缓粘结预应力技术在南水北调精神教育基地工程中的应用

南水北调精神教育基地建设项目工程包括餐饮中心和综合楼，本文将对综合楼的预应力设计进行介绍和说明。该工程位于河南省淅川县九重镇武店村，三层，框架结构。为了控制混凝土梁的挠度，裂缝和减小梁的截面尺寸，在综合楼二层，三层以及屋面中的部分混凝土梁中采用了缓粘结预应力筋。本工程屋盖采用混凝土空心板结构，板厚900mm，空心模壳尺寸为900mm×900mm×720mm，肋尺寸为900mm×250mm，肋中纵横两个方向布置缓粘结预应力筋，提高肋梁承载力。同时，屋盖结构未处于同一平面，而是凹向内部，本工程施工难点亦在屋盖结构的施工及屋盖肋中缓粘结预应力的施工。本工程屋盖肋梁中统一配置3根17.8mm规格缓粘结预应力钢绞线；屋盖暗梁中配置21.8mm规格缓粘结预应力筋，数量依承载力及挠度、裂缝控制要求。根据梁长度不同预应力张拉方式也有不同，采用单端张拉和双端张拉并存的方式，尽可能缩短工期和减少预应力损失。

结构（屋盖）平面布置图

预应力梁的设计方法

预应力混凝土梁设计方法不同于普通混凝土梁，由于预应力混凝土梁的设计缺少约束方程，故预应力梁将会有多种配筋结果。在实际工程设计时，预应力筋的数量有一个可以变化的范围，要确定预应力筋的数量合理性，需将预应力度和平均预应压力综合考虑，得到一个比较经济的数值。

在本工程中，根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）要求，预应力强度比控制为0.5左右，裂缝宽度限值为0.2mm，跨度挠度比控制在300以上。部分预应力梁在计算时挠度值较大，跨度挠度比未能控制在300以上，为了使梁的最终挠度满足规范要求，施工时梁应预先向上起拱3‰。

预应力设计软件的介绍

PKPM的预应力模块、MIDAS/GEN、SAP2000等大型软件都可以计算预应力。但这些预应力设计软件应用到实际工程仍有一定的局限性，如次内力计算不完善、使用相对麻烦等。目前预应力混凝土设计普遍采用由excel或mathcad编写的单根构件的小程序来进行设计计算。这种方法是通过提取混凝土结构的内力，对结构的承载力、挠度和裂缝进行控制以及验算来满足规范的要求。由于缓粘结预应力不同于传统预应力，在胶黏剂固化之前，其特征相当于无粘结预应力，待胶黏剂固化之后，相当于有粘结预应力。在进行缓粘结预应力设计时，需考虑施工阶段和正常使用阶段两种状态。在施工阶段，应根据无粘结预应力方法对结构进行验算，其预应力钢绞线抗拉强度设计值取值不同于有粘结预应力，其抗拉强度设计值此时应取考虑应力增量的极限应力。其裂缝计算公式亦与有粘结预应力不同。在按无粘结预应力进行施工状态验算时，应计算施工荷载。在施工状态，如无大型机械或其它特殊荷载，进行承载力、挠度、裂缝验算时一般只取恒载或恒载加0.5倍的活载。如结构承担大型施工机械或其它特殊荷载尚应进行专门计算。在胶粘剂固化后，其状态已相当于有粘结预应力，故应采用有粘结预应力设计方法对其进行验算来确保缓粘结预应力设计的合理性。同时，应注意缓粘结预应力摩擦系数与有粘结预应力、无粘结预应力不同。在按有粘结预应力设计公式及体系进行缓粘结预应力设计计算时，应代入缓粘结预应力钢绞线摩擦系数。从下表1可看出，缓粘结预应力筋摩擦系数小于有粘结预应力，在相同配筋情况下，缓粘结预应力钢绞线可提供较多的有效应力，可相应减少钢绞线用量。在梁截面较高、预应力曲线角度较大的结构中，相较有粘结预应力，钢绞线节省量比较可观。

三种预应力筋摩擦系数对比

缓粘结预应力施工技术要点

缓粘结预应力施工相较传统有粘结预应力简便了许多。省去了穿波纹管和灌浆两道复杂工序，其施工速度相较有粘结预应力提高了一倍以上，施工质量更易保证。

缓粘结与有粘结施工工艺比较

缓粘结预应力施工亦有自身需注意的问题，主要在两个方面：

（1）预应力筋的保护

缓粘结预应力钢绞线由钢绞线、缓凝粘合剂、外包护套三部分组成。外包护套除定型作用外，亦保护其中的缓凝粘合剂。缓粘结预应力钢绞线因带肋，在装卸、运输、布置的过程易使护套损破，导致缓凝粘合剂外漏。因此，除选用合格产品外，亦需做此方面防护。尤其在夏季，因温度较高，缓凝粘合剂流动性稍强，需着重注意外包护套破损问题。如发现破损，应采用黑胶带缠绕。

（2）预应力筋的张拉

为减小张拉时的摩擦阻力，可以考虑多次张拉的方法来减小预应力孔道对钢绞线产生的阻力。用千斤顶张拉卸载反复2～3次，待胶黏剂达到一定程度的软化，再装上夹片，直到张拉到位。也可采用一次张拉到位持荷3～4分钟。

项目中遇到的施工难点

本工程屋盖为四坡斜屋面，四坡坡度较大且各不相同，肋梁及暗梁长度类型非常多，在邻坡交汇处需布置节点。导致下料、布筋、节点布置均存在较大困难。本工程在实施过程中，对所有坡度、长度的肋梁和暗梁进行了放样，精确控制下料长度及曲线弧度，做到了无一误差。

现场施工图