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摘要：預應力技術結合設置后澆帶是解決超長不設縫混凝土結構抗裂問題的較好措施之一。文章就南京大屠殺紀念館擴建工程這一超長混凝土結構為實例介紹了預應力施工的工藝、要點、難點及對策，為類似工程提供成功經驗。...

南京大屠殺紀念館擴建工程的預應力施工技術

韓春斌  朱傳娣  王翔  揚波

江蘇省建筑科學研究院有限公司，江蘇南京210008

    近年來。隨著國民經濟的發展，在我國各種大型公共建筑大量涌現。如會展中心、體育場館、鐵路客運站、物流中心、商業中心、大型廠房等，這類建筑一般平面尺寸超長、面積超大，結構長度遠遠超過《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2002)建議設置伸縮縫的間距要求。由于設縫影響建筑立面效果，削弱了結構的整體性，給防水、通風和保溫等建筑構造帶來許多困難，地震引起結構在伸縮縫處的碰撞破壞現象較多。因此不設縫的設計思想逐漸為廣大設計人員所認同。由于結構超長。往往因為溫度及收縮變形大而引起結構開裂，因此應采取一定的措施解決超長不設縫混凝土結構的抗裂問題，預應力技術結合設置后澆帶的方法是解決上述問題的較好措施之一。

1、工程背景

    1985年在南京大屠殺現場之一的江東門“萬人坑”遺址上建設了侵華日軍南京大屠殺遇難同胞紀念館，為迎接中國人民抗日戰爭勝利60周年，紀念南京大屠殺同胞遇難70周年。對紀念館進行擴建改造，擴建范圍位于現有紀念館東西兩側。主要包括擴建紀念館和紀念公園兩個部分。該館總體構思以戰爭、殺戮、和平3個概念組合，由東向西順序而成，與此相對應的是“斷刀”、“死亡之庭”、“鑄劍為犁”3個空間意境的塑造。南京大屠殺遺址紀念館地形狹長．狀如長刀。在設計中以“軍刀”象征日本帝國主義在中國犯下的滔天罪行。以掩埋在土中的折斷的軍刀隱喻正義戰勝邪惡。象征著中華民族通過艱苦卓絕的奮斗終于戰勝侵略者。東端的新建展館，是一個斜插入地面的三角形體塊，造型簡潔、有力。其端部傾斜向下，猶如“折斷的軍刀”，見圖l。

 

2、工程概況

    新建展館為不規則形狀，平面和立面均為三角形，西低東高．坡度為11％，高差達18 m，東西最長為205.5 m，南北最長為78.9 m，為一超長混凝土結構。整個建筑要求不設伸縮縫。如何解決如此超長不設縫混凝土結構的抗裂是結構上需要考慮的問題。預應力技術結合設置后澆帶無疑是一個較好實施，設置后澆帶可使混凝+早期的粒縮影響減，少到較小程度，而施加預應力可減弱或消除混凝土后期溫度應力的影響。具體措施為：在結構中部設置南北向的后澆帶兩條，將整個結構分為3個區段。在框架梁的形心處布置直線預應力筋。

    本工程采用后張有粘結預應力技術，預應力筋采用高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值為Fm=1860 MPa。預應力筋孔道采用預埋鍍鋅波紋管成孔。錨具張拉端采用 OVM夾片式錨具。固定端采用擠壓錨，錨具局部承壓采用與錨具配套的錨墊板及螺旋筋。混凝土強度達90％設計強度(C40)后進行張拉，預應力筋張拉后應及時灌漿并封裹錨具。

3、預應力施工流程

    后張有粘結預應力常規的施工流程如下：

    鋪梁底模→綁扎梁非預應力筋→畫預應力筋坐標→焊預應力筋支架→排放波紋管→ 安裝埋件→穿預應力筋→隱蔽工程驗收→支梁側模→澆筑混凝土→混凝土養護→拆梁側模→預應力筋張拉→外露切割→灌漿→端部封裹→落架及拆除模板。

    本工程的框架梁很長(最長l62 m)且為斜向，土建施工分3塊進行綁扎鋼筋(從上往下依次為：l區、Ⅱ區、Ⅲ區)，施工順序如下：先綁扎Ⅲ區非預應力鋼筋，然后澆筑Ⅲ區混凝土。再綁扎Ⅱ區的非預應力鋼筋，然后綁扎l區的非預應力鋼筋，最后整體澆筑l區和Ⅱ區的混凝土。這樣的施工工藝給預應力施工帶來了困難．常規的預應力施工流程不可行，經考慮決定采取如下方案：Ⅲ區預應力施工時和土建同時進行，鋪放波紋管(不穿鋼絞線)，安放好張拉端的預埋件．澆筑Ⅲ區混凝土，接著跟隨土建的施工進度鋪放Ⅱ區的波紋管和I區的波紋管。然后一次性由高往低穿入鋼絞線，最后澆筑l區和Ⅱ區的混凝土，待后澆帶混凝土達到90％設計強度后再進行預應力張拉和灌漿。

