建筑外立面超长金属花槽与节水滴灌系统安装施工工法

荣誉表彰

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009—2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《建筑外立面超长金属花槽与节水滴灌系统安装施工工法》被评定为2009—2010年度国家二级工法。 2100433B

超长预应力系梁施工工法适用范围

《超长预应力系梁施工工法》适用于采用预应力梁平衡拱的推力的拱形结构工程中超长预应力系梁的施工，且预应力筋采用的是多束、每束多根、每根为1×7结构钢绞线。该工法也可为其他超长预应力结构的施工提供参考。

超长预应力系梁施工工法工艺原理

《超长预应力系梁施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.利用编束架对钢绞线进行编束，通过采用特制穿束器、特制牵引头等器具，以及采用三级穿束和卷扬机分次牵引的方法实现钢绞线整束穿束。

2.根据上部拱形结构合拢、卸载及安装附属结构的各个过程的状况，选择合适的张拉时机和张拉顺序，使用穿心式千斤顶，并采用群锚对称张拉的方法实现预应力筋的张拉。

3.孔道超长、管壁对钢绞线的摩擦情况不明确，对预应力钢绞线的张拉伸长值无明确要求，而且拱脚推力过大或预应力系梁拉力过大都将使拱脚处承台及其承台下部桩发生水平位移，为防止引起结构破坏，故在张拉过程中采用以拱脚承台水平位移控制为主，结合控制张拉力的双控方案。

超长预应力系梁施工工法施工工艺

• 工艺流程

《超长预应力系梁施工工法》的工艺流程是：施工准备→土方开挖→垫层混凝土→系梁底部钢筋绑扎→预应力孔道留设→观察段预埋管安置→系梁上部钢筋绑扎→隐蔽工程验收→系梁侧模施工→系梁混凝土浇筑（观察段位置暂不浇筑混凝土）→其他段系梁混凝土施工→穿ф6.5毫米钢筋→穿牵引用钢绞线→预应力钢绞线芯墩头处理→预应力筋穿束→观察段套管安装→观察段位置系梁混凝土浇筑→养护→预应力筋分批张拉→锚固→切割端部钢绞线、端部封裹。

• 操作要点

《超长预应力系梁施工工法》的操作要点如下：

一、施工准备

根据现场实际情况和整个施工进度的安排，将预应力系梁分不同部位，组织分区段施工，并做好技术交底工作。

二、土方开挖、垫层混凝土施工

系梁基槽开挖后，尽快施工垫层混凝土。

三、预应力孔道留设

根据设计要求留设预应力孔道。若预应力孔道采用钢管留孔，可采用型钢焊成支架支撑预埋管，施工中用全站仪定位、水准仪抄平，在支架安装完毕，并经复核标高、位置无误后，用膨胀螺钉将支架和混凝土垫层固定牢固。对于采用塑料波纹管等轻型材料留孔，可采用焊接钢筋支架支撑预埋管。预埋管标高上下误差控制在±7毫米之内，水平位置和两套管中心距误差也不得大于±5毫米，套管整体直线顺畅。

