王祺国

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

预应力变截面梁在大跨度建筑工程项目中的应用已十分普遍，在应用层面上，从模板选型、排架结构系统的设置到施工技术、结构加固等方面都有了较为成熟的技术手段[1-4]。本文根据项目的建筑方案及现场情况，合理利用梁模板、结构系统，同时，面对施工的重难点，提出并实施后张法施工，再运用防治结合的措施预防和处理可能出现的裂缝并加固结构体系，从而保障建筑结构的安全。

背景工程为复旦大学新建江湾校区综合体育馆项目，位于杨浦区新江湾城西北部，东邻淞沪路、西邻国权北路、南邻殷行路、北邻国帆路。项目地上3层、地下1层，总建筑面积28 800 m2，包括游泳馆、大厅、篮排球、羽毛球训练馆、多功能厅等空间（图1）。

图1 项目效果图

本工程为丙级及以下体育建筑，主要功能为校园游泳馆（含1个教学泳池、1个比赛泳池）与校园风雨操场，地下设有停车库。

地上共3层，建筑高度为23.995 m。一层为游泳馆、大厅、多用厅、变电室、消控室、防倒塌棚架，建筑层高5.4 m；二层为健身房、多功能厅，建筑层高5.4 m；三层为篮排球、羽毛球训练馆、多功能厅，建筑层高分别为5.4、14.2 m。

本工程主体建筑结构形式为混凝土框架结构（配少量剪力墙），地基基础采用平板式桩筏基础，桩基类型为预应力高强混凝土空心方桩。

2个泳池顶均为大跨度变截面预应力梁，预应力框架梁采用后张有黏结预应力混凝土结构，预应力筋采用φ15.2 mm高强度低松弛钢绞线，垫板采用焊接补筋，并与箍筋焊牢。预应力梁混凝土强度等级为C40，位于游泳池上方，双泳池空间共计28根跨度42 m的预应力混凝土梁。

本工程屋面结构为2个双层场馆组合的大空间结构，屋盖采用大跨度倒三角空间钢管桁架。场馆主桁架跨度为42 m，间距8.4 m，两侧悬挑2.8 m。钢屋盖与混凝土柱顶采用锚栓埋件的连接方式。

1）本工程主要难点为大跨度预应力梁模板及排架的选型以及预应力梁施工过程中的质量控制。同时，结构裂缝的预防和控制也是一大难点。

2）大构件尺寸、大跨度和高层位影响到施工中模板承受的最大线荷载，模板搭设面临很大的难度，必须在施工过程中严格监控模板位移参数。

3）变截面梁的典型特点是，从支座到跨中的延伸中梁截面不断增大，加之曲线形的梁底端，给模板搭设带来很大的难度。

4）变截面梁内含较多的钢筋，而且会随着截面发生不同的变化，对钢筋的安装和有效固定造成障碍，也就是说梁内箍筋的规格随着截面尺寸的变化而改变，混乱的箍筋现象很普遍，对钢筋保护层的控制造成难度。

5）变截面梁是大跨度有黏结预应力梁，内部的钢筋纵横交错，且预埋件遍布，给混凝土浇筑时的振捣工作带来阻碍，增加了施工的难度。

本工程主要采用预应力梁，由于预应力结构本身的特殊性，导致模板的选择会对整个工程的进度及成本带来较大的影响。在大跨度预应力梁的模板选择上，一般有木胶合模板、大钢模板或塑料模板三类形式。各类模板的特性如下：

1）木胶合模板。优点：质量轻、加工轻便、活动性好、造价低廉、工人操作习惯等。缺点：不成体系，模架分开，安全风险高；周转次数少；产生大量垃圾，对环境污染大；成形效果一般。

2）大钢模板。优点：使用灵活、通用性强、制作精确、质量较高、拆装灵活、搬运方便、耐久性好，适用于组合拼装，工程结构整体性好。缺点：质量较大，搬运不方便且费用高；变形维护成本高；基本只能使用于一个特定项目，成本高。

3）塑料模板。优点：性能卓越，品质优良；施工便捷，周转率高；设计标准，实用性强。缺点：非标件投入成本高，主要体现在开模具成本高昂而利用率比较低；标准化模板配模率只有90%，形成不了完整的体系（特别是非标部分），无法实现工程结构的全覆盖。

综上所述，考虑到本工程体量不算特大及存在大跨度预应力梁这些特点，可知大钢模板和塑料模板的成本会相对较高、不够经济，而单纯用木胶合模板则有可能会面临施工可靠性不足的问题。经过研究分析，最终本项目采取了一定的技术措施，即：在支模过程中，在木胶合模板侧面增加大量背楞以保证结构施工的可靠性。

本工程上部3 层结构区域大梁截面尺寸为700 mm×2 000 mm、700 mm×2 500 mm，梁顶标高10.75 m，梁底排架搭设高度13.75 m。上部结构超高超重梁的排架地基结构形式为厚400 mm地下室底板，混凝土强度等级为C35。

若采用常规钢管扣件式排架系统，则700 mm×2 500 mm大梁底部的排架钢管纵向间距为350 mm，梁底立杆数量为2根，且顶部必须为双扣件。如此密度的钢管排架搭设施工难度极大，且进度较慢，扣件的拧紧与否直接关系到排架系统的稳定，施工可行性较低。

