地下管廊基于橫截面有粘結預應力板的設計及施工方法與流程

本發明涉及建筑施工方法，尤其涉及一種地下管廊基于橫截面有粘結預應力板的設計及施工方法。
背景技術：
：近些年來，在建筑結構中更多、更普遍的情況是：梁采用有粘結預應力，而板采用無粘結預應力。一般認為有粘結預應力相比無粘結預應力可靠性更高，通常板厚較小，應該使用小直徑波紋管，但壓漿較為困難，在板中采用無粘結預應力仍然是合理的，規范也是允許的。無粘結預應力鋼筋在結構中正常工作主要取決于兩端的錨具，一旦錨具因為某種原因失效，整個結構的安全就有隱患，甚至導致連續的倒塌問題。無粘結還存在下列劣勢：無粘結預應力混凝土工作時由于無粘結筋與混凝土發生相對滑動，構件破壞時無粘結筋的應力總是低于預應力筋的極限強度。當超過截面抗裂彎矩時，無粘結預應力砼構件的裂縫相對集中且發展較寬，無粘結預應力連接板對裂縫很敏感，當底板出現裂縫后撓度增加的速度較快，裂縫寬度也較寬，因此無粘結預應力必須配置一定數量的普通鋼筋，以避免構件在極限強度時不像拉桿拱一樣破壞。無粘結筋的作用全部依賴于錨具，一旦錨具失效其預應力將全部失去有可能發生整體破壞或連續倒塌。無粘結預應力混凝土結構對錨固端的封閉防銹蝕要求更嚴，在工程實踐中較難處理。有粘結預應力技術是一種將傳統的普通梁板結構、無粘結預應力板技術升級到經濟、安全、耐久性好的有粘結預應力板技術，尤其涉及用于地下管廊和地下室頂、底板的結構優化。有粘結預應力板技術可以明顯減小梁板截面高度、減少鋼筋用量、降低地下管廊或者地下室的層高、減小地下室基坑深度、降低水浮力，從而節約大量的鋼筋和混凝土、降低了基坑支護及土方開挖費用、減少底板抗浮措施費用，同時該技術的采用基本杜絕了底板、頂板裂縫的發生，可解決超長地下室混凝土結構收縮裂縫的問題，簡化建筑外防水的措施，進一步降低造價。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種地下管廊基于橫截面有粘結預應力板的設計及施工方法，該有粘結預應力板設計的方法建造地下管廊造價成本低、更安全耐久。為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種地下管廊基于橫截面有粘結預應力板的設計及施工方法，綜合管廊每片管廊的長度設置為30m，綜合管廊包括頂板、底板、外側墻和內側墻；原地下綜合管廊的頂板、底板及外側墻的厚度400mm，內側墻的厚度300mm；其創新點在于：采用有粘結預應力板的方法，頂板、底板、外側墻及內側墻的厚度設置根據SAP2000建立有限元分析三維模型來設計；首先建立30m長的管廊模型圖，以彈簧模擬地質結構作用，在底面彈簧剛度K=20000KN/m3，在頂板、底板和側壁的局部軸作用彈簧剛度為K=14000KN/m3，根據實際產生的載荷輸入外載荷的數值，頂面65kpa的均布荷載，側板梯形荷載，頂部為44.8kpa，底部為88.3kpa；將橫截面的外側墻和內側墻的截面不同位置的彎矩圖、應力圖和軸力圖，再根據這些圖上的數據和根據地下綜合管廊的高度寬度要求，從而計算出頂板、底板、外墻板和內墻板的厚度；頂板、底板、外側墻及內側墻均配置有粘結預應力鋼絞線；綜合管廊的施工步驟具體如下：S1：鋼絞線鋪設：以30米長為一段，對地下綜合管廊的底板、外側墻、內側墻和頂板依次進行鋼絞線鋪設，板內預應力筋應按正反拋物線布置，預應力在板中應嚴格控制矢高及反彎點；S2：錨固端設置：對于不好直接錨固的地方在鋼絞線鋪設的喇叭口處使用泡沫塊在端頭預留凹槽；S3：孔道一次灌漿：用壓力水將孔道進行清洗，利用灌漿泵將水泥經過波紋管灌到預應力筋孔道中去，使水泥漿填滿預應力鋼絞線與孔道間的間隙，讓預應力鋼絞線與夯牢固地粘結為一整體；S4：孔道二次灌漿：在孔道一次灌漿之后由于首次灌漿的水泥灰產生收縮的情況，此時通過灌漿泵將水泥經過波紋管灌到預應力筋道中去，進行二次灌漿，去補足收縮部分的水泥漿；孔道灌漿之后需要進行養護，孔道灌漿與養護期需要21天；S5：側面填土：孔道灌漿與養護期之后，進行在外側墻進行填土，外側墻的填土依據載荷為65kpa且為梯形載荷；側面填土需要2天工；S6：智能張拉：在采用一端張拉或兩端張拉，有粘結預應力筋長度不大于30m可一端張拉，大于30m需要兩端張拉，智能張拉7天；S7：后澆帶設置：采用單跨搭接的方式在鋼絞線上設置后澆帶；后澆帶在常規澆筑完成的60天后進行；S8：灌漿密實度檢測：采用灌漿密實度檢測儀對孔道灌漿密實度進行檢測；S9：頂端覆土填埋：在灌漿實度檢測完成后，頂端的覆土填埋依據載荷為65kpa且為均布載荷。