四、钢筋绑扎

1.钢筋绑扎时应留有预应力布管穿筋的位置和用于预应力分项施工的时间间隔。

2.先绑扎系梁底部钢筋和箍筋，箍筋应开口设置。待预埋管埋设完毕后再绑扎系梁上部钢筋并进行箍筋封闭。

3.绑扎钢筋时，应保证预应力孔道坐标位置的正确，若有矛盾时，应在规范允许或满足使用要求的前提下调整普通钢筋的位置，必要时应与设计人员商量后确定。

4.钢筋工程施工结束时应全面检查预埋管，如发现问题应及时处理并做好记录。

五、系梁侧模施工

预应力系梁侧模板应在钢管固定好以及钢筋隐蔽验收合格后方可进行封模安装。

六、混凝土分段浇筑施工

1.为了防止混凝土系梁由于超长而产生收缩裂缝，应分段浇筑混凝土系梁，分段长度不大于60米，并在混凝土中掺适量的微膨胀剂。

2.非预应力筋、预应力孔道预埋及支架位置、标高经检查验收符合要求后，进行系梁混凝土的浇筑，在浇筑时应认真做好预埋管下及其两侧混凝土的振捣。

七、预应力筋下料与墩头处理

预应力筋按照单根使用长度在厂家下料，单根成捆运至现场。根据每束预应力筋的多少、钢绞线中心钢丝的直径以及预应力筋孔道的大小，制作特制牵引头，特制牵引头如图1所示。将钢绞线外围6根钢丝剪短50～100毫米左右，留出中间1根钢丝穿过特制牵引头钢板小孔后，进行墩头处理，从而将整束钢绞线和特制牵引头连接在一起。

八、穿束

1.穿束时，先人工穿入一根直径ф6.5毫米的钢筋（图2），通过钢筋连接穿入一根高强预应力钢绞线，在钢绞线端部安装特制牵引头，用牵引头固定经墩头固定好的钢绞线，利用卷扬机，整束一次性穿管。钢绞线墩头及牵引头的连接示意如图3所示。

2.通过牵引头和所有预应力钢绞线连接固定，用作牵引的钢绞线另一端与卷扬机钢丝绳连接固定，然后进行钢绞线的牵引工作。

3.每束预应力钢绞线编组后采用卷扬机进行牵引。卷扬机钢丝绳的另一端与牵引单根钢绞线连接线固定后，通过牵引头拉结预应力钢绞线进行牵引。由于预应力筋较长，而现场条件有限，卷扬机钢丝绳不能一次牵引到位，因此可分次进行牵引，即牵引一次后，重新转换钢丝绳与连接的牵引点进行牵引，直到全部牵引到位，每次牵引的距离可根据现场条件确定。分次牵引方法如图4所示。

4.每束钢绞线牵引到位后，将钢绞线的墩头芯线剪断，待张拉时通过防松夹片锚具固定。

5.特别需要强调的是，在钢绞线牵引过程中，预应力钢绞线的相对位置要保持不变，并不能出现扭转。首先根据现场的实际环境以及每束钢绞线的根数，用脚手架钢管搭设钢绞线编束架；然后对牵引头连接的每根钢绞线编号，并针对钢绞线分排设置，在编束时调整好每排钢绞线位置，每隔4米用12号钢丝捆成整体，编束架如图5所示。在观察段中对每排钢绞线再次进行检查。每束穿筋完成后在两端对每根钢绞线进行编号固定。

九、观察段套管安装及混凝土浇筑

在超长预应力系梁施工中，为了在穿束时发生异常现象能够进行二次处理，并保证预应力筋穿束更顺畅，可在一定范围内适当设置后浇段（后浇段长度一般为8.5米），并在后浇段的套管上各留出观察段（长度一般为4米），预先放置观察段套管，并套在预应力孔道预埋管上。在穿过预应力钢绞线时，观察钢绞线在穿束过程中有无故障，待顺利穿完后，将后浇段中套管就位封闭，绑扎好非预应力筋，经隐蔽工程验收合格后进行预应力系梁后浇段混凝土浇筑。后浇段和观察段套管安装就位如图6所示。

十、张拉端端部处理

预应力锚具采用防松夹片锚具，端部采用专用配套铸铁锚垫板和螺旋筋，将其可靠地固定在钢筋支架上，并凹进基础侧面600毫米。

十一、预应力张拉

由于拱结构自身的特性，屋面结构成型后拱在自重及上部荷载作用下将产生沿拱轴线的水平推力，该水平推力由预应力混凝土系梁承担。为平衡拱体和屋面部分荷载对拱脚产生的水平推力，预应力筋分两批进行张拉，每批进行对称张拉，第一批张拉完后停止20小时，观察拱脚位移和预应力松弛情况后，继续张拉另一批预应力筋。

