厦门市地铁2号线一期工程高林停车场由运用库、轨道咽喉区及运转中心地下室组成。其中运用库为单层框架结构, 高12m, 由1区和2区组成, 每个区横向长约160m, 纵向宽约130m, 在长度和宽度方向都属于超长结构。由于本工程四周预留很多洞口, 没有室内保温, 属于露天工程, 为减少结构超长引起的温度应力, 运用库沿横向和纵向的梁和板中均设置预应力筋, 通过对混凝土施加预压应力抵抗混凝土收缩产生的拉应力。预应力筋采用ф^s15.2高强1 860级低松弛钢绞线, 其标准强度f_ptk=1 860N/mm², 张拉控制应力为0.75f_ptk=1 395MPa。

由于该停车场建成后上部为公园, 有3m厚覆土, 荷载较大。故楼板采用无黏结预应力技术, 梁中采用缓黏结技术。梁中的预应力筋除解决温度应力外, 还抵抗一部分竖向荷载。横向梁的标准跨度为9m, 截面尺寸为700mm×1 800mm, 配置22根预应力筋;纵向梁的标准跨度为12.6m和14.8m, 截面尺寸为600mm×1 700mm, 分别配置16根和18根预应力筋。预应力筋的张拉采用单端张拉和双端张拉形式, 跨度大于25m的构件采用双端张拉预应力筋。张拉端采用单孔夹片锚具, 固定端采用挤压锚具, 锚具效率系数不小于0.95。

缓黏结预应力摒弃了有黏结预应力施工复杂、孔道灌浆质量难以保证、张拉端做法困难的缺点, 以及无黏结预应力在抗震及主要承受动荷载的结构体系中的不足。它的特点主要是施工简便、与混凝土黏结锚固性能良好、质量容易保证, 从而可替代有黏结及无黏结预应力产品。缓黏结预应力筋由钢绞线、缓黏剂和高强PE护套组成。缓黏结剂在预应力筋张拉前没有固化, 张拉后逐渐固化并和混凝土共同作用, 如图1所示。缓黏结的张拉固化时间为3～8个月, 可满足不同工程需要。

本工程框架梁中的预应力筋一方面要抵抗部分竖向荷载;另一方面要抵抗温度收缩应力, 结合缓黏结预应力筋特点, 对缓黏结预应力技术在重载超长混凝土结构中的应用进行研究。

横向和纵向梁的预应力筋初步设计时线型均为 (250, 200, 250) , 图2a为横向标准跨曲线, 图2b为纵向标准跨曲线。进行深化设计时, 从受力和构造的角度对曲线进行了优化, 如图2c所示。

考虑到横向长度为160m, 而梁的跨度较小 (跨度为9m) , 故该方向预应力筋的主要作用为抵抗温度应力;东西向长度为130m, 而梁的跨度较大 (跨度为12.6m和14.8m) , 故该方向预应力筋的主要作用为抵抗上部荷载。由于横向铺设完成后的预应力筋曲率较大, 导致预应力摩擦损失也较大;加上在柱处2个方向预应力相交, 普通钢筋和预应力筋根数较多。因此, 在施工过程中将横向梁线型调整为 (450, 400, 450) , 横向预应力筋的摩擦损失可以降低20%。同时在柱相交处2个方向的预应力筋上下相差200mm左右, 可保证混凝土振捣密实。

为保证混凝土振捣密实及预应力筋和混凝土黏结牢固, 预应力筋每束不宜大于5根, 不应超过6根。当预应力筋1排放置不下时, 采用上下2排布置。并根据箍筋肢数, 横向梁采用4束, 纵向梁采用3束。

铺设后的预应力筋在梁内对称分布。为保证混凝土浇捣有足够空间能够流到梁底从而保证浇筑质量, 预应力筋要每隔1.5m左右绑扎成束并与定位筋固定。预应力筋应顺平, 不应绞在一起。在铺设过程中, 如遇需要改变预应力筋位置的情况, 需钢筋工 (包括其他工种) 协调好从而使预应力筋在平面位置不发生大的角度变化。普通钢筋的箍筋、拉筋等应避让预应力筋。