4、預應力施工工藝和要點

    4.1有粘結預應力梁鋪束施工

    預應力筋的鋪設由于與諸多工種交叉作業，勢必占用一定的施工工期。同時，由于波紋管留設質量的好壞，將直接關系到后面張拉工作能否順利進行。因此。預應力筋的鋪設工藝是整個預應力施工的重點。

    4.1.1鋪管穿筋前的準備

    (1)施工前應依據設計參數對預應力筋進行標高放樣。同時對所有參與工作人員進行較為詳細的技術交底。

    (2)預應力筋下料長度由軸跨及線形、柱尺寸、張拉長度來確定。下料應用砂輪機切割。

    4.1.2波紋管鋪放

    鋪放前應對波紋管進行檢查。如發現砂眼或脫扣應用膠帶纏或截斷。梁非預應力筋綁扎成型后從一端或兩端將波紋管穿入梁內，兩根管問加大一號的接頭管，并用膠帶封裹。見圖2。將波紋管理順并與支架筋用鐵絲固定。

    4.1.3埋件安裝及錨具排列

  

    預應力施工前根據局部承壓要求對預應力張拉端節點進行深化設計(圖3)，節點施工時按圖施工，注意錨墊板與螺旋筋緊貼，并與非預應力鋼筋固定，錨具排列除了考慮結構設計中預應力筋的合理布置外。還必須滿足施工中千斤頂的最小工作空間。

    4.1.4穿束

    在波紋管鋪設完畢后用特制的”子彈頭”將鋼絞線逐根穿入。

    4.1.5灌漿(泌水)孔的設置

    在每跨梁支座附近及固定端各設一灌漿(泌水)孔，灌漿(泌水)孔安裝時在波紋管上開一25 mm的小孔，上覆海棉及弧型蓋板，上接中25的塑料管出梁面500 mm，并用膠帶封口，見圖4。

  

    4.2混凝土澆筑

    4.2.1澆筑前檢查

    鋪柬完畢由于還有諸多后續工序。因此在混凝土澆筑前尚應對錨墊板的位置，波紋管的破損情況等進行檢查，若有上述情況發生。應及時予以調整和修補后方能澆筑混凝土。

    4.2.2混凝土澆搗

    澆筑混凝土時．應教育振搗工人避免振搗棒直接撞擊波紋管，以免振壞波紋管，造成漏漿，萬一波紋管內漏漿會造成以后對預應力筋張拉及灌漿不利的影響。混凝土必須振搗密實，特別是鋼筋密集區、張拉端尤應注意。

    4.2.3混凝土養護

    混凝土澆搗結束后應加強養護，保持充分濕潤，防止水份過早蒸發而表面產生裂縫。在澆筑中除留置竣工資料中需要的標養試塊外，尚要留置施工試塊，并與構件同條件養護，以確定張拉時間之用。

    4.3預應力張拉施工

    預應力張拉是通過張拉機械將力作用于預應力筋上，然后通過預應力筋最終作用于混凝土上，從而在結構中建立起預應力。因此。預應力筋張拉是整個預應力施工的關鍵。它將最終決定梁中預應力值的大小。

    4.3.1張拉前的準備

    (1)張拉前，應提供混凝土強度試驗報告，其強度應滿足設計和規范要求。

    (2)按照設計圖紙要求計算出預應力筋張拉理論伸長值。

    理論伸長值的計算按下式：

  

    式中om——預應力筋的平均張拉應力；

    E——預應力筋的彈性模量；L——預應力筋的實際長度：K——考慮孔道每m長度局部偏差的摩擦系數；x一張拉端至計算截面的孔道長度；U——預應力筋與孔道壁之間的摩擦系數；

    o張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角。

    (3)張拉機具的配備

    油泵和千斤頂在張拉前必須進行配套檢驗，得出千斤頂出力和油壓表讀數之間的關系式，根據檢定結果和工程實際情況。計算出相應張拉力下油壓表讀數值，壓力表的精度不宜低于1.5級，張拉機具應運行正常。

    4.3.2預應力筋的張拉

    張拉控制應力0m=0.75fp=1395 MPa，超張拉5％，本工程為一端張拉。

    張拉程序為o→O.2mm→1.05mm．持荷2min→om→錨固。根據規范要求，預應力張拉采用雙控法，即應力控制(油壓表讀數)，同時校核預應力筋實際伸長值。實測伸長值與計算值相比，應在6％～6％范圍內，否則應暫停張拉，待查明原因并采取措施后方可進行。本工程所有預應力梁實測張拉伸長值均在此范圍內。