1.采用群锚进行张拉

张拉前，先加工直径ф260×130毫米厚钢板，并在钢板上预先钻孔（其中中心孔为排气孔），使每束钢绞线穿过钢板，通过群锚夹片固定在ф260×130毫米厚的锚垫板上。采用千斤顶（千斤顶的型号根据计算确定）进行张拉，张拉时通过锚垫板将张拉应力均匀传递到拱脚基础钢承垫板上。群锚张拉如图7所示。

2.张拉顺序

1）预应力初步张拉∶预应力筋穿入孔道后，在正式张拉前进行初步张拉，调整预应力筋，使各预应力筋松紧一致；

2）上部拱结构合拢后、屋面结构胎架落架前张拉系梁预应力，用以平衡结构正常使用状态下恒载产生的拱脚水平推力，监控一天时间。若张拉过程中拱脚水平位移大于极限值△（△为6毫米，下同）则停止张拉，若拱脚水平位移小于极限值△，则继续张拉；

3）胎架下落过程中，对拱脚处水平位移进行实时监控。若其接近△，则对系梁继续施加预应力，使之减小。落架过程分批分步进行，结合张拉系梁内预应力钢绞线，使拱脚水平位移控制在限值△以内。

3.对称张拉

由于每束钢绞线的张拉应力特别大，施工时按以下顺序进行对称张拉，张拉顺序如图8所示。

4.采用双控进行张拉

在张拉过程中，以控制拱脚承台水平位移为主，同时对张拉应力值进行控制。张拉施工前，在每个拱脚承台上设置2个位移观测点，采用全站仪对拱脚水平位移进行监测，利用百分表进行辅助监控（图9）；根据预应力系梁中无粘结预应力钢绞线束的配置情况，在每道系梁的两端埋设穿心式压力传感器，分别埋设在两根梁的对角张拉端，进行钢绞线预应力值的监控测试，压力传感器的布置如图10所示。

十二、端部封堵

预应力筋张拉完毕经检查无误后，即可采用砂轮锯和无齿锯或其他机械方法切割多余的钢绞线，切割后的钢绞线外露长度距锚环夹片的长度为30毫米，然后在锚具及承压板表面涂以防水涂料，最后清理穴口，用C30细石混凝土进行封堵。

1.《超长预应力系梁施工工法》通过采用定型支架固定预应力预埋理管及观察段套管连接技术，确保了孔道平直顺畅和穿束顺利。

2.《超长预应力系梁施工工法》通过采用特制的牵引头和每根钢绞线芯的墩头技术，以及采用三级穿束并进行分次牵引的方法，解决了超长预应力系梁穿束困难的问题。

3.《超长预应力系梁施工工法》通过采用对称张拉的方法，解决了超长预应力系梁大吨位张拉的施工难题。

4.在预应力施工中，预应力系梁端部设置穿心式压力传感器对张拉和使用阶段系梁的应力、应变进行监控，同时在施工阶段采用全站仪和百分表双控措施对系梁拱脚基础水平位移进行监控。

1.《超长预应力系梁施工工法》的成功应用解决了超大拱形结构系梁的施工难题，为预应力结构更广泛地应用提供了依据，使建筑平面布局更灵活。超长预应力结构的应用成功，不仅节约了钢材，减少了维修费用，也提高了结构的耐久性，延长了建筑物的使用寿命，为降低工程结构总造价提供了依据，并降低了建筑物的全寿命周期成本。

2.《超长预应力系梁施工工法》满足中国关于建筑节能工程的有关要求，节约了资源，缩短了工期，而且对改善结构的性能，提高结构的安全性有意义。

3.《超长预应力系梁施工工法》在南京奥体中心主体育场工程、广州大学城华南理工大学体育馆和扬州市体育馆工程中的成功应用也取得了很好的经济效益，共取得经济效益102.5万元。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算