客站大截面梁挠度控制技术

中图分类号：X924文献标识码： A

一 、课题概况

1.1工程概况

成都东客站工程位于成都市东郊，利用既有沙河堡车站改扩建而成，建成后是集城际铁路、高速公路、地铁及城市公交的超大型综合客运枢纽。本工程包括站场、站房，雨棚和达成引入工程。客站建筑总量220000m2，站房建筑面积108009m2。成都东客站为地下三层、地上两层结构。地下一层为出站层，地上一层为列车通过层，采用钢筋混凝土框架结构。主站房二层为候车层，采用钢管混凝土柱，钢桁架梁和钢筋混凝土组合楼板体系，主站房屋盖采用矩形混凝土板柱，钢管混凝土柱和钢桁架结构体系。建筑高度39m。

1.2大截面预应力及非预应力框架梁概况。

成都东客站主站房承轨层体系预应力梁，边梁为异型截面有粘结预应力梁，梁总高3000mm，梁腹板厚度500mm。梁上翼缘宽度1000mm，下翼缘宽度1500mm。

成都东客站主站房12、15、及13、14轴（11~26线）横向框架梁。设计截面为：1.5m×2.2m,及2.2m×2.2m，梁跨为：21.5m。此横向框架梁为承轨层体系提供支座反力，承受列车动力荷载。

东站房钢筋混凝土预应力楼盖梁。截面型式为矩形，截面尺寸多种多样，采用后张法有粘结预应力梁。

二、技术研究原因及重点控制

成都东客站承轨层承受列车动力荷载。对梁的初始挠度要求特别高。因为动力荷载对结构的作用是周期性循环的。若施工过程中没能有效地控制梁的挠度，梁体在支架拆除后，初始挠度太大。在周期性的动力荷载作用下，梁体因为材料自身的性能（如钢材的应力松弛、混凝土的徐变）产生不可逆的塑性变形。此种变形导致梁体内部钢筋和混凝土应力向不利于梁结构安全的方向发展。初始挠度控制得当，能大大的提高结构的使用年限。

3.600m标高的横向框架梁作为承轨层体系的支座，承受来自承轨层传来的周期性动力荷载。加之梁体为普通钢筋混凝土梁。配筋率较大。梁体自重大（131kN/m）。如果施工措施不到位，极易造成梁身挠度超过允许值、导致梁中下部混凝土拉应力过大。出现超过允许范围的混凝土裂缝宽度。严重影响结构的使用年限，甚至造成梁体脆断。

现浇混凝土梁挠度的设计规范要求：有特殊要求的混凝土梁，梁跨≤7m,挠度≤l/250；7m＜梁跨≤9m,挠度≤l/300；9m＜梁跨,挠度≤l/300。

三、主要研究内容及关键技术、拟采用的试验方法

主要研究内容：

3.1梁挠度产生的原因

混凝土结构挠度产生的原因主要有三种，一是由外荷载引起的，这是发生最为普遍的一种情况，即按常规计算的主要应力引起的；二是结构次应力引起的挠度，这是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的挠度，超静定结构在受温度、地基不均匀沉降等非荷载因素作用下，结构构件产生应力，构件纤维必然产生应变。水平构件（即梁）也就产生挠度。

3.2施工过程中梁挠度的控制

3.2.1混凝土原材的控制；

为了有效地控制有害挠度的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度。结合实际采取措施。

3.2.1.1控制混凝土的水化升温，选用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据试验每增减10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料；控制砂石含泥量；掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善和易性、降低水灰比，以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。

3.2.1.2降低混凝土温度差：选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒，运输工具如具备条件也应搭设避阳设施，以降低混凝土拌合物的入模温度。掺加相应的缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。在混凝土入模时，采取措施改善和加强模内的通风，加速模内热量的散发。

3.2.1.3提高混凝土的极限拉伸强度：选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减小收缩变形，保证施工质量。采取二次投料法，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。

