超长大面积混凝土楼面结构无缝施工技术.docx

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超长大面积混凝土楼面结构无缝施工技术

超长大面积混凝土楼面结构无缝施工技术

[摘要]介绍了南京奥体中心体育场超长大面积混凝土楼面结构无缝施工的设计要求和施工方法，施工中采取了合理的分段分块施工和超长预应力筋的张拉措施，使楼面结构工程顺利完成。

[关键词]超长无缝设计预应力施工缝后浇跨

南京奥体中心主体育场位于整个奥体工程中心位置，外围呈园形，半径为142.8m，周长约900m，内侧近椭园形，长轴长度为195m，短轴长度为132m，周长约545m。

看台范围东西宽，南北窄，最大宽度为75m，最小宽度45.3m。

主体育场整个建筑面积为133600m2，其中首层面积约44000m2，设计没有设置变形缝，属于超长大面积混凝土楼面结构。

体育场共设计有六万七千个席位，看台最高点44.28m。

主体育场以

、

、

、

轴为界，分为东西南北四个看台区，主体育场为七层钢筋混凝土框架—剪力墙结构，各层标高分别为±0.00m、7.0m、11.8m、16.6m、21.4m、26.2m和31m，底层层高为7m，其余层高为4.8m。

主体结构按七度抗震设防，混凝土强度等级为C40。

框架柱除部分为矩形外，大部分为圆形柱，直径为Φ800和Φ1200，柱网尺寸分别为7.32m×8m和14.64m×8m。

1、设计要求及施工重点、难点分析

1.1设计要求

环向梁和看台板为无粘结预应力，径向梁为有粘结预应力。

环向梁宽400～600mm，梁高850～1200mm，最大跨度14.6m，呈弧形。

径向梁宽600mm，高900～1600mm。

巨型钢双拱南北区低、东西区高，跨度达360.4m，且以45度倾斜角度斜倚在屋顶上，号称“世界第一拱”。

为了加强大跨度钢拱的整体刚度，在南北区

轴位置，从5m～26m标高的竖向设计有8根直径1.2m预应力钢筋混凝土圆柱，柱高约21m。

整个工程预应力钢筋均采用1860级低松驰钢绞线，总量达1510t，是目前华东地区预应力结构规模最大的项目。

体育场在东、西、南、北四个区的相邻区域设计有4个钢筋混凝土后浇施工跨，后浇跨宽度从8.41～11m左右，后浇跨混凝土楼面径向长48m，从而形成整个建筑物不设置变形缝的无缝结构。

设计通过各层楼面施工过程的预应力张拉来抵消混凝土在施工过程和使用阶段的收缩应力，从而达到结构设计无缝的目的。

这不仅体现了结构设计的思路新，也反映了施工技术的发展进入了一个新的领域。

本工程后浇跨、施工缝及九个平面轴线控制点位置见下图所示。

1.2施工重点难点分析

从上述情况可以看出，大面积超长预应力结构施工，是施工过程的突出重点之一，施工中要根据东、西、南、北区的不同面积划分不同施工段，在进行超长预应力混凝土施工时，在材料选择和施工方法上，必须采取可靠的措施，才能达到在施工期和使用期均不出现有害的收缩和温度裂缝。

2、混凝土楼面结构无缝施工

2.1施工方案

东区与西区、南区与北区位置对称、尺寸相同，东西区平面尺寸比南北区要大，现仅以东区平面尺寸为例，将该区混凝土楼面（梁板）预应力施工工艺、施工方法叙述如下。

东区外圈弧长约280m，内圈弧长约190m，径向长从78m～48m（可变）施工时通过施工缝将其分成

、

、

、

四个施工段，分别进行各施工段混凝土浇筑。

在

、

块与

、

块之间各设2m宽施工缝，作为环向预应力张拉的工作面，在

和

块之间设一般的施工缝，以减少混凝土一次的浇筑量，环向预应力筋分为①、②、③三段分别进行张拉，混凝土分段施工，预应力筋分段张拉见下图所示。

2.2楼面混凝土结构施工

2.2.1混凝土的原材料和配合比要求

主体结构混凝土强度等级为C40，为避免出现收缩和温度裂缝，在楼面和看台混凝土结构中掺加了外加剂和外掺料，楼面梁板C40混凝土每m3材料用量：

P042.5水泥410kg、2.5江砂688kg、5-31.5石子1077kg、JM-8外加剂6.44kg（具有缓凝、泵送和高效增强作用）、水175kg，Ⅱ级粉煤灰50kg、聚丙烯纤维（丹强丝）0.8kg。