    4.4孔道灌漿

    有粘結預應力筋張拉錨固后孔道應盡快灌漿，并對多余預應力筋進行切割，對錨具進行封裹處理。

    (1)灌漿工作的準備：確定水灰比，清理灌漿孔及其泌水孔。保證水電供應至灌漿現場，水泥漿就近攪拌供應，灌漿途中絕對不可斷水斷電。

    (2)預應力鋼材張拉完成后應停l2 h，以觀察鋼絞線錨固情況，然后再進行孔道灌漿，孔道灌漿之前需用壓力水將孔道沖洗干凈，待出清水為止。

    (3)壓漿由一端向另一端，直至另一端飽滿和出漿為止．每個孔道灌漿應一次完成，緩慢均勻進行，中途不能停頓。壓漿用UB3型灰漿泵進行，壓力為0.3 MPa—0.5 MPa。本工程全部孔道灌漿施工都比較正常，孔道通暢，無堵孔現象。

5、預應力施工難點及對策

    5.1穿束方案的選擇和措施

    鋼絞線穿入波紋管的方法有兩種：先穿法(鋼絞線在澆筑混凝土前穿入波紋管)和后穿法(鋼絞線在澆筑混凝土后穿入波紋管)。當前預應力施工中一般采用前者，采用后穿法澆筑混凝土時若發生波紋管輕微漏漿將會導致部份甚至全部鋼絞線無法穿入，給預應力施工帶來很大難題，而波紋管輕微漏漿對先穿法影響不大。

    本工程預應力梁的張拉端在梁的西端(低處)，固定端在梁的東端(高處)，梁又被后澆帶分為3個區段(分批澆筑混凝土)。且鋼絞線很長(最長l65 m)，若采用先穿法會帶來兩個問題：首先由于分區段澆筑混凝土，在Ⅲ區混凝土澆筑后只有一部份鋼絞線穿入了Ⅲ區的波紋管，大量的鋼絞線只有甩在外面，到I區、Ⅱ區波紋管鋪設結束穿鋼絞線之前有較長時間，對保護鋼絞線不利且現場場地有限，其次須從低處向高處克服重力穿鋼絞線，由于高差達l8 m，穿束難度極大。經過考慮，決定對Ⅲ區采用后穿法，對l區、Ⅱ區采用先穿法．即Ⅲ區澆筑混凝土之前不穿鋼絞線，待I區、Ⅱ區波紋管鋪設完畢后澆筑混凝土前將鋼絞線由高處向低處穿人。

    針對Ⅲ區的后穿法及鋼絞線長度長等實際情況，必須采取措施保證預應力施工質量：

    (1)梁柱節點處鋼筋很多，是混凝土振搗的重點部位，為防止此處波紋管振破漏漿，此處的波紋管外加套大一號波紋管，增加波紋管的剛度。

    (2)在Ⅲ區澆筑混凝土時為防止波紋管漏漿堵管，用一根長鋼絞線上綁比波紋管截面略小的圓球(用布作，膠帶裹緊)穿入波紋管并不時來回抽動，若漏漿可將漿體及時帶出。

    (3)雖然鋼絞線由高處向低處穿，但由于鋼絞線很長(最長l65 m，最短78 m)，穿束仍有一定難度，為保證穿束順利進行，決定在后澆帶附近設一穿束助力段：在此處用2 m長的大兩號波紋管。先將此波紋管退到一邊，空出約2 m的空段．此時由高處將鋼絞線穿入波紋管，鋼絞線穿到助力段后此處工人與高處工人同時穿束，直至穿完，最后將大兩號波紋管退回并用膠帶裹好，這樣就大大降低了穿束難度。

    5.2超長束的張拉

    本工程鋼絞線很長且為一端張拉，因此伸長值很大(最大達l018 mm)，而預應力張拉用的穿心式千斤頂的缸長為200mm，也就是說整個張拉至少需倒缸5次，每倒缸1次都需錨固l次。錨固是通過帶齒夾片與鋼絞線的互相咬合完成的，互相咬合會帶來夾片和鋼絞線的損傷，每次咬合鋼絞線的損傷處在不同位置而夾片的損傷在同一處，一般工程預應力梁張拉不需倒缸或最多倒缸l至2次，多次倒缸是否會因為夾片受損傷而導致錨固失敗是本工程預應力張拉成功的關鍵，為此詢問了0VM錨具的生產廠家，得到答復其錨具在多次倒缸后仍能成功錨固。在實際施工中，嚴格控制千斤頂進油速度，回油平穩緩慢，所有預應力梁的張拉錨固均正常且實測伸長值也均在理論伸長值的±6％范圍內。

6、結語

    當前，超長混凝土結構的建筑會越來越多，預應力技術結合設置后澆帶的方法是解決超長不設縫混凝土結構抗裂問題較好措施之一。在超長預應力混凝土結構施工中，必須針對超長這一特點采取相應有效的措施保證預應力施工質量，實現設計意圖。

參考文獻

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[3]中國建筑科學研究院，GB50204—2002混凝土結構工程施工質量驗收規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2002．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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