進一步的，所述頂板、底板、外側墻及內側墻的厚度設置根據SAP2000建立有限元分析三維模型來設計，不僅需要考慮梁體彈性壓縮和混凝土收縮徐變的變化，也需要考慮5-100年不同時間變化的收縮徐變來進行厚度設計。本發明的優點在于：1）有粘結預應力混凝土承受在和時任一截面處預應力筋的應變值與周圍混凝土的應變值相等，破壞時臨界截面有粘結筋的應力非常接近極限強度。一般來說，有粘結預應力混凝土的極限承載力比無粘結高20%-30%。2）當超過截面開裂彎矩Mcr時，有粘結預應力砼構件的裂縫分布均勻細密，從設計角度，有粘結預應力混凝土的抗裂要求可以放得更松。有粘結預應力筋除了改善混凝土的結構性能之外，其本身在混凝土構件中也起著與普通鋼筋一樣的作用。一般來說，有粘結預應力混凝土樓板比無粘結預應力可以少配20%以上的普通鋼筋。3）有粘結預應力混凝土構件的延性比無粘結預應力混凝土構件高43%，抗振性能好。尤其是地下綜合管廊的頂板表面長期覆土，采用有粘結預應力混凝土可以滿足結構耐久性的要求，而且可以滿足地面車輛動荷載抗疲勞的要求。4）有粘結預應力筋的固定端可以使用壓花錨，不需要擠壓錨，錨具的費用可以大幅降低。有粘結預應力混凝土錨固端按一般操作規程要求灌漿處理較易達到防腐蝕要求。5）有粘結預應力連續梁板允許考慮塑性內力重分布對支座負彎矩進行調幅，可以最大程度的調平正負彎矩區的內力差值，為采用統一的曲線配筋形式創造了條件，一般只需要在支座局部增配少量的非預應力筋即可補充強度，大大提高了曲線配置的預應力鋼絞線的承載效率，使得有粘結預應力比無粘結預應力具有了更大經濟優勢。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。圖1為地下綜合管廊的標準斷面預應力配筋圖。圖2為地下綜合管廊30m模型圖。圖3為地下綜合管廊30m橫截面瞬時荷載作用下M圖（7.5m）。圖4為地下綜合管廊30m橫截面瞬時荷載作用下M圖（15m）。圖5為地下綜合管廊30m橫截面瞬時荷載作用下M圖（22.5m）。圖6為地下綜合管廊30m橫截面瞬時荷載作用下理正彎矩圖。圖7為地下綜合管廊30m橫截面預應力作用下綜合彎矩圖（7.5）。圖8為地下綜合管廊30m橫截面預應力作用下綜合彎矩圖（15m）。圖9為地下綜合管廊30m橫截面預應力作用下綜合彎矩圖（22.5m）。圖10為地下綜合管廊30m橫截面瞬時預應力作用下軸力圖（0.01m）。圖11為地下綜合管廊30m橫截面瞬時預應力作用下軸力圖（7.5m）。圖12為地下綜合管廊30m橫截面瞬時預應力作用下軸力圖（15m）。圖13為地下綜合管廊30m橫截面瞬時預應力作用下軸力圖（22.5m）。圖14為地下綜合管廊30m橫截面瞬時預應力作用下軸力圖（29.99m）。圖15為地下綜合管廊30m橫截面瞬時預應力作用下主彎矩圖（15m）。圖16為地下綜合管廊30m模型100年無預應力作用下軸力圖（0.01m）。圖17為地下綜合管廊30m模型100年無預應力作用下軸力圖（7.5m）。圖18為地下綜合管廊30m模型100年無預應力作用下軸力圖（15m）。圖19為地下綜合管廊30m模型100年無預應力作用下軸力圖（22.5m）。圖20為地下綜合管廊30m模型100年無預應力作用下軸力圖（29.99m）。具體實施方式下面的實施例可以使本專業的技術人員更全面地理解本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。本發明中，以遼寧沈陽的鐵西新城地下綜合管廊為例：如圖所示的一種地下管廊基于橫截面有粘結預應力板的設計及施工方法，綜合管廊每片管廊的長度設置為30m，綜合管廊包括頂板、底板、外側墻和內側墻；原地下綜合管廊的頂板、底板及外側墻的厚度400mm，內側墻的厚度300mm；采用有粘結預應力板的方法，頂板板面相對標高-2.5m，底板板面相對標高-5.9m，頂板、底板、外側墻及內側墻的厚度設置根據SAP2000建立有限元分析三維模型來設計；首先建立30m長的管廊模型圖，以彈簧模擬地質結構作用，在底面彈簧剛度K=20000KN/m3，在頂板、底板和側壁的局部軸作用彈簧剛度為K=14000KN/m3，根據實際產生的載荷輸入外載荷的數值，頂面65kpa的均布荷載，側板梯形荷載，頂部為44.8kpa，底部為88.3kpa。