3.2.2模板支撑体系的计算及底模起拱的控制；

3.2.3堆载预压，消除支撑体系的非可逆的变形（包括地基的下沉，杆件、木材的塑性变形，顶托和底托的滑丝）。

3.2.4预应力梁的张拉控制（其实张拉时间、张拉顺序、张拉力）。

3.2.5预应力张拉过程中的挠度监控。

3.2.6梁上部施加荷载后对梁身挠度的监控。

3.2.7梁底支撑拆除时间控制，支撑拆除后梁挠度的监测。

3.3施工流程如下：

四、施工工艺

4.1支架地基处理搭设支架、梁底模模板体系预压钢筋绑扎波纹管穿设、钢绞线穿索侧模支设及加固混凝土浇筑预应力张拉挠度监测模板拆除。

4.2支架地基处理

4.2.1回填土分层回填、分层夯实。

4.2.2浇筑素混凝土150mm厚，雨季施工应留设排水沟。

4.3模板支架搭设

模板支架采用碗扣式脚手架。

面板采用18mm 覆膜九夹板100×100木方（内楞）现场拼制，圆钢管48×3.5（外楞）支撑，采用可回收M16对拉螺栓进行加固。梁底采用100×100木方支撑。承重架采用碗扣式钢管脚手架，由立杆、横杆、顶托、底托组成，采用φ48×3.5钢管。模板体系参数如下：

立杆纵距（沿梁跨度方向间距）La(m):0.6m；

立杆上端伸出至模板支撑点长度a(m):0.3；

脚手架步距(m):1.2；

梁支撑架搭设高度H(m)：随层高确定；

梁两侧立柱间距(m):按（梁宽+2×300mm）确定。

承重架支设:多根承重立杆，木方支撑垂直梁截面；

梁底支架：1000mm≤梁高≤2000mm时，模板支架间距：平行梁跨方向：0.6m；垂直梁跨方向：0.6m。梁高≥2000mm模板支架间距：平行梁跨方向：0.6m；垂直梁跨方向：0.3m。

梁底模使用100*100的方木作为次楞，次楞垂直于梁截面。

承轨层体系模板因与3.600m标高梁板结构净高（300mm）过低。因此采取方木叠加支撑如图：

承轨层模板体系实图

4.4模板体系预压。（限承轨层模板体系）。采用土袋整齐码放。对模板体系进行预压。消除支撑体系的非可逆的变形（包括地基的下沉，杆件、木材的塑性变形，顶托和底托的滑丝）。持载一天后，卸载。卸载后。对底模进行监测。调整堆载后产生的变形。使其恢复至加载前情况。

4.5 钢筋绑扎

因梁配筋率较大。钢筋自重大。在梁钢筋绑扎时施工荷载较大。故在钢筋绑扎过程中对梁底模的标高进行监测。以控制梁的初始挠度。

4.6 预应力波纹管穿设、钢绞线穿索

4.6.1 承轨层、东站房预应力梁波纹管的埋设工作

4.6.1.1 波纹管材料性能

梁体纵向顶板束：波纹管采用内径90mm、外径97mm的金属波纹管；

梁体纵向腹板束：波纹管采用内径80mm、外径87mm的金属波纹管；

4.6.1.2 波纹管在梁底模及一侧侧模安装完毕、梁主筋及箍筋绑扎完毕后进行预埋，预埋完毕后绑扎梁拉钩及腰筋。

4.6.1.3 根据设计确认的对预应力筋曲线进行定位，管道锚固端的封口应垂直于孔道中心线。用φ10（一级）钢筋作为支托，根据曲线图焊接在预应力梁箍筋上，为保证波纹管不移位，上面用U型筋反扣住波纹管，焊接在支托上固定，间距50cm，在管道转折控制点处定位钢筋应作加密处理，间距30cm。定位钢筋应牢固地焊接在梁段主筋上，确保其在梁浇筑混凝土时不移位、不上浮。支托焊接完毕后应进行检查，确定位置无误后方可穿波纹管。预埋管道要求曲线流畅，水平顺直。定位曲线图详附图所示。

4.6.1.4 为了达到便于运输、便于穿管的目的，波纹管6m作为一段进行连接。接头部位采用套管连接，套管长度不少于35cm，套管与波纹管之间缠绕多股胶带密封，防止漏浆。

