本發(fā)明涉及建筑施工方法，尤其涉及一種地下管廊基于收縮徐變有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的設(shè)計及施工方法。

背景技術(shù)：

混凝土是一種多相組合材料，它包含作為母體材料的水泥砂漿和包含在其中的粗骨料，大多數(shù)骨料本身也是多相組合材料，包括各種結(jié)晶或非結(jié)晶的成分，并含有不同程度的孔隙率。水泥的水化反應(yīng)使新鮮的塑性水泥漿變?yōu)槟趟酀{或者水泥石，同時使新鮮的混凝土轉(zhuǎn)變?yōu)槟袒炷?，這是一個復(fù)雜的化學(xué)和物理過程。徐變則與應(yīng)力作用緊密相連，而在無應(yīng)力時混凝土仍會發(fā)生收縮，混凝土收縮是與時間有關(guān)而不依賴于荷載的一種變形，它的起因是水泥凝膠體中游離的水蒸發(fā)，最終導(dǎo)致混凝土體積縮小，混凝土收縮的產(chǎn)生與應(yīng)力無關(guān)因此無法通過改變相對應(yīng)得應(yīng)力條件來消除。

混凝土的收縮徐變對結(jié)構(gòu)的影響如下：1）結(jié)構(gòu)在受壓區(qū)的徐變會增加撓度；2）徐變會增大偏壓柱彎曲，由此增大初始偏心，降低柱的承載能力；3）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中徐變會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的損失；4）結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，如為組合截面，徐變會使截面上應(yīng)力重新分布；5）對于超靜定結(jié)構(gòu)，混凝土徐變將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，即徐變將引起結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力；6）構(gòu)件收縮受到周圍的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起收縮裂縫；7)構(gòu)件內(nèi)外層混凝土存在收縮差，表層混凝土的收縮受到內(nèi)部混凝土的約束而引起收縮裂縫。

近些年來，在建筑結(jié)構(gòu)中更多、更普遍的情況是：梁采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，而板采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力。一般認(rèn)為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力相比無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力可靠性更高，通常板厚較小，應(yīng)該使用小直徑波紋管，但壓漿較為困難，在板中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力仍然是合理的，規(guī)范也是允許的。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的安全就有隱患，甚至導(dǎo)致連續(xù)的倒塌問題。

無粘結(jié)還存在下列劣勢：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土工作時由于無粘結(jié)筋與混凝土發(fā)生相對滑動，構(gòu)件破壞時無粘結(jié)筋的應(yīng)力總是低于預(yù)應(yīng)力筋的極限強度。

當(dāng)超過截面抗裂彎矩時，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件的裂縫相對集中且發(fā)展較寬，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力連接板對裂縫很敏感，當(dāng)?shù)装宄霈F(xiàn)裂縫后撓度增加的速度較快，裂縫寬度也較寬，因此無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力必須配置一定數(shù)量的普通鋼筋，以避免構(gòu)件在極限強度時不像拉桿拱一樣破壞。

無粘結(jié)筋的作用全部依賴于錨具，一旦錨具失效其預(yù)應(yīng)力將全部失去有可能發(fā)生整體破壞或連續(xù)倒塌。

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對錨固端的封閉防銹蝕要求更嚴(yán)，在工程實踐中較難處理。

有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一種將傳統(tǒng)的普通梁板結(jié)構(gòu)、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板技術(shù)升級到經(jīng)濟、安全、耐久性好的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板技術(shù)，尤其涉及用于地下管廊和地下室頂、底板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板技術(shù)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(jié)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(shù)的采用基本杜絕了底板、頂板裂縫的發(fā)生，可解決超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)收縮裂縫的問題，簡化建筑外防水的措施，進(jìn)一步降低造價。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種地下管廊基于收縮徐變有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的設(shè)計及施工方法，該有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板設(shè)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(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種地下管廊基于收縮徐變有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的設(shè)計及施工方法，綜合管廊每片管廊的長度設(shè)置為30m，綜合管廊包括頂板、底板、外側(cè)墻和內(nèi)側(cè)墻；原地下綜合管廊的頂板、底板及外側(cè)墻的厚度400mm，內(nèi)側(cè)墻的厚度300mm；其創(chuàng)新點在于：采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的方法，頂板、底板、外側(cè)墻及內(nèi)側(cè)墻的產(chǎn)生的收縮徐變情況根據(jù)CEB-FIP計算模式計算出，根據(jù)計算的結(jié)果考慮地下綜合管廊的長時間后預(yù)應(yīng)力的損失大小，從而根據(jù)損失的情況設(shè)計有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的初始預(yù)應(yīng)力；

