸張拉端面混凝土保護層厚度大于50mm，重新張拉時張拉端端部強度能滿足張拉要求，因此扁梁邊張拉端喪面混凝土用高標號環(huán)氧砂漿恢復平整，預應力筋切斷、放張后，將承壓板用結構膠粘牢并重新張拉，承壓板如圖5所示。
3.6重新張拉
(1)安裝錨具、穿心式千斤頂。并進行張拉。
(2)張拉技術要求如下：①張拉順序同剔除方案相同：②預應力筋標準強度人，fptk＝1860N／mm 2，單束預應力筋張批控制應力口σcon＝1302N／mm2，錨具為單孔楔型錨；③張拉機具在使用前，必須進行標定；④施工時，超張拉3％；⑤預應力筋全部張拉完畢后，方可拆除梁、板底面支撐。
3.7澆筑外包混凝土梁
(1)預應力筋張拉完畢后。錨具外預應力筋的預留長度為200mm，并用水管將其拆散，錨具外預應力筋直線長度不允許小于30mm。
(2)預應力筋張拉端外包混凝土梁尺寸為214mm×214mm。鋼筋為4ø12。箍筋為ø6@200mm,箍筋與扁梁邊原保留板鋼筋連接，混凝土為C30，其作法如圖6所示。
4 開洞工程小結
(1)預應力筋施加預應力時，其張拉端部承受的應力大小與錨具的分布、承壓板在端部的位置及面積大小等因素有關，故預應力筋重新張拉前，應根據張拉端部的實際情況進行研究分析，并提出切合實際的加固方案。
(2)無粘結預應力混凝土平板開洞，最大拉應力出現在洞口角板底部，并沿45°方向向角板延伸，由于開洞對板的應力影響(即洞口角部在一定范圍內產生較大的應力集中)，因此應在洞口周圍配置加強鋼筋，在洞口角部需配置斜向筋。該工程洞口尺寸較大，但由于原平板四周設置的預應力扁梁和非預應力邊梁的配筋量較大，因此在施工過程中，洞口四周和4個角部未作任何處理，而對垂直B軸的預應力筋張拉端端部預先進行了加固處理，避免張拉端面縱向開裂，確保重新張拉，取得了較好的效果。
(3)建議設計單位在設計無粘結預應力平板結構(無論是連續(xù)板，還是單跨板)的預應力筋曲線高度時，對通過支座處的預應力筋，應堅持必須在梁或暗梁的架立筋下面設置的原則，滿足變動建筑功能要求，簡化改造工程施工工藝，提高結構工程的安全度。
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
北京市豐臺區(qū)花鄉(xiāng)農工商聯合總公司新建的工農業(yè)產品展銷廳工程總建筑面積44561．87m 2，分為A、B兩棟。其中A棟建筑面積40124．87m2，地下l層，地上3層，標準層高為4．2m，樓蓋采用無粘結預應力混凝土扁梁、板結構，柱網尺寸為9000mm×9900mm、9900mm×9900mm，扁梁寬有1000、1200mm兩種，高均為500mm，板厚200mm，板內無粘結預應力鋼絞線為雙向曲線布置。
1開洞工程概況
該工程主體結構無粘結預應力混凝土扁梁、板施工于1998年l 2月全部完成。l 999年初建設單位在審批時，認為門廳高度太低，因此要求將1、2層1／A—B、l 2一l 3軸之間的無粘結預應力混凝土頂板剔除。即要在9000mm×8100mm柱網內，沿3道無粘結預應力混凝土扁梁和1道非預應力混凝土邊梁的邊沿將無粘結預應力混凝土平板全部剔除，并將與剔除部位相關的頂板預應力恢復，洞口尺寸為8000mm×7450mm。
開洞工程混凝土的剔除由曼德新技術鋼筋混凝土鉆孔工程部承擔，無粘結預應力筋的切斷、放張、重新張拉由北京市建筑工程研究院預應力所完成。
2開洞工程難點及特點
2.1架木支撐系統支搭工程量大
準備開洞時，結構工程已完工，架木已拆除，并且材料全部撤離現場，但剔除前，地下室至地上2層頂板的剔除部位及其相關的頂板的架木支撐需恢復原預應力筋張拉前的支 搭方案，按原方案估算，僅支撐管就需要2．6萬根，如此大的架木支撐系統支搭工程量，給開洞工程施工和建設單位的資金投入帶來較大困難。
