浅析深圳地铁罗宝线车辆段预应力深化设计与施工

【摘要】本文从预应力施工深化设计程序、预应力孔道摩阻试验以及预应力施工关键技术三个方面对深圳地铁罗宝线车辆段预应力深化设计与施工技术进行了概述，以期能为预应力的设计与施工提供理论依据，指导项目施工的顺利开展。

【关键词】地铁；车辆段；设计；施工

深圳地铁罗宝线土建13标位于深圳市南山区前海车辆段，为单层大跨结构，主要功能为地铁车辆的停放与检修，面积达18万m2。各区均为超长超大面积结构形式，其中14m高G、H、J、K四个大区及9m高A、B、C、F、23、24、25七个小区内设计采用有粘结预应力大梁，钢绞线总量约600吨左右。

四个大区预应力主次梁跨度27m、18m、9m，断面宽500、550、800；高2400、2100、2000、1900、1200等，配4×8φs15、4×9φs15、2×9φs15等预应力筋。J区有跨度33.6m大梁，断面为750×2500，配3×10φs15 + 3×12φs15预应力筋。A、B、C三个小区预应力主次梁跨度13.25m、12.6m、13.75m、21.0m、9.0m等，断面宽500、550、650等；高1200、1300、1700、1800等，配1×6φs15、1×7φs15、2×5φs15、2×7φs15等预应力筋。F区一个预应力大梁，跨度25m，断面850×2500，配4×12φs15。23、24、25三个小区，均在一个跨设预应力筋，跨度17m、18m、 18m~16m，断面550×1200、550×1500、650×1500、650×1600，配1×3φs15、1×6φs15、1×7φs15、1×8φs15、2×5φs15、2×6φs15等预应力筋。

该工程为深圳市迎大运地铁项目的重点工程，工期短，工程体量大，工程质量要求高。为此预应力施工质量关系整个工程成败，针对此工程特性采取了系列保证措施以确保此专项工程施工质量。

1 预应力施工深化设计程序

1.1 预应力结构布置深化设计

该结构形式为超长结构，单根预应力连续梁长度达到120m，跨数达到8跨之多，且根据设计要求，该超长结构为无缝结构，不能在预应力梁内设置后较带或者临时施工后浇洞。如果不对梁内预应力钢绞线进行合理布置，会导致预应力在超长结构中应力损伤较大，预应力的效率大大降低。通过采用在超长结构中合理布置搭接跨的形式减小预应力梁的有效张拉长度和跨数，以达到控制预应力损失的目的，搭接跨内的张拉端在梁面开槽进张拉。

2 预应力束形图深化设计

为使钢绞线曲线更加合理，构件受力更加符合设计要求，对预应力波纹管束形图进行了合理深化设计布置，同时预应力梁中每隔约1.0m～1.5m设置一个支撑点，保证了钢绞线在梁内的束形平滑以及矢高精确。

3 预应力节点构造深化设计

3.1 张拉端构造设计

一般预应力工程中，如张拉端设置于结构外将更有方便于预应力筋的张拉施工，但此做法会使建筑多出一包头露于结构外，不利于建筑的美观要求。本工程中由于建筑要求，必须采用埋入式张拉端，预应力锚头预埋于结构中，采用塑料泡沫预留张拉槽。预留张拉槽的深度应根据锚垫板厚度取值，一般要求d≥150；预留槽轴心的高度h由以下因素决定：1)预应力筋矢高;2)锚具局部承压受力面积（必须保证混凝土局部承压能力满足规范要求）；3）梁面钢筋位置、排数，必须保证普通钢筋的间距和保护层厚度满足规范要求。

3.2 预应力梁柱节点处构造设计

由于梁、柱配筋数量非常多，波纹管在梁柱节点内的穿行以及位置摆放非常困难。因此如何保证波纹管顺利穿过梁柱节点并保证预应力筋的设计矢高成为本工程施工难点也是施工重点。通过预应力钢筋施工前就与总包密切配合，在本层梁柱普通钢筋绑扎开始期间就调整梁柱主筋与箍筋位置，同时对圆柱钢筋在原设计钢筋位置基础上进行位置旋转，并预留100mm预应力波纹管穿行间隙，这样既保证了预应力筋的设计矢高，同时避免了单独预应力施工对原普通钢筋的破坏。

4 预应力孔道摩阻试验

由于预应力孔道摩阻参数对于预应力张拉力和伸长值有关键性的影响，在分析现行预应力设计与施工规范中关于预应力孔道摩阻参数、预应力张拉偏差控制范围的规定对预应力张拉理论伸长量计算、施工控制的影响的基础上，在本工程中选取了部分梁的预应力钢绞线进行了预应力孔道摩阻试验，以此解决本工程中张拉伸长量的偏差控制问题。

