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1、中央電視塔塔身豎向預應力混凝土結構施工第1章 工程概況中央電視發射塔是國內首例采用預應力混凝土結構塔身的高聳結構。塔體地面以上高度為405m，施工高度為420m(圖4-4-1)，豎向預應力結構包括塔身和兩節混凝土桅桿。該塔的抗震設防烈度要求達到9度。塔身和桅桿均采用部分預應力混凝土結構，以保證塔身在正常使用狀態下具有良好的剛度。在設防烈度地震作用下，使全塔處于彈性狀態;在遭遇到高于設防烈度的強震后，仍有較好的延性與變形恢復能力。塔身及桅桿豎向預應力筋布置如圖4-4-2所示。圖中第部分為16-7j15，第部分為24-7j15，第部分為64-7j15，第部分為20-7j15。塔身由外筒和內筒組成。2、外筒截面為環形，其外徑自下而上由39.34m變至12.00m。塔身豎向預應力筋包括由14.3m至+1l2.0m和+257.5m沿筒體布置的兩段，分別為20束和64束7j15鋼絞線束。塔身和桅桿混凝土強度等級為C40，截面上有效預壓應力值為11.5MPa。塔身豎向預應力施工是該塔預應力施工難度最大的部分。豎向預應力束最長達271.8m，國內尚無施工先例可借鑒。為順利完成該塔豎向預應力施工，采取了技術論證、試驗研究和探索型施工試驗直至工程應用逐步深入進行的技術路線。針對豎向預應力施工的特殊性，提出如下施工難點和需解決的關鍵技術：豎向預應力預埋管材料的選擇及鋪設工藝。豎向預應力超長束的穿束關鍵技術的3、研究。所采用的穿束工藝應具有施工簡便、實用性強和效率高等特點。豎向預應力張錨工藝研究及張拉輔助設備研制。豎向孔道摩阻損失測定方法研究。豎向孔道灌漿的漿體性能試驗及足尺灌漿試驗。第2章 豎向預應力管道鋪設中央電視塔塔體豎向孔道最長達27l.8m，預應力管道的鋪設和塔體滑框倒模施工同步進行。豎向孔道從底部14.3m開始，直至+257.5m鋪設完畢，整個施工周期較長。管道的鋪設工藝受塔身鋼筋混凝土施工的各個工序影響，避免豎向孔道堵塞和過大的垂直偏差，是研究管道鋪設工藝應解決的兩個關鍵問題。由于塔身豎向孔道的鋪設隨塔體滑框倒模施工逐節向上完成，塔身外筒環形截面的外徑逐漸變化，且塔樓部位的水平與豎向結構4、交叉及各種孔洞較多，因此管道鋪設施工中的不可預見因素較多。此外，塔身混凝土澆筑采用了振搗成型工藝，沖擊作用對孔道管可能造成損壞。為保證豎向孔道材質本身的可靠性，確定采用鍍鋅鋼管作為豎向孔道材料(內徑68mm)，其連接采用套扣和套管焊接工藝。盡管鍍鋅鋼管的成本高于波紋管，但用作豎向長孔道具有特殊的優越性:孔道管輔設具有很高的可靠性，施工過程中不會銹蝕。塔體混凝土澆筑時，可避免發生振搗沖擊而損壞孔道管的現象。孔道垂直灌漿過程中，鋼管可承受較高的壓力。剛度大，水密性好，易于加工成型和連接。塔身滑框倒模施工中，孔道鋪設采用定位支架，以保證其位置準確。隨著塔體的逐步升高，采取了定期檢查并通孔的措施，每根5、孔道管的上口均加蓋，以防異物掉入堵塞孔道。實踐證明，采用剛性管作孔道材料、合理的鋪設工藝和嚴格的管理措施，豎向預應力孔道基本無堵塞。第3章 豎向預應力穿束工藝研究與應用豎向預應力穿束方法包括“自上而下 ”和“自下而上”兩種工藝，每種工藝又可采用一次一根穿入或成束穿入的方法，在實際工程應用中可形成多種靈活的穿束方法。加拿大多倫多CN塔的豎向預應力穿束施工采用了自上而下一次一根穿入的工藝，并獲得了成功。中央電視塔豎向預應力束均由7j15鋼絞線組成，孔道內徑均為68mm，錨固單元單一。為確定最佳穿束工藝，對CN塔和中央電視塔豎向預應力情況進行了對比分析:1.