混凝土的收縮應(yīng)變可以利用收縮應(yīng)變終值與時間函數(shù)的乘積來表達(dá)，如下式：

ε_sh，∞收縮應(yīng)變終值，表示從t0到t產(chǎn)生的收縮應(yīng)變值與收縮應(yīng)變終值的比值；

頂板、底板、外側(cè)墻及內(nèi)側(cè)墻均配置有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線；綜合管廊的施工步驟具體如下：

S1：鋼絞線鋪設(shè)：以30米長為一段，對地下綜合管廊的底板、外側(cè)墻、內(nèi)側(cè)墻和頂板依次進(jìn)行鋼絞線鋪設(shè)，板內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)按正反拋物線布置，預(yù)應(yīng)力在板中應(yīng)嚴(yán)格控制矢高及反彎點；

S2：錨固端設(shè)置：對于不好直接錨固的地方在鋼絞線鋪設(shè)的喇叭口處使用泡沫塊在端頭預(yù)留凹槽；

S3：孔道一次灌漿：用壓力水將孔道進(jìn)行清洗，利用灌漿泵將水泥經(jīng)過波紋管灌到預(yù)應(yīng)力筋孔道中去，使水泥漿填滿預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道間的間隙，讓預(yù)應(yīng)力鋼絞線與夯牢固地粘結(jié)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(chǎn)生收縮的情況，此時通過灌漿泵將水泥經(jīng)過波紋管灌到預(yù)應(yīng)力筋道中去，進(jìn)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(jìn)行養(yǎng)護，孔道灌漿與養(yǎng)護期需要21天；

S5：側(cè)面填土：孔道灌漿與養(yǎng)護期之后，進(jìn)行在外側(cè)墻進(jìn)行填土，外側(cè)墻的填土依據(jù)載荷為65kpa且為梯形載荷；側(cè)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(jié)預(yù)應(yīng)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(shè)置：采用單跨搭接的方式在鋼絞線上設(shè)置后澆帶；后澆帶在常規(guī)澆筑完成的60天后進(jìn)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(jìn)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(jù)載荷為65kpa且為均布載荷。

進(jìn)一步的，所述頂板、底板、外側(cè)墻及內(nèi)側(cè)墻的產(chǎn)生的收縮徐變情況根據(jù)CEB-FIP計算模式計算出，不僅需要考慮收縮徐變5-100年不同時間變化，也需要考慮梁體彈性壓縮和混凝土溫度的變化來確定有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的初始設(shè)計。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的優(yōu)點在于：1）有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土承受在和時任一截面處預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變值與周圍混凝土的應(yīng)變值相等，破壞時臨界截面有粘結(jié)筋的應(yīng)力非常接近極限強度。一般來說，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的極限承載力比無粘結(jié)高20%-30%。

2）檔超過截面抗彎矩時，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件的裂縫分布均勻細(xì)密，從設(shè)計角度，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的抗裂要求可以放得更松。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋除了改善混凝土的結(jié)構(gòu)性能之外，其本身在混凝土構(gòu)件中也起著與普通鋼筋一樣的作用。一般來說，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓板比無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力可以少配20%以上的普通鋼筋。

3）有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的延性比無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)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(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土可以滿足結(jié)構(gòu)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(jié)預(yù)應(yīng)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(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土錨固端按一般操作規(guī)程要求灌漿處理較易達(dá)到防腐蝕要求。

5）有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁板允許考慮塑性內(nèi)力重分布對支座負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅，可以最大程度的調(diào)平正負(fù)彎矩區(qū)的內(nèi)力差值，為采用統(tǒng)一的曲線配筋形式創(chuàng)造了條件，一般只需要在支座局部增配少量的非預(yù)應(yīng)力筋即可補充強度，大大提高了曲線配置的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的承載效率，使得有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力比無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力具有了更大經(jīng)濟優(yōu)勢。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為地下綜合管廊基于收縮徐變100年變形云圖。