2.2 剔鑿難度大
由于在混凝土板剔鑿過程中，對預應力筋的鋪放準確位置難以確認，并必須保證預應力筋不受任何損傷，難度相當大，因此，為避免剔斷預應力筋時，造成無法重新張拉，剔鑿只能遠離扁梁邊尋找筋位。
2.3 重新張拉預應力筋的張拉端部加固處理措施難度大
開洞過程中，與洞相關的預應力筋切斷、放張后，還需重新張拉，原一端張拉和兩端張拉預應力筋切斷后張拉端分別設在B和l 2、l 3軸扁梁邊，由于預應力筋放張和重新張拉時，張拉端端部混凝土強度很難滿足施工要求，因此，必須進行加固處理，確保張拉工藝的順利進行。
2.4 預應力筋切斷回縮量大
開洞位置板12—13軸間需切斷預應力筋共計27束合15鋼絞線，為一端張拉，張拉端設在l／A軸非預應力邊梁上，固定端埋設在2號樓梯梁內，長度約為18m；1／A一B軸間預應力筋為23束øj15鋼絞線，長度約為63m，為兩端張拉，張拉端分別設在9、16軸伸縮縫預應力邊梁上。兩種筋的張拉伸長值分別約為120mm和380mm，因此，切筋和放張時會產生較大回縮，特別是1／A一B軸間筋。為避免操作過程中出現安全質量事故，確保緩慢放張，放張前必須制定技術措施。
3 開洞工程施工
3.1 板底支撐系統的搭設
在確保施工安全和禁止破壞洞口四周梁及其相關板的前題下，在開洞剔除混凝土板前，需進行梁板支撐系統的搭設，其應支撐部位為地下室，1、2層開洞部位的混凝土板及其四周梁(即1／A—B軸與12—13軸間板及四周梁)和與開洞相關的混凝土板(即1／A一B軸間9—12軸、13—16軸間的板及B一C軸間12一13軸間的板)。
為盡量減少搭設工程量，經過認真研究分析制定了分段進行混凝土板剔除、預應力筋的切斷、放張、張拉端面處理、重新張拉的施工技術方案，并確定了兩種支搭方案，即地下室，1、2層頂板剔除部位板及其四周梁的支撐系統仍采用原滿堂紅支搭方案，其它相關板選用對角線雙排架木支搭方法，支撐系統布置。
3.2 預應力混凝土板的混凝土剔除
3.2.1 剔除順序
先剔除沿B、12、13軸扁梁邊的3道板縫，板縫寬度為l 一1．5m，待預應力筋切斷、放張和重新張拉處理完畢后，再剔除非預應力梁邊的板縫混凝土，最后將中間板混凝土破碎 后清除。
3.2.2 剔除技術要求
(1)混凝土的剔除選用人工剔鑿和機械鉆孔兩種方法。扁梁邊預應力筋由于離梁板面較近，因此必須采用人工剔鑿，剔除方向由遠離扁梁邊向扁梁邊，待確認預應力筋的準確位置后，再向梁邊剔除。在剔除過程中，嚴禁在梁邊處剔斷預應力筋。
(2)剔除過程中，由于月軸扁梁邊張拉端端部承壓面的加固處理方法較復雜，且處理時間較長，因此在3道剔除板縫中，先剔月軸，后剔12、l 3軸板縫。每道板縫采取分段剔除、切筋、放張、端面處理、重新張拉的方法。分段方法為先中間后兩側對稱進行，每段長約lm左右。
(3)混凝土剔除時，嚴禁破壞扁梁混凝土，剔除后應確保扁梁邊混凝土表面平整，并需用高標號水泥砂漿抹平，確保放張工序正常進行。
(4)混凝土剔除中，扁梁邊板上部非預應力筋應盡量保留，下部非預應力筋需全部保留，預留長度不應小于200mm，供張拉端加固角板和端部封堵后澆外包混凝土小梁與扁梁連接用。
3.3 預應力筋切斷
3.3.1 切斷前準備
(1)割除無粘結預應力筋外包塑料管后，在被剔出B軸板縫內預應力筋兩端混凝土扁梁邊和板端面及12、13軸板縫內的扁梁邊分別安裝工具式開口墊板(見圖3)及開口式雙缸千斤頂。為防止放張時由于預應力筋回縮造成千斤頂難以拆卸，l／A一B軸向筋和9—12、13—16軸向預應力筋所安裝的雙缸千斤頂活塞出缸尺寸分別不小于80mm和180mm。
(2)在預應力筋切斷位置左右各100mm處，用鉛絲纏繞并綁牢，避免斷筋時由于預應力筋回縮造成鋼絞線的各絲松散。