頂板、底板、外側墻及內側墻的厚度設置根據SAP2000建立有限元分析三維模型來設計，不僅需要考慮梁體彈性壓縮和混凝土收縮徐變的變化，也需要考慮5-100年不同時間變化的收縮徐變來進行厚度設計，如圖所示將橫截面的外側墻和內側墻的截面不同位置的彎矩圖、應力圖和軸力圖，再根據這些圖上的數據和根據地下綜合管廊的高度寬度要求，從而計算出頂板、底板、外墻板和內墻板的厚度，以遼寧沈陽的鐵西新城地下綜合管廊為例，計算出的厚度頂板、底板的厚度為350mm，外墻板和內墻板的厚度為300mm。由圖3至圖15可以看出，沿著縱向的切割面（7.5m，15m，22.5m），各個位置的彎矩值變化較小，可以近似認為是平面應變問題。僅考慮中間段15m，頂板及側板的跨中彎矩，SAP2000計算結構與理正差別較小，但是在頂板與底板所有的支座處，差別較為明顯，以頂板右側為例，最右側支座的彎矩SAP2000為81.9KNm，理正彎矩為48.4KNm，并且與墻的頂支座彎矩相等。可以認為SAP2000的內力更接近實際，因為板與墻都是三維殼體受力，尤其在邊跨容易受到扭矩的影響，扭矩的存在會減小彎矩數值。如圖16至圖20所示可見，隨著時間的變化，中部側板的平均拉應力變化并不大，頂板及底板的平均拉應力變化比較均勻，在100年后，平均應力減少最大為0.08Mpa左右，損失約為14.4，兩端側板支座處變化比較大，最大可達0.15Mpa，損失約為33.3%，這也是設計時需要重點加強的地方。頂板、底板、外側墻及內側墻均配置有粘結預應力鋼絞線。該工程中所用的預應力鋼絞線截面尺寸及力學性能滿足《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003標準的要求：綜合管廊的施工步驟具體如下：S1：鋼絞線鋪設：以30米長為一段，對地下綜合管廊的底板、外側墻、內側墻和頂板依次進行鋼絞線鋪設，板內預應力筋應按正反拋物線布置，預應力在板中應嚴格控制矢高及反彎點；S2：錨固端設置：對于不好直接錨固的地方在鋼絞線鋪設的喇叭口處使用泡沫塊在端頭預留凹槽；S3：孔道一次灌漿：用壓力水將孔道進行清洗，利用灌漿泵將水泥經過波紋管灌到預應力筋孔道中去，使水泥漿填滿預應力鋼絞線與孔道間的間隙，讓預應力鋼絞線與夯牢固地粘結為一整體；S4：孔道二次灌漿：在孔道一次灌漿之后由于首次灌漿的水泥灰產生收縮的情況，此時通過灌漿泵將水泥經過波紋管灌到預應力筋道中去，進行二次灌漿，去補足收縮部分的水泥漿；孔道灌漿之后需要進行養護，孔道灌漿與養護期需要21天；S5：側面填土：孔道灌漿與養護期之后，進行在外側墻進行填土，外側墻的填土依據載荷為65kpa且為梯形載荷；側面填土需要2天工；S6：智能張拉：在采用一端張拉或兩端張拉，有粘結預應力筋長度不大于30m可一端張拉，大于30m需要兩端張拉，智能張拉7天；預應力張拉以張拉控制應力為主，伸長值校對為輔的控制方法，實測伸長值與計算伸長值得偏差應控制在±6%；智能張拉工序中，對于穿過后澆帶區域的預應力筋采用兩階段分批張拉，第一階段，在常規澆筑完成后并達到張拉規范要求后，先對50-70%數量的預應力筋進行張拉；第二階段，在后澆帶建筑完成10天后進行剩余預應力筋的張拉；S7：后澆帶設置：采用單跨搭接的方式在鋼絞線上設置后澆帶；后澆帶在常規澆筑完成的60天后進行；S8：灌漿密實度檢測：采用灌漿密實度檢測儀對孔道灌漿密實度進行檢測；S9：頂端覆土填埋：在灌漿實度檢測完成后，頂端的覆土填埋依據載荷為65kpa且為均布載荷。本發明中，地下綜合管廊基于橫截面的有粘結預應力的設計及施工方法的成本分析及經濟對比表可以得出采用的有粘結預應力板的技術，最終測算出每延伸1米可以節約4671.71元。成本分析及經濟對比表：類型建筑面積（㎡）工程造價（元）經濟指標（元/㎡）普通方案15.418261.651185.82預應力方案15.413589.94882.46節省指標15.44671.71303.36本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3