本工程结构每隔40m左右设有后浇带, 后浇带与预应力筋正交, 考虑后浇带位置处的混凝土需要延后浇筑, 因此在后浇带位置处采取预应力筋搭接的方法, 可保证后浇带之间的预应力筋不受后浇带的影响提前进行张拉。为保证预应力筋在后浇带处能够正常张拉, 将张拉端在过箍筋加密区或纵筋截断位置外的梁面弯起。出张拉端位置应前后错开, 前后间距≥500mm, 并且每排根数≤6根, 如图3所示。

在梁柱节点区域普通钢筋和预应力筋根数较多, 若该处预应力筋搭接, 预应力筋将变为2倍。为保证混凝土振捣密实, 预应力筋应上下排布置, 如图4所示, 上下排间距保证距离≥200mm, 但不能超过300mm。预应力筋弯起时同样分成3排或4排出梁面。

缓黏结剂受温度影响较大, 温度越低, 黏滞力越大, 温度越高, 黏滞力越小。张拉时应采用持荷超张拉方式消除缓黏结预应力筋与护套之间的黏滞力。考虑到厦门气温较高 (20℃以上) , 缓黏结预应力筋的摩擦系数k取0.006, μ取0.12。张拉时采用3%的超张拉。

1) 张拉程序:0→10%σcon→103%σcon。

2) 张拉力每根钢绞线张拉力F_j=195kN, 考虑3%的超张拉后, 张拉控制力为201.1kN。

3) 曲线预应力筋的理论张拉伸长值△L_T按下式计算:

式中, F_j为预应力筋的张拉力;A_p为预应力筋的截面面积;E_p为预应力筋的弹性模量;L_T为从张拉端至固定端的孔道长度 (m) ;k为每米孔道局部偏差摩擦影响系数;u为预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数;θ为从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角 (rad) 。

4) 伸长值校核张拉过程中, 逐一准确量测伸长值并与理论计算伸长值△L比较, 允许误差为-6%～6%即:0.94△L≤[△L]≤1.06△L, 实际伸长值△L=L₂-L₁, 式中, L₂为张拉之后的实测外露长度值;L₁为张拉之前的实测外露长度值。

5) 预应力筋理论伸长值与实测值比较张拉过程中对不同长度和线型的预应力筋的伸长值进行测试, 并与理论计算值进行比较, 如表1所示。由表1可看出, 实际伸长值略大于理论值, 说明在厦门地区采用JGJ 387—2017《缓黏结预应力混凝土结构技术规程》中的摩擦系数可行。

缓黏结筋的下料→线型定位→铺放预应力筋→张拉端承压板固定→螺旋筋安装→浇捣混凝土→预应力筋张拉→端部处理。

1) 缓黏结筋表皮破损及时修复。在缓黏结预应力筋穿筋过程中应做好成品保护, 防止预应力筋表皮划伤。对局部破损的外包层应及时采用胶带进行缠绕修补, 减少缓黏结剂的遗漏。胶带搭接宽度不小于胶带宽度的1/2, 缠绕长度应超过破损长度。

2) 定位钢筋、缓黏结筋及锚垫板应固定牢固, 保证预应力筋曲线在振捣过程中不失位。振捣时应尽量避免振捣棒直接插在钢绞线上, 防止振捣棒将钢绞线外皮磨破, 影响以后的张拉施工。

3) 浇筑时必须保证混凝土密实, 尤其是预应力筋张拉端和固定端处。

本工程不仅结构超长, 而且荷载又大, 采用缓黏结预应力技术一方面抵抗部分竖向荷载;另一方解决温度收缩应力, 对控制混凝土梁的裂缝, 降低梁的挠度, 起到很好效果。

对于这种荷载大、超长的结构, 通过对普通钢筋和预应力筋的合理配置, 对预应力筋线型进行优化, 对节点构造进行细化, 对预应力筋的安装工序进行合理安排, 对于缩短施工工期和提高工程质量起到关键作用。