毛振龙 李华国 梁云东
中铝国际（天津）建设有限公司 300308
摘 要: 超长预应力混凝土结构主要应用于体育场馆、火车站房、机场等大型公共建筑中。因其巨大的体量和复杂的构造，在施工工艺和节点处理上有别于常规预应力构件。本文以吕梁新区体育中心体育场工程为例，在施工流程、穿束工艺、节点设计等方面做了深入的研究，并提出了解决思路和方案。对类似的工程具有一定的借鉴意义。
关键词：超长预应力结构 三维推演 施工工艺
1工程概况
吕梁新区体育中心是吕梁市新区重点建设项目，也是吕梁市重大民生工程，不仅意义重大而且影响深远。其中体育场工程是整个体育中的核心建筑，该结构屋盖采用四角支撑开口抛物面组合壳屋面，利用向内侧倾斜的建筑壳体翻檐所形成的隐形大拱加强结构，隐形大拱采用矩形钢管以减轻结构自重，支座附近灌注混凝土增强抗压承载力，壳体肋梁采用工字型钢梁，壳板采用预制混凝土构件，支座部位设置预应力钢筋混凝土拉梁平衡壳体支座水平推力。
屋盖结构跨度204m，远远超出常规结构形式。预应力拉梁布置如图1所示。
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长向拉梁轴线跨度204 m截面尺寸3400×2800预应力筋种类预应力孔道数量11孔每孔内预应力筋数量37根预应力张拉控制应力1209；短向拉梁轴线跨度140 m截面尺寸2500×3400预应力筋种类预应力孔道数量8孔每孔内预应力筋数量37根预应力张拉控制应力1209。
2 拉梁预应力安装工艺流程
超长预应力混凝土拉梁预应力安装工艺，由于其跨度大、截面大、构造复杂的特点与常规构件存在至巨大的区别。其安装流程如下：
浇筑拉梁垫层和其他构造做法→安装预应力撑力架→安装普通钢筋支撑架，安装拉梁上铁→安装纵向箍筋→安装预应力管道→纵向箍筋就位→安装出气孔→安装拉梁下铁钢筋
→安装拉梁侧面纵向钢筋→安装横向箍筋→制作张拉端节点→合模板→浇筑混凝土→孔道内穿如钢绞线
3 拉梁预应力安装施工关键技术
3.1 预应力孔道安装三维推演
常规预应力构件一般是在普通钢筋骨架安装完成后，再进行预应力孔道的定位安装。但是本工程预应力拉梁截面尺寸大，长向拉梁达到2.8m×3.4m；普通钢筋配筋量多，纵向钢筋多达数十根，箍筋两个方向共计三十余支；因预应力拉梁构造复杂，仅凭借二维平面图和技术人员想象很难制定完善的方案并向施工人员交底。本工程采用BIM技术三维推演，结合现场试验段的方式确定了预应力孔道安装的工艺流程。
3.2 钢绞线穿束
长向拉梁预应力孔道达到230m，短向拉梁预应力孔道达到185m，均已超过人工穿束的能力范围。而且穿束孔道端部位于拱脚承台侧面，距离开挖边缘空间十分有限，限制了大功率穿束机的使用，这样只能采取牵引钢绞线的方案。
钢绞线牵引方案分为多根牵引和单根牵引两种形式，因多根牵引必须同时牵引若干个放线盘，或者采用现场定长下料的方式，都需要较大的操作场地，现场不具备条件，因此只能采用单根牵引的方式。该方案虽然效率较低，但是操作方便，牵引力小，可靠性高。
为了提高单根牵引的效率，本工程采用了双向牵引的方式。在预应力拉梁的甲、乙两端分别放置一台牵引设备，先在孔道内穿入钢丝绳，将钢绞线在甲端与钢丝绳固定，通过乙端的牵引设备将钢丝绳和钢绞线同时牵引过去，拆卸掉钢绞线，完成第一个行程；将钢绞线在乙端与钢丝绳固定，通过甲端的牵引设备将钢丝绳和钢绞线同时牵引过去，拆卸掉钢绞线，完成第二个行程。如此交替往复，直至一个孔道内37根钢绞线全部牵引完成，操作另一个孔道。
3.3 预应力孔道节点
（1）张拉端节点
拉梁张端位于承台侧面，预应力孔道多、直径大、位置固定，在该位置与承台分布钢筋相互影响。深化设计时提前将承台分布筋排布好，让开预应力孔道位置。承台分布钢筋避让预应力孔道。另外，预应力张拉端节点喇叭口尺寸较大难以安装在两根承台分布筋之间，设计一个350mm厚度的平台，突出于承台侧面，专门用于安装张拉端节点。该平台集中了所有张拉端节点，应进行局部压应力核算，配置足够的普通钢筋。
（2）孔道连接节点和出气孔节点
预应力孔道采用DN150钢管，每根钢管长度不大于6米，这就需要大量的连接接头。受制于本工程的特殊性，不能采用常规的波纹管式的接头。结合工程的特点我们选择的连接节点一下特性：操作简便，施工速度快，不影响下一步工序的展开；密闭性好，在三米高混凝土的压力作用下不出现漏浆情况；具有足够的连接刚度，连接钢管后，浇筑混凝土时不会在接头处产生变形或者位移；连接节点不能影响后续穿筋。通过大量的比选和模拟实验最终采用了类似消防管道的沟槽管件作为连接节点。考虑到孔道超长，灌浆阶段，根据实际情况可能需要采用接力灌浆，因此出气孔按照兼做灌浆孔进行设计，出气孔材料采用钢管，钢管与预埋孔道的连接节点。
4 小结
具体结合吕梁新区体育中心体育场工程的特点，本文着重研究解决的以下问题：
（1）通过三维可视化技术，将复杂的预应力孔道安装工艺可视化、动态化。充分考虑施工过程中的每一个环节和影响因素，从仿真推演过程中发现问题，解决问题。结合试验段的验证，确定切实可行的技术路线。
（2）本工程受制于场地条件和超大的体量，只能采用传统的单根牵引方式进行穿筋。但是通过工艺的优化，双端往复牵引，将施工效率提升了一倍。
（3）本工程采用不同于常规有粘结预应力的节点，设计上考虑钢筋，截面，混凝土等多种因素的影响，满足在超长结构、超大截面内的应用需求。
参考文献
[1]建筑施工手册，中国建筑工业出版社，2013.
[2]《建筑工程预应力施工规程》（CECS?180:2005）
[3]《后张预应力混凝土结构施工表示方法及构造详图》（06SG429）
[4] 《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85-2010）
[5]《预应力用液压千斤顶》（JG/T 321-2011）