看台（露天结构）C40级混凝土每m3材料用量：

Po42.5水泥367kg、2.5江砂710kg、5～31.5石子1065kg、JM-3（B）外加剂33kg（具有抗裂、防渗和高效增强作用）、水175kg，Ⅱ级粉煤灰50kg、聚丙烯纤维（丹强丝）0.8kg。

2.2.2模板和支撑杆件的选用

本工程框架梁截面尺寸和跨度都比较大，径向8m，环向达14.6m，采用碗扣式和扣件式脚手作支撑体系，12mm厚竹夹板和九夹板作大模板，直径0.8m圆柱用4mm厚钢板、1.2m圆柱用5mm厚钢板作定型模板面板。

对大跨度梁的支撑系统，施工前进行了支撑的设计计算，确保支撑的稳定可靠。

2.2.3钢筋工程施工

先绑扎施工梁底非预应力筋，再安装无粘结筋和有粘结筋波纹管，然后穿有粘结筋，并根据设计要求，确定无粘结筋和有粘结筋的矢高，然后绑扎梁的上部钢筋和楼板钢筋。

2.2.4混凝土楼面结构分块浇筑施工

按上述划分的施工区段，采用泵送混凝土，分段浇筑。

在每一施工区段内，一次性浇筑完毕，不允许出现冷接缝。

当第一区段“

”混凝土浇筑完毕后，其强度达到设计强度75%，即达到C30时，即可在该段两端留置的施工缝位置（2m宽预应力张拉工作面）进行预应力筋的张拉。

同时可进行第

段、第

段和第

段的模板、钢筋和混凝土的施工。

当第

、

施工段预应力筋张拉完毕，

段或

段混凝土尚未浇筑，则2m宽施工缝的混凝土可与相邻段（

段或

段）的混凝土同时施工。

通过上述施工组织，不仅可以减少留置后浇带的工序，加快施工进度，而且上述施工缝同样可以将楼板分割成适当大小的区段，以利于混凝土的一次浇筑，而且由于缩短了楼板混凝土一次浇筑长度。

在预应力张拉与楼板支模、绑筋和混凝土浇筑等各工序操作中，可以进行合理的流水施工，在混凝土浇筑后短期内完成一部分早期收缩，然后进行预应力张拉，从而控制了混凝土施工过程的收缩裂缝。

分段混凝土楼面浇筑完毕后，应及时覆盖塑料薄膜、湿麻袋进行保湿养护不少于14天。

2.2.5模板拆除

因框架梁跨度大部分在8m以上，必须达到设计强度，且预应力筋已经张拉完毕才能进行模板支撑的拆除。

拆模时，先拆除现浇板下支撑，再拆除环向梁支撑，最后拆除径向梁支撑。

3．楼面结构预应力张拉施工

本工程预应力筋工程量大，预应力筋埋设长度长，张拉吨位大，配合工种多，施工周期长，张拉施工贯穿在整个主体的施工过程。

现仅就东区一个施工区的分段施工、分段张拉工艺叙述如下：

3.1设计要求：

本工程楼面的环向为无粘结预应力结构，径向为有粘结预应力结构，位于

轴与

、

、

、

、

、

、

、

轴交汇处为8Φ1200无粘结预应力柱。

预应力筋均采用Φj15.24—1860级低松驰钢绞线。

锚具采用I类锚具，混凝土强度达到设计值的75%后，方可进行第一次张拉。

预应力筋最终张拉控制应力бcon=0.7fFtk，预应力张拉端位于结构内，采用凸出布置，位于结构外采用凹入布置，混凝土强度等级C40。

3.2各分区楼面结构分段张拉施工

以东区为例最大圆弧长达280m，通过2m宽工作面将东区分三段分别进行张拉，中间段①长度约110m，分别在两端张拉后采用连接器固定，两侧（第②、第③段）分别采用一端张拉。

为了给上层施工创造条件（最外侧共七层）环向预应力从最外侧先张拉，即由外侧向内侧进行逐根环向预应力筋的张拉，东区楼面环向预应力分段张拉示意见下图所示。

先张拉环向无粘结预应力筋，再张拉径向（78～48m）有粘结预应力筋。

对于超长结构的张拉，采用分次张拉比一次张拉效果要好，故采用二次张拉的方法。

当先浇筑段的混凝土达到设计强度的75%，即等于或大于C30级时，即进行第一次张拉，在同一截面先张拉20%预应力筋（即10根先张拉2根），待混凝土强度达到设计强度即等于C40时，进行100%预应力筋的张拉。