若采用盘扣式排架系统，则受力形式直接、简单，承载力高，便于质量把控与验收，尤其适用于超高超重模板系统。因此本项目采承插型盘扣式排架系统。

根据计算，大梁底部的排架钢管纵向间距为600 mm，梁底立杆数量为2根并需采用顶托。考虑到施工可行性，700 mm×2 500 mm梁底2根立杆间距设为300 mm，既可保证结构安全，又能保证施工的方便（图2）。

在高支模混凝土浇筑的过程中，现场对排架体系进行了持续性的沉降观测，监测频率为：在模板支撑体系完成后监测一次；浇筑混凝土过程中实施监测，每次监测间隔不超过30 min；在混凝土浇筑完成后监测一次。沉降观测结果为：梁（板）底立杆沉降未超过10 mm，梁水平位移未超过5 mm，满足安全要求。

本项目预应力梁采用有黏结预应力结构（图3），采用后张法施工。施工工艺需要综合考虑钢绞线下料、模板支设、普通钢筋铺设、支架钢筋铺设、预应力筋铺放、张拉端锚具埋设、隐蔽工程验收、混凝土浇捣以及混凝土达到强度后的张拉、灌浆等一系列的流程操作。以下主要对施工过程中容易遇到的难、特点进行说明。

1）锚垫板端部浇筑混凝土产生空洞导致预应力张拉时锚具内陷。处理方法：将端部退锚；将空洞的混凝土凿除；重新支模板；浇筑高一级别并添加了微膨胀剂的混凝土（若混凝土浇筑有困难，则采用高强灌浆料代替混凝土，步骤同前）；养护至100%的设计强度；重新张拉至控制应力。

图2 排架搭设示意

图3 预应力梁示意

2）由于挤压锚失效使张拉预应力钢绞线时固定端失去作用。处理方法：将已经张拉的部分预应力钢绞线退锚；在固定端凿除混凝土，露出固定端；将固定端已经失效的预应力钢绞线抽出重新进行挤压；浇筑固定端混凝土并养护至 100%的设计强度；重新张拉至控制应力。

3）发生预应力管道堵塞的情况。预防和处理方法：波纹管堵塞一般是由于波纹管接头不密封或波纹管破裂后，混凝土中的砂浆进入管道造成的。梁体浇筑完混凝土后，应及时安排工人在梁的两端抽动钢绞线，这样，在堵塞不严重的情况下，由于混凝土尚未结硬，通过抽动钢绞线可将砂浆清理出孔道。如果孔道堵塞不严重，灌浆时浆体尚能完全通过整根孔道，但孔道的有效面积会缩小，此时采用低水灰比的水泥浆，压浆时会因水泥浆太稠而无法通过堵塞处。对此，可在规范允许范围内采用最高的水灰比和压浆压力。如果孔道堵塞严重，可以将钢绞线先抽出孔道，采用铁球疏通的方法将孔道清理干净后，再将钢绞线穿入进行张拉灌浆。由于砂浆具有质脆易碎的特点，在一定的压力作用下容易破碎。因此，在充分掌握了孔道堵塞的情况后，可用适当直径的铁球对堵塞处的砂浆采取逐步破碎，逐步清除直至通畅的处理方法。处理时，先把直径较小但能勉强通过孔道的铁球，在卷扬机的带动下，通过卷扬机的拉力把孔道扩大后，使小球能顺畅通过，然后用空压机或水把破碎后的砂浆清出管道。

本项目由于设计自身原因，预应力梁的刚度相较于与其连接的普通混凝土楼板差，因此梁与楼板连接区域极易出现裂缝。考虑到可能出现的裂缝，现场采用防治结合的措施进行处理[5-6]。预防是在施工前采取相应措施避免裂缝的出现，治理则是在出现裂缝后对裂缝加以处理以保证结构的安全。

防止裂缝的措施：严格控制原材料质量，主要是控制混凝土的配合比；做好施工质量控制，主要是对混凝土的养护要满足规范要求，保证混凝土能够达到设计强度，在达到相应强度后方可进行模板拆除的工作；增加施工措施，在梁与楼板连接处增设钢丝网片以保证连接处的强度，避免裂缝的产生。

治理裂缝的措施：先对裂缝的特点进行分析，确认是否为无害裂缝，如果裂缝对结构强度产生了影响，则需要进行加固处理。

考虑到本工程项目的特点，对有害裂缝采用碳纤维材料进行加固处理[7-8]。具体加固方法如下：

1）对于板底的不规则裂缝，采取碳纤维片材补强加固。加固前必须先处理掉混凝土表面的浮灰与油脂，再进行碳纤维片材粘贴加固。

2）项目的碳纤维片材必须采用300 g高强度Ⅰ级碳纤维布，厚度0.167 mm。碳纤维规格为宽200 mm，净距100 mm，碳纤维片材沿板底以井字格的方式，双层双向进行粘贴。

3）待碳纤维布加固施工完成后，进行表面喷砂防护并用腻子找平，表面刷黑色环氧树脂2道进行防护处理。

本文以复旦大学新建江湾校区综合体育馆项目为例，对大跨度变截面预应力梁模板选型、排架系统设计、预应力梁施工以及裂缝控制与结构加固等内容进行了介绍。在主体施工难度大、施工技术手段要求高、安全性要求高的条件下，实际施工效果较为理想，可行性强。其施工体系稳定可靠、合理性高，对于项目重、难点的分析研判到位，处理方案可行。

本项目为今后同类型建筑的设计与施工提供了一些可以借鉴的内容。未来可从进一步优化施工工序及工艺、精细化计算控制材料成本、新材料应用等方向开展更深入的研究，形成更具推广价值的应用技术。

建筑施工2020年6期