4.6.2 钢绞线穿索：

钢绞线穿索采用人工穿束的方式。钢绞线穿束时应编束号，并在钢绞线上标明。穿索时注意钢绞线不得扭结。

4.7 侧模支设

4.7.1 对隐蔽工程（钢筋工程）进行验收。

4.7.2 按方案要求对侧模进行加固，防止梁体爆模。使波纹管跑位，影响梁体混凝土预压应力区域，造成梁受力与设计严重相背。影响结构安全。

4.7.3 梁侧模必须拉通线校核平直度。尽量减少梁身平面外初始挠度。

4.8 混凝土工程

混凝土工程通过对材料、温度、浇筑过程进行控制，保证施工质量。使钢绞线周围局部压应力较大的混凝土振捣密实。防止该部位混凝土受压破坏。影响梁挠度。

4.8.1 材料控制

4.8.1.1 选用合适的原材料。

4.8.1.2 在混凝土中掺入水泥重量2%缓凝剂，初凝时间控制在10～12h。

4.8.1.3 施工期间，要根据天气及材料等实际情况，及时调整配比，并且应避免在雨天施工。

4.8.1.4 提高混凝土抗拉强度，保证骨料级配良好。控制石子、砂子的含泥量不超过1%和3%，且不得含有其他杂质。

4.8.1.5 混凝土入模前含气量应控制在3～4％，坍落度45min损失不宜大于10％。

4.8.1.6 砼在浇筑过程中密切监控天气情况，若遇到大雨、暴雨等特殊天气情况，而现场砼浇筑又无法停止施工，必须联系商混站根据天气情况，对砼塌落度做相应调整。

4.8.2 温度控制

4.8.2.1 尽量降低混凝土入模浇筑温度，必要时用湿润麻袋遮盖泵管。混凝土灌筑时，模板温度宜在5～35℃，入模温度宜在10～30℃。

4.8.2.2 为防止混凝土表面散热过快和表面脱水，避免内、外温差过大和干缩而产生裂缝，混凝土终凝后，立即进行保温保湿养护，保温养护时间根据测温控制，当混凝土表面温度与大气温度基本相同时，可缓缓撤掉保温养护层。保湿养护不得少于14d；保湿保温养护措施：混凝土表面采用一层湿麻袋+一层塑料薄膜+二层麻袋+一层塑料薄膜+一层麻袋,确保保温厚度达50mm；混凝土侧面采用18mm厚模板+一层湿麻袋+塑料薄膜。

4.8.3 砼的浇筑过程：

4.8.3.1由于简支梁总跨度达到67.1m,截面较大，在上部钢结构吊装完毕后，若不具备汽车泵输送砼的条件就采用地泵输送。

4.8.3.2混凝土采用机械振捣棒振捣。振捣棒的操作，要做到“快插慢拔”，上下抽动，均匀振捣，插点要均匀排列，插点采用并列式和交错式均可；插点间距为300～400mm ，插入到下层尚未初凝的混凝土中约50～100mm，振捣时应依次进行，不要跳跃式振捣，以防发生漏振。每一振点的振捣延续时间30s，使混凝土表面水分不再显著下沉、不出现气泡、表面泛出灰浆为止。为使混凝土振捣密实，每台混凝土泵出料口配备4台振捣棒（3台工作，1 台备用），分三道布置。第一道布置在出料点，使混凝土形成自然流淌坡度，第二道布置在坡脚处，确保混凝土下部密实，第三道布置在斜面中部，在斜面上各点要严格控制振捣时间、移动距离和插入深度。在砼达到初凝前加强砼的二次振捣。同时应特别注意：在振动的过程中禁止振动棒触碰波纹管。振捣棒应从波纹管两侧下棒，避免与波纹管直接接触，以防波纹管漏浆。对张拉端垫板后及波纹管周边的混凝土，应特别注意振捣密实。

4.8.3.3梁体砼浇筑采用连续浇筑、一次成型，灌筑时间不宜超过6h。施工时水平斜向分层，宜从跨中向两侧浇筑，层间间隔时间不能超过砼的初凝时间；或对先浇筑的砼采用缓凝措施，保证砼在最先浇筑的砼初凝前全部浇筑完毕。斜向分层位置不宜设于跨中及中支点附近，斜度宜不大于5°，水平分层厚度不得大于30cm，先后两层混凝土的间隔时间不得超过初凝时间。

4.8.3.4浇筑梁体混凝土时，应防止混凝土离析，混凝土下落距离不超过2m，若超过2m时，增接导管。并应保持预埋管道不发生挠曲或移位，禁止管道口直对腹板槽倾倒混凝土。在浇筑面板以上边梁砼时，应对施工缝凿毛、用水冲洗干净，再浇筑上部梁砼。