4.1 孔道摩阻试验方案

4.1.1 对B1-2区中梁预先选定四束曲线预应力筋作为试验束，依次进行张拉。

4.1.2 两端各用一台150吨千斤顶，A端作固定端不装工作夹片，B端作张拉端装工作夹片；张拉完两次后，将张拉端和锚固端对调再张拉两次取四次平均值。

4.1.3 两端同时张拉到10%Ncon（即97.65kN），持荷5分钟，两端同时充油保持油表读数，记两端伸长值。

4.1.4 由10%分级张拉，10%―20% (195.3 kN) ―40%（390.6 kN）―60%（585.9 kN）―80%（781.2 kN）―100%（976.5 kN），每级A端关闭油阀B端充油张拉，持荷5分钟，读油表读数、记两端伸长值。100%时持荷10分钟，读油表读数、记两端伸长值。

4.1.5 每级（20%）伸长值约55cm左右（根据千斤顶的自由行程），需倒一次千斤顶。

4.1.6 卸荷时不分级，依千斤顶行程缓慢退顶。

4.1.7 四孔两端共做14次试验结束，每孔一端作二次，共14组数据。

4.2 试验结果：

通过对实验数据进行分析拟合，提出针对该工程特性的孔道摩阻系数，下表为各梁孔道摩阻系数计算数据。

5孔钢束锚固端

5 预应力施工关键技术

5.1 预应力张拉顺序

按照构件区域由一边轴线向另一边轴线顺序一端开始张拉，完成后再依次进行另一端的补拉。两束或两排两束的，自左向右一束开始对称张拉，并且在张拉记录时要注明左右，待另一端进行补拉时自右向左，同时要在张拉记录上分清楚。对于四束钢绞线的大梁还要特别注意上下排顺序，自左向右先拉下排筋再拉上排。在K区的预应力框梁和次梁中预应力有长短配筋两种束型，其中有跨后浇带的两束，张拉时必须先拉较短的波纹管内预应力筋，等后浇带混凝土强度达到设计强度后再拉较长波纹管内预应力筋。

5.2 预应力张拉控制力与伸长值

5.2.1 对混凝土强度的要求

本工程要求混凝土强度达到设计强度的90％才能张拉，只有混凝土强度试验报告表明混凝土强度达到要求后，才能开始张拉。

5.2.2 张拉控制力

预应力筋的张拉控制，以控制张拉力为主，同时用张拉伸长值作为校核依据。

张拉控制应力依设计规定取σcon = 0.75fptk = 0.75×1860=1395 Mpa，每根预应力筋的张拉控制力Np=1395×140=195.3 kN；n根时Np=n×195.3kN，不超张拉。张拉时比较理论伸长值与实际伸长值，检查有无异常。

5.2.3 理论伸长值

（1）理论伸长值计算公式

曲线预应力筋的理论张拉伸长值LT按下公式计算：

式中：Fj ―― 预应力筋的张拉力；

Ap―― 预应力筋的截面面积；

Ep―― 预应力筋的弹性模量；

LT―― 从张拉端至固定端的孔道长度（m）；

k―― 每米孔道局部偏差摩擦影响系数；

u―― 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数；

θ―― 从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角（rad）

（2）参数取值

理论伸长值计算时,预应力筋的摩擦系数采用上述实验值。

5.2.4 伸长值的实测和校核

由于开始张拉时，预应力筋在孔道内自由放置，而且张拉端各个零件之间有一定的空隙，需要用一定的张拉力，才能使之收紧。预应力筋张拉伸长值的量测，是在建立初应力之后进行。实际伸长值L应等于：

L＝L1＋L2－Lc

式中L1――从初应力至最大张拉力之间的实测伸长值；

L2――初应力以下的推算伸长值；

Lc――混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。（量值很小，可忽略。）

本工程初应力取为张拉控制应力的10％。初应力以下的推算伸长值L2根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系推算。

张拉时，通过张拉伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩擦损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常。张拉时要求实测伸长值与理论计算伸长值的偏差应在（-6～+6）％范围之内，超出时应立即停止张拉，查明原因并采取相应的措施之后再继续作业。

5.3 预应力构件反拱值监控

精确地把握预应力构件变形, 是确保工程质量，对预应力梁进行了张拉前后的构件反拱测量。每根梁中心线上选取三个监控点（跨中一个监控点，两端1/3跨各一个监控点），在预应力张拉前测量其标高，在预应力张拉完成后再一次测量其标高，对比前后两次数据可以得出预应力梁构件的反拱值以及反拱形状。下表为3/J轴预应力梁的反拱值测量结果：

预应力反拱值都在规范允许范围内。

通过设计优化，采取相应施工保证措施，本工程预应力结构施工质量达到设计和使用要求。

参考文献：

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作者简介：

孙泽友（1975-）男，在中建二局深圳分公司从事技术及施工管理。