3.3.2 切斷預應力筋
(1)用氣焊烘烤預應力筋切斷位置，并切斷預應力筋。切筋位置應保證預應力筋重新張拉時外露長度、預應力筋放張后的回縮尺寸及烘烤區(qū)長度，故l／A一月軸向筋和9—12、13一l 6軸向筋的張拉端預留外露長度分別不小于650mm和800mm。
(2)切筋的技術要求?、兕A應力筋的切斷A匝序與混凝土 剔除順序相同；②切斷前，應先檢查該筋原張拉端、錨固端混凝土是否出現開裂和其它質量問題，并注意端部封擋；③烘 烤、切斷預應力筋時，嚴禁在該筋對面及原張拉端、固定端站人；④烘烤過程中，應注意防火，并注意避免預應力筋淬火造成強度降低。
3.4 放張
預應力筋切斷后，回油并拆除雙缸千斤頂及其工具式開口墊板。
3.5 張拉端端面加固處理
3.5.1 B軸張拉端端面處理
2—13軸間預應力筋與Bi軸無粘結預應力扁梁箍筋平行，并在其架立筋上面設置通過，預應力筋在B軸扁梁邊張拉端的端面混凝土的保護層僅有30mm，同時由于澆筑混凝土時振搗時間過長，造成鋼筋保護層為素水泥砂漿，重新張拉時張拉端端部強度不能滿足張拉要求，僅用很小的張拉力預應力筋就被拉翻，所以預應力筋重新張拉前必須進行張拉端面加固。加固選用角形鋼板(見圖4)，操作方法如下：①用結構膠粘牢角形加固鋼板，并用5條Ø18mm膨脹螺栓固定；②角形加固鋼板與被剔除預應力混凝土板底預留非預應力筋焊牢。
3.5.2 12、13軸張拉端面處理
1／A一B軸間預應力筋與12、13軸扁梁箍筋平行，并在其架立筋下面設置通過，預應力筋在12、l 3軸張拉端面混凝土保護層厚度大于50mm，重新張拉時張拉端端部強度能滿足張拉要求，因此扁梁邊張拉端喪面混凝土用高標號環(huán)氧砂漿恢復平整，預應力筋切斷、放張后，將承壓板用結構膠粘牢并重新張拉，承壓板如圖5所示。
3.6重新張拉
(1)安裝錨具、穿心式千斤頂。并進行張拉。
(2)張拉技術要求如下：①張拉順序同剔除方案相同：②預應力筋標準強度人，fptk＝1860N／mm 2，單束預應力筋張批控制應力口σcon＝1302N／mm2，錨具為單孔楔型錨；③張拉機具在使用前，必須進行標定；④施工時，超張拉3％；⑤預應力筋全部張拉完畢后，方可拆除梁、板底面支撐。
3.7澆筑外包混凝土梁
(1)預應力筋張拉完畢后。錨具外預應力筋的預留長度為200mm，并用水管將其拆散，錨具外預應力筋直線長度不允許小于30mm。
(2)預應力筋張拉端外包混凝土梁尺寸為214mm×214mm。鋼筋為4ø12。箍筋為ø6@200mm,箍筋與扁梁邊原保留板鋼筋連接，混凝土為C30，其作法如圖6所示。
4 開洞工程小結
(1)預應力筋施加預應力時，其張拉端部承受的應力大小與錨具的分布、承壓板在端部的位置及面積大小等因素有關，故預應力筋重新張拉前，應根據張拉端部的實際情況進行研究分析，并提出切合實際的加固方案。
(2)無粘結預應力混凝土平板開洞，最大拉應力出現在洞口角板底部，并沿45°方向向角板延伸，由于開洞對板的應力影響(即洞口角部在一定范圍內產生較大的應力集中)，因此應在洞口周圍配置加強鋼筋，在洞口角部需配置斜向筋。該工程洞口尺寸較大，但由于原平板四周設置的預應力扁梁和非預應力邊梁的配筋量較大，因此在施工過程中，洞口四周和4個角部未作任何處理，而對垂直B軸的預應力筋張拉端端部預先進行了加固處理，避免張拉端面縱向開裂，確保重新張拉，取得了較好的效果。
(3)建議設計單位在設計無粘結預應力平板結構(無論是連續(xù)板，還是單跨板)的預應力筋曲線高度時，對通過支座處的預應力筋，應堅持必須在梁或暗梁的架立筋下面設置的原則，滿足變動建筑功能要求，簡化改造工程施工工藝，提高結構工程的安全度。
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