4.8.3.5大体积混凝土的表面水泥浆较厚，且泌水现象严重，应仔细处理。对于表面泌水，当每层混凝土浇筑接近尾声时，应人为将水引向低洼边部，处缩为小水潭，然后用小水泵将水抽至附近排水井。在混凝土浇筑后4～8h 内，将部分浮浆清掉，初步用长刮尺刮平，洒少许的干净的细碎石，然后用木抹子搓平压实。在初凝以后，混凝土表面会出现龟裂，终凝要前进行二次抹压，以便将龟裂纹消除，注意宜晚不宜早。

4.8.4砼的温度监控

4.8.4.1大体积混凝土浇筑后，必须进行监测，检测混凝土表面温度与结构中心温度。以便采取相应措施，保证混凝土的施工质量。当混凝土内部与表面温度差超过250 时，同时混凝土表面与大气温度差超过250时，每超过约1.50应紧急增加覆盖一层麻袋（厚10mm），控制温差。

4.8.4.2布置测温点：本工程采用温度计测温（预留测温孔）。在中梁处每一跨中点位置布置一组测温点（每组预埋直径25mm壁厚5mm的镀锌管3根，详见下图），保证混凝土中心温度与表面温度差不超过250C，以保证混凝土质量。

4.8.4.3当昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于－3℃时，应采取保温措施。

4.8.5混凝土养护

4.8.5.1梁体混凝土养护时间不少于7d。当采用自然养护时，梁体表面应采用草袋或麻袋覆盖，并在其上覆盖塑料薄膜，梁体洒水次数应能保持混凝土表面充分潮湿为度。当环境相对湿度小于60％时，自然养护不应少于28d；相对湿度在60％以上时，自然养护不应少于14d。

4.8.5.2当环境温度低于5℃时，梁表面应喷涂养护剂，采取保温措施；禁止对混凝土洒水。

4.8.5.3在养护过程中应定时测温，并作好记录。温度计的分布宜在跨中1/4截面、梁端各布置两块。恒温时每2小时测一次温度，升、降温每小时测一次。

4.9预应力梁张拉

4.9.1张拉力值计算，主要通过张拉力计算值进行张拉力控制。

4.9.2预应力筋张拉理论计算伸长值计算，通过测量伸长值，辅助控制千斤顶张拉力。

4.9.3钢绞线张拉：必须待混凝土强度达到设计条件之后（100%强度），才能进行张拉。张拉的过程是：

按设计图纸给出的张拉顺序进行张拉。若设计没有给出张拉顺序，则依据对称张拉的原则确定张拉顺序。

4.9.3.1 预拉：将钢绞线拉出一小段长度后，检查每根钢绞线是否达到长度一致，如有不一致时，应退下楔块进行调整，然后再用力打紧楔块，预拉调整以后方可按规定张拉程序张拉。

4.9.3.2 张拉采用对称张拉。

张拉程序为：01.0δcon（持荷两分钟）锁定。

由于张拉力很大，本工程采用分批分级张拉工艺。

4.9.3.3张拉工艺如下：

工作锚具安装千斤顶安装千斤顶进油张拉伸长值校核持荷顶压卸荷锚固记录

张拉时分三级（0.2 P，0.6 P，1.0 P）加载。所有梁完成当级加载后并持荷两分钟之后，方可进入下一级加载，以保证预应力构件整体受力均匀。

4.9.3.4张拉前，于张拉位置提前搭设操作平台，平台采用钢管支撑，上覆18mm木模板，平台周边应进行围挡，确保操作人员安全，千斤顶吊起悬挂，方可准确定位施工，钢管架延预应力锚固端梁纵向搭设，立杆间距1000mm。如下图所示

4.9.3.5用量测千斤顶油缸行程数值方法，在初始应力下,量测油缸外露长度，在相应分级的荷载下量测相应油缸外露长度，如果行程不够中间锚固，则第二级初始荷载应为前一级最终荷载，将多级伸长值叠加，即为初应力至终力间的实测伸长值。

4.9.3.6预应力张拉施工中，质量控制以应力控制为主，测量张拉伸长值作校核。根据设计图纸要求，当实际伸长值比计算伸长值大于6％或小于-6% 时，应暂停张拉，待找出原因并采取措施予以调整后，才可继续张拉。