圖2為地下綜合管廊基于收縮徐變100年下軸向拉力云圖。

圖3為地下綜合管廊基于收縮徐變100年左側(cè)板F云圖。

圖4為地下綜合管廊基于收縮徐變100年右側(cè)板F云圖。

圖5為地下綜合管廊基于收縮徐變100年底板F云圖。

圖6為地下綜合管廊基于收縮徐變100年頂板F云圖。

圖7為地下綜合管廊基于收縮徐變100年30m縱向截面無預(yù)應(yīng)力工況下軸力圖。（0.01m）

圖8為地下綜合管廊基于收縮徐變100年30m縱向截面無預(yù)應(yīng)力工況下軸力圖。（7.5m）

圖9為地下綜合管廊基于收縮徐變100年30m縱向截面無預(yù)應(yīng)力工況下軸力圖。（15m）

圖10為地下綜合管廊基于收縮徐變100年30m縱向截面無預(yù)應(yīng)力工況下軸力圖。（22.5m）

圖11為地下綜合管廊基于收縮徐變100年30m縱向截面無預(yù)應(yīng)力工況下軸力圖。（22.9m）

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

本發(fā)明中，以江蘇如皋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收縮徐變有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的設(shè)計及施工方法，綜合管廊每片管廊的長度設(shè)置為30m，綜合管廊包括頂板、底板、外側(cè)墻和內(nèi)側(cè)墻；原地下綜合管廊的頂板、底板及外側(cè)墻的厚度400mm，內(nèi)側(cè)墻的厚度300mm；采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的方法，頂板板面相對標(biāo)高-2.5m，底板板面相對標(biāo)高-5.9m，頂板、底板、外側(cè)墻及內(nèi)側(cè)墻的產(chǎn)生的收縮徐變情況根據(jù)CEB-FIP計算模式計算出，根據(jù)計算的結(jié)果考慮地下綜合管廊的長時間后預(yù)應(yīng)力的損失大小，從而根據(jù)損失的情況設(shè)計有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板的初始預(yù)應(yīng)力；

混凝土的收縮應(yīng)變可以利用收縮應(yīng)變終值與時間函數(shù)的乘積來表達(dá)，如下式：

ε_sh，∞收縮應(yīng)變終值，表示從t0到t產(chǎn)生的收縮應(yīng)變值與收縮應(yīng)變終值的比值。

首先建立30m長的管廊模型圖，根據(jù)非線性設(shè)定時間為5、10、20、50、100年，來分別計算收縮徐變量；如圖所示將橫截面的外側(cè)墻和內(nèi)側(cè)墻的截面不同位置即沿著縱向的切割面（7.5m，15m，22.5m），各個位置的彎矩圖、應(yīng)力圖和軸力圖，再根據(jù)這些圖上的數(shù)據(jù)計算出第三跨拉應(yīng)力如下：

5年：71.14/（4.8*350）=0.042Mpa

10年：77.75/（4.8*350）=0.046Mpa

20年：85.76/（4.8*350）=0.051Mpa

50年：98.02/（4.8*350）=0.058Mpa

100年：106.72/（4.8*350）=0.064Mpa

由此計算結(jié)果可見，隨著時間的推移，雖然管廊中的拉應(yīng)力在逐年增大，但總體的拉應(yīng)力仍然很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土的抗拉強度ftk=2.39Mpa，所以在地下綜合管廊的設(shè)計中，該徐變應(yīng)力的影響基本可以忽略不計。

頂板、底板、外側(cè)墻及內(nèi)側(cè)墻均配置有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線；

該工程中所用的預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面尺寸及力學(xué)性能滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003標(biāo)準(zhǔn)的要求：

綜合管廊的施工步驟具體如下：

S1：鋼絞線鋪設(shè)：以30米長為一段，對地下綜合管廊的底板、外側(cè)墻、內(nèi)側(cè)墻和頂板依次進(jìn)行鋼絞線鋪設(shè)，板內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)按正反拋物線布置，預(yù)應(yīng)力在板中應(yīng)嚴(yán)格控制矢高及反彎點；

S2：錨固端設(shè)置：對于不好直接錨固的地方在鋼絞線鋪設(shè)的喇叭口處使用泡沫塊在端頭預(yù)留凹槽；

S3：孔道一次灌漿：用壓力水將孔道進(jìn)行清洗，利用灌漿泵將水泥經(jīng)過波紋管灌到預(yù)應(yīng)力筋孔道中去，使水泥漿填滿預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道間的間隙，讓預(yù)應(yīng)力鋼絞線與夯牢固地粘結(jié)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(chǎn)生收縮的情況，此時通過灌漿泵將水泥經(jīng)過波紋管灌到預(yù)應(yīng)力筋道中去，進(jìn)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(jìn)行養(yǎng)護，孔道灌漿與養(yǎng)護期需要21天；

S5：側(cè)面填土：孔道灌漿與養(yǎng)護期之后，進(jìn)行在外側(cè)墻進(jìn)行填土，外側(cè)墻的填土依據(jù)載荷為65kpa且為梯形載荷；側(cè)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(jié)預(yù)應(yīng)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(shè)置：采用單跨搭接的方式在鋼絞線上設(shè)置后澆帶；后澆帶在常規(guī)澆筑完成的60天后進(jìn)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(jìn)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(jù)載荷為65kpa且為均布載荷。

頂板、底板、外側(cè)墻及內(nèi)側(cè)墻的產(chǎn)生的收縮徐變情況根據(jù)CEB-FIP計算模式計算出，不僅需要考慮收縮徐變5-100年不同時間變化，也需要考慮梁體彈性壓縮和混凝土溫度的變化來確定有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的初始設(shè)計。

本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)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(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。