张拉控制应力бcon=0.7fFtk=0.7×1860=1302N/mm2，环向预应力筋采用逐根张拉，其张拉力为1302×140mm2=182280N≈18.228t，采用YCW—23穿心式千斤顶张拉。

其额定张拉值为23t，能满足要求。

径向有粘结预应力筋，采用多根预应力筋（每束6-7根）成束张拉，第一次每束张拉20%控制应力，混凝土强度达到设计值时，进行第二次100%控制应力的张拉。

每束的张拉力为7×182280N=1276000N≈127.6t，采用YCW—150穿心式千斤顶进行张拉，其额定张拉力为150t，可满足张拉要求。

由于环向和径向两个方向都施加预应力来抵抗楼板内的收缩应力和温度应力，从而有效的克服了超长结构在另一个方向产生拉应力的可能。

施工中，对超长束预应力筋的张拉，还采用了超张拉回松技术的张拉工艺，消除由于超长而产生的松驰对预应力的损失。

主体结构从4月-12月施工完毕，二层楼面梁板预应力张拉时，正值夏季，室外气温高，且在混凝土中掺加了增强剂，在混凝土浇筑仅5天，经工地同条件养护试块试压，混凝土强度分别达到79%、88%.90%，即组织了第一次张拉，从而有效的控制了混凝土超长结构的早期收缩裂缝的出现。

东区46—55／E—F轴顶层看台，于11月3日浇筑混凝土，经11月18日同条件养护试块试压，强度分别达到36.4、39.9、37.7MPa，由于已经进入冬季，室外气温低，混凝土浇筑经15天后才进行张拉。

从上述情况说明，施工过程，要根据不同气温条件，采取适时的第一次预应力张拉，是防止混凝土超长结构出现早期收缩和温度裂缝的有效措施。

3.3竖向预应力筋张拉施工

位于K轴，从标高5m～26m共有8根竖向无粘结预应力柱，每根柱采用3束，每束6ΦJ15.24钢绞线。

当施工到5m标高时，就将预应力筋埋入柱内。

根据预应力筋的布置，找出其代表性的几个空间定位所在的平面，通过柱筋加以固定，然后焊接定位固定，并随着柱子施工进度，逐层将盘放的预应力筋整理就位、固定。

当楼层施工到26m标高的柱子位置，且楼层的环向、径向预应力筋已经张拉完毕，26m以下柱子混凝土强度达到75%设计值时，即可逐根进行预应力筋的张拉。

在5m标高采用QMJ型挤压锚预埋在柱内。

在26m标高采用“QM”型夹片锚，张拉工艺和张拉力同环向预应力筋的一端张拉方法。

3.4预应力筋接头和支承锚具

（1）预应力筋的接头要求

为了便于施工，预应力筋采用50%连接器，作为无粘结预应力筋的连接接头，另外50%预应力筋采用交叉连接。

其接头形式见下图所示。

（2）环向无粘结预应力筋的固定端、张拉端和连接器如下图所示。

上述连接器仅用于超长无粘结筋的先张拉端，该连接器长130mm，外径60mm，壁厚约8mm，在锚固预应力筋之间有20mm空隙，在其一端内壁带有丝扣，当张拉端张拉应力值稳定后，就可将连接器与张拉单孔锚固定。

锚头内侧呈大小头，在预应力张拉时得到紧固，连接器的另一端就形成固定锚，连接器与张拉端单孔锚的连接如上图所示。

其支承锚具的锚板为80×80×14钢板。

（3）径向有粘结预应力筋张拉的张拉端和固定端。

径向预应力筋采用群锚张拉，群锚一次张拉最多达6-7根ΦJ15.24—1860级钢绞线，张拉支承点的最大应力达127t，如何保证径向梁群锚张拉的安全十分重要，张拉前不仅要核算径向梁端头截面的强度而且加强了张拉端头混凝土浇捣的质量管理，以及在建立初应力时，要消除掉垫板的松动，预应力筋的松驰、孔道的摩擦等，使群锚张拉时每根钢绞线的受力均匀一致。

径向群锚预应力筋在固定端的支承锚具尺寸为Φ125×63厚的钢板，并在张拉端的支承锚具为铸钢制作的喇叭形管，从而有效的承受了大吨位张拉力的施工要求。

张拉结束后，进行孔道灌浆，为了加强灌浆密实性，在灌浆时掺加了具有低泌水、微膨胀新型外加剂----JM-HF，用量为水