錨固單元分析:該塔的錨固單元均由7j15鋼6、絞線組成，每束預應力筋的自重較小;CN塔的錨固單元由1631j12.7鋼絞線組成，根數多，每束預應力筋自重較大。2.預應力鋼材的物理性能:CN塔采用270K低松弛鋼絞線，開盤后完全伸直，可滿足自上而下穿束工藝的要求。該塔采用普通級鋼絞線，開盤后不能完全伸直，如采用自上而下的穿束工藝，鋼絞線在穿束時易卡在孔道內。3.穿束設備及技術經濟效益:自上而下穿束工藝需使用特別的放線輪，一次一根穿入鋼絞線，放線輪體積較大，由人工使用手閘控制下落速度，且穿束作業時滑模施工須中斷;而采用自下而上的穿束工藝，僅需1臺牽引機械便可一次穿入多根鋼絞線，牽引機械體積小，成本低，而且穿束施工可與主體結構施工同步進行。根據7、上述對比分析，該塔預應力穿束采用自下而上成束穿A工藝的技術經濟效益更顯著。穿束工藝流程如圖4-4-3所示。圖4-4-3豎向預應力穿束工藝流程圖按照工藝流程圖，需解決下述技術問題:設計提升機構:布置放線系統;研制特殊的起重機械;設計與加工鋼絲繩和鋼絞線的連接器;設計臨時卡具等。此外，這種施工工藝的應用還需建立可靠的實施程序。該塔第一段豎向預應力(14.3m至+112.0m)穿束作為工藝探索性施工，通過施工掌握了一些規律和經驗，即穿束應先快后慢，平均速度為46m/min，提升過程中鋼絞線與孔道的摩阻力為自重的23倍。這種工藝也可采用慢速卷揚機作為提升機械，但須根據試驗合理選擇各項參數。塔身通長束(8、長271.8m)的穿束是豎向預應力施工難度最大的部分，通長束共64束，每束自重為2.1t。根據第一段穿束的經驗，通長束孔道摩阻力取自重的2.5倍，提升系統的安全系數取4，系統的設計荷載為231kN，提升系統的各個環節設計均以此為依據。選擇慢速卷揚機作為提升機械，提升速度4.5m/min，額定起重量5t(極限起重量8t)，容繩量350m。卷揚機作為提升機械，不能直接反映出孔道內阻力的突變點，原設計安裝限載器，限制提升力不超過50kN。實際工程穿束時，測定了孔道摩阻力變化(圖4-4-4)。由圖4-4-4可知孔道摩阻力變化幅度較大，因此確定采用卷揚機自身限載方法，以卷揚機的極限負荷為限載值。通長649、束鋼絞線穿束施工證明，這種方法安全可行。第4章 豎向預應力筋張拉及摩阻損失測定塔身和桅桿豎向預應力張錨體系均采用B&S預應力體系Z15-7群錨，預應力鋼材采用抗拉強度為1470MPa的普通級鋼絞線。豎向預應力筋張拉具有一定的特殊性，且受多種因素的影響，如預應力束最長達271.8m，伸長值較大，需進行反復張錨;預應力束的上下端錨固區均有曲線段圖4-4-5)，影響張拉效果;采用鋼管做孔道材料，對孔道摩阻損失的影響尚未確定等。在張拉作業前，對所采用的錨固體系進行了全面試驗，特別是反復張錨工藝試驗，證明該錨固體系完全符合張錨工藝要求。塔體預應力筋張拉作業均在地下室內進行，盡管下錨固端的孔道曲線對張拉有10、一定影響，考慮到在地下室內張拉效率較高，主拉端仍定于下錨固端。豎向預應力束張拉作業時，YCD-120型千斤頂的安裝就位和操作過程均沿垂直方向進行。為方便張拉作業，研制了提升千斤頂的升降車，其主體支架可調整垂直偏轉角，并具有手搖提升機構。張拉時，千斤頂與提升車支架掛鉤脫開，直至完成一個張拉行程。塔體及桅桿預應力筋的張拉控制應力con為1050MPa，每束張拉力N為1015kN。采取超張拉措施時其張拉程序為:01.05con持荷3min采用限位方式自錨或頂壓錨固。豎向預應力束繞外筒采用徑向對稱張拉措施，以保證塔體均勻受力。表4-4-1為塔身和桅桿豎向預應力筋的一端張拉伸長值。表4-4-1中數據說明11、豎向預應力筋伸長值均勻，符合設計要求。