4.9.3.7本大跨度预应力梁在施工过程中，必须对预应力梁的跨中挠度进行监测，直至模板完全拆除后一周内为止。

挠度监测首先需做到四定原则：定人、定仪器、定时、定点。

组织有经验的测量人成立测量监控小组专门进行测量监控，以便监控工作的顺利开展和防止人为原因引起的误差。

4.9.3.8专门仪器校验合格后专门用于监控测量。采用精密几何水准测量，应用 ZeissNi 007 自动安平水准仪和殷钢水准尺进行。观测方法采用向前仪器高程法。

测点布置于梁底部，每个3m设置一个测点，各点的点位用射钉枪打入混凝土中，同时用红油漆做好明显标志并编号，由专人负责人保护，直到施工完毕。

临近张拉前对所有点进行一次观测，作为各观测点的未变形的起始读数。

每次分级张拉后以及张拉完毕后一周内每天观测一次。

4.9.3.9为避开日照、温差对挠度所造成的影响，施工控制测量的时间应安排在凌晨0：00～8：00之间进行。为了消除温度影响，观测时间定于早上八点，观测仪器用水准仪。

观测时利用ZeissNi 007 自动安平水准仪和殷钢水准尺，对逐个观测点进行观测 ,仪器立于两梁间,先后视已知高程起始点，再逐点读前视。观测完毕后即进行各观测点的高程计算。仪器站观测完毕,还应进行归零闭合检查（即重新观测起始点），该项检验一般为. 1mm ～1. 1mm 之间。经检验闭合差在 0. 85 ～1. 04mm 之间 ,基本符合要求。

4.9.3.10 每次测量均须做好现场记录，并记录气象、温度等环境条件，测量完成后及时将数据列入统一表格内进行整理分析，再根据其数据绘制张拉后变形曲线图。如各点的坐标图上点间折转太大,可以采用加权平均来加以修正，使各点间连成圆滑的曲线。

型钢混凝土柱与框架梁、预应力框架梁节点业主、设计、监理现场验收。

4.9.4 灌浆

4.9.4.1 梁终张拉完成后，宜在48h内进行管道压浆。压浆前管道内应清除杂物及积水。压浆时及压浆后3d内，梁体及环境温度不得低于5℃。

4.9.4.2 管道压浆水泥浆为：不低于M40微膨胀水泥浆，并掺入JH-MCI-2005A阻锈剂。预应力管道压浆应采用真空辅助压浆工艺；压浆泵应采用连续式；同一管道压浆应连续进行，一次完成。管道出浆口应装有三通管，必须确认出浆浓度与进浆浓度一致时，方可封闭保压。压浆前管道真空度应稳定在-0.06～-0.10 MPa之间；浆体注满管道后，应在0.50～0.60MPa下持压2min；压浆最大压力不宜超过0.60MPa。

同一管道压浆应连续进行，一次完成。

4.9.4.3冬季压浆时应采取保温措施，水泥浆应掺入防冻剂。

4.9.5端头封锚

4.9.5.1张拉、灌浆后，用砂轮切割机切掉张拉端多余的预应力筋，预应力筋的外露长度不应小于30mm。

4.9.5.2浇筑梁体封端混凝土之前，应先将承压板表面的粘浆和锚环外面上部的灰浆铲除干净，将锚具周围的混凝土凿毛、冲洗干净，保证封端砼与梁体砼结合成一个整体，封锚钢筋应予梁体钢筋绑扎形成钢筋骨架。

4.9.5.3采用液态JH-MCI-2005A阻锈剂涂刷锚头；用环氧树脂涂封外露预应力筋；用C50收缩补偿砼进行封闭保护；封锚后砼表面采取涂刷防水材料等防水措施。

4.10挠度监测

4.10.1梁身内预埋测量点。

4.10.2每天早晨8：00～9：00进行监测。

对检测的数据分析显示，在检测期所有数据均在控制指标内。

4.11支架及模板拆除

张拉完毕，灌浆后进行模板支架拆除。注意好成品保护。

五、研究结论

控制混凝土结构挠度，不仅仅在于单纯地控制最后工艺所能控制的梁体观测到的变形，要建立系统的理念，让工况与理论计算一致，施作中还要尽最大力量减少外部原因引起的变形，消除地基不均匀沉降、避免温度变化引起的超静定应力等。最重要的就是严格控制工艺，每一个工艺环节严格执行已定型工法，让施作过程中每一个产品都性能可靠，努力使成品与理想状况的差异尽可能的小，过程中加强监控量测，做到工序严谨，环环相扣，结构挠度就可以得到有效的控制。