塔身截面上有效預壓應力值的建立與豎向預應力摩阻損失值有直接關系。為準確測定摩阻損失，采取了油壓傳感器進行測試。測定預應力摩阻損失時，以豎向孔道的下錨固端作主動端，上錨固端作被動端。被動端安裝千斤頂，其配套油泵上安裝油壓傳感器以測定預應力損失值。豎向預應力筋的曲率摩阻系數參照環向預應力實測值取為0.2，然后根據豎向孔道實測摩阻損失值推算豎向孔道的刮碰系數。表4-4-2為第一段豎向預應力(l4.3m至+112.0m)張拉時測得的摩阻損失數據。根據摩阻損失計算公式，當Kl+小于0.2時，采用T2=T11一(Kl+)計算，其中T1為主動端拉力，T2為被動端油壓傳感12、器數值。由表4-4-2數據推測互為0.00040.0006。數據表明管道材料的選用是合理的，管道鋪設質量符合預應力結構要求。第5章 豎向孔道灌漿豎向孔道灌漿主要依據規范進行了足尺現場灌漿試驗。豎向孔道灌漿孔沿混凝土筒體每隔20m設置一對，兩孔間距為80cm，模擬實際情況做了3040m高的豎向孔道足尺灌漿試驗，孔道內均穿入7j15鋼絞線束。豎向孔道足尺灌漿試驗的目的是:掌握豎向灌漿工藝;觀察孔道內漿體泌水及沉降情況;解決逐段灌漿時雙孔間“憋氣”問題;確定頂端和底端錨具處孔隙的填充方法。豎向孔道內漿體，由于泌水和垂直壓力作用，水分匯集于頂端而產生孔隙，特別是在頂端錨具下，泌水產生的孔隙易使預應力筋13、銹蝕。因此頂端錨具和底端錨具區域必須采取可靠的處理措施，以保證灌漿密實。足尺灌漿試驗時，由于底端錨具夾片間縫隙較大，漿體極易由夾片間滲出，因此需預先封堵。實際工程灌漿時，由于預應力筋已張拉完畢，夾片間幾乎無漿體滲出，只有泌水通過鋼絞線本身縫隙不斷排出，直至泌水結束。灌漿結束待漿體硬化后，卸掉底端錨具，可發現底部錨具上部區域的漿體基本密實。為觀察頂端錯具下部漿體的泌水和沉降情況，在頂端錨具的承壓板上安裝有機玻璃立管，進行了以下4種情況的試驗:1.豎向孔道灌漿至頂端錨具后，使漿體液面自由下沉，30min后，要觀察到漿體液面下沉23cm，表面有泌水約5mm;24h后液面下沉約5cm，漿體頂面有一段薄14、弱層。2.灌漿工藝同上，但采取“二次灌漿工藝，漿體液面下沉僅12cm，漿體密實度增加。3.采用在鋪具承壓板上伸出豎向泌水管的方法，以保證立管內漿體表面高于錨具底端，使泌水發生在立管內漿體表面，則孔道內頂端錨具下部漿體基本密實。4.采用二次灌漿工藝，并在漿體泌水結束前，使用手壓灌漿泵由頂部灌漿孔反復補灌漿體，直至泌水全部排出，結果表明頂錨下部漿體密實。塔身和桅桿豎向孔道灌漿施工時，一般采用第四種工藝。灌漿結束后，所有錨具均及時澆筑于混凝土內。如不能及時封堵，可采用防護罩臨時封閉，最終澆筑于混凝土內，以保證錨具不銹蝕。第6章 結語1.中央電視塔預應力混凝土結構施工技術，包括預應力孔道管的鋪設、穿束15、張拉和灌漿等工序，經過了技術論證、試驗研究、工藝探索及工程實踐，已形成了較完善的成套技術。2.塔身及桅桿豎向預應力孔道管采用鍍鋅鋼管，具有較高的可靠性。采用行之有效的自下而上機械牽引穿束新工藝，通過塔身271.8m通長束的施工，證明其簡便易行，施工效率較高。豎向預應力束的張拉工藝合理，錨固體系的反復張錨性能可靠。施土實測預應力筋伸長值和據以確定的管道摩阻損失值符合設計要求。豎向孔道采用分段逐層灌漿工藝，設計合理，有效地提高了灌漿質量和工作效率。上述各項技術的采用保證了該塔豎向預應力混凝土結構施工順利進行。3.該塔預應力混凝土結構施工采取了嚴格的質量管理和檢測手段，保證施工質量達到較高水準。在工程中建立的成套預應力施工技術具有顯著的經濟效益。中央電視正體結構(包括全部預應力結構)已于1991年7月竣工。