中央电视塔塔身竖向预应力混凝土结构施工工艺标准.doc

中央电视塔塔身竖向预应力混凝土结构施工第章工程概况中央电视发射塔是国内首例采用预应力混凝土结构塔身的高耸结构塔体地面以上高度为405m施工高度为420m图441竖向预应力结构包括塔身和两节混凝土桅杆该塔的抗震设防烈度要求达到9度塔身和桅杆均采用部分预应力混凝土结构以保证塔身在正常使用状态下具有良好的刚度在设防烈度地震作用下使全塔处于弹性状态在遭遇到高于设防烈度的强震后仍有较好的延性与变形恢复能力塔身及桅杆竖向预应力筋布置如图442所示图中第部分为167j15第部分为247j15第部分为647j15第部分为207j15塔身由外筒和内筒组成外筒截面为环形其外径自下而上由3934m变至1200m塔身竖向预应力筋包括由143m至1l20m和2575m沿筒体布置的两段分别为20束和64束7j15钢绞线束塔身和桅杆混凝土强度等级为C40截面上有效预压应力值为115MPa塔身竖向预应力施工是该塔预应力施工难度最大的部分竖向预应力束最长达2718m国内尚无施工先例可借鉴为顺利完成该塔竖向预应力施工采取了技术论证试验研究和探索型施工试验直至工程应用逐步深入进行的技术路线针对竖向预应力施工的特殊性提出如下施工难点和需解决的关键技术竖向预应力预埋管材料的选择及铺设工艺竖向预应力超长束的穿束关键技术的研究所采用的穿束工艺应具有施工简便实用性强和效率高等特点竖向预应力超长束的穿束关键技术的研究所采用的穿束工艺应具有施工简便实用性强和效率高等特点竖向预应力张锚工艺研究及张拉辅助设备研制竖向孔道摩阻损失测定方法研究竖向孔道灌浆的浆体性能试验及足尺灌浆试验第章竖向预应力管道铺设中央电视塔塔体竖向孔道最长达27l8m预应力管道的铺设和塔体滑框倒模施工同步进行竖向孔道从底部143m开始直至2575m铺设完毕整个施工周期较长管道的铺设工艺受塔身钢筋混凝土施工的各个工序影响避免竖向孔道堵塞和过大的垂直偏差是研究管道铺设工艺应解决的两个关键问题由于塔身竖向孔道的铺设随塔体滑框倒模施工逐节向上完成塔身外筒环形截面的外径逐渐变化且塔楼部位的水平与竖向结构交叉及各种孔洞较多因此管道铺设施工中的不可预见因素较多此外塔身混凝土浇筑采用了振捣成型工艺冲击作用对孔道管可能造成损坏为保证竖向孔道材质本身的可靠性确定采用镀锌钢管作为竖向孔道材料内径68mm其连接采用套扣和套管焊接工艺尽管镀锌钢管的成本高于波纹管但用作竖向长孔道具有特殊的优越性孔道管辅设具有很高的可靠性施工过程中不会锈蚀塔体混凝土浇筑时可避免发生振捣冲击而损坏孔道管的现象孔道垂直灌浆过程中钢管可承受较高的压力刚度大水密性好易于加工成型和连接塔身滑框倒模施工中孔道铺设采用定位支架以保证其位置准确随着塔体的逐步升高采取了定期检查并通孔的措施每根孔道管的上口均加盖以防异物掉入堵塞孔道实践证明采用刚性管作孔道材料合理的铺设工艺和严格的管理措施竖向预应力孔道基本无堵塞第章竖向预应力穿束工艺研究与应用竖向预应力穿束方法包括自上而下和自下而上两种工艺每种工艺又可采用一次一根穿入或成束穿入的方法在实际工程应用中可形成多种灵活的穿束方法加拿大多伦多CN塔的竖向预应力穿束施工采用了自上而下一次一根穿入的工艺并获得了成功中央电视塔竖向预应力束均由7j15钢绞线组成孔道内径均为68mm锚固单元单一为确定最佳穿束工艺对CN塔和中央电视塔竖向预应力情况进行了对比分析1锚固单元分析该塔的锚固单元均由7j15钢绞线组成每束预应力筋的自重较小CN塔的锚固单元由1631j127钢绞线组成根数多每束预应力筋自重较大2预应力钢材的物理性能CN塔采用270K低松弛钢绞线开盘后完全伸直可满足自上而下穿束工艺的要求该塔采用普通级钢绞线开盘后不能完全伸直如采用自上而下的穿束工艺钢绞线在穿束时易卡在孔道内3穿束设备及技术经济效益自上而下穿束工艺需使用特别的放线轮一次一根穿入钢绞线放线轮体积较大由人工使用手闸控制下落速度且穿束作业时滑模施工须中断而采用自下而上的穿束工艺仅需1台牵引机械便可一次穿入多根钢绞线牵引机械体积小成本低而且穿束施工可与主体结构施工同步进行根据上述对比分析该塔预应力穿束采用自下而上成束穿A工艺的技术经济效益更显著穿束工艺流程如图443所示图443竖向预应力穿束工艺流程图按照工艺流程图需解决下述技术问题设计提升机构布置放线系统研制特殊的起重机械设计与加工钢丝绳和钢绞线的连接器设计临时卡具等此外这种施工工艺的应用还需建立可靠的实施程序该塔第一段竖向预应力143m至1120m穿束作为工艺探索性施工通过施工掌握了一些规律和经验即穿束应先快后慢平均速度为46mmin提升过程中钢绞线与孔道的摩阻力为自重的23倍这种工艺也可采用慢速卷扬机作为提升机械但须根据试验合理选择各项参数塔身通长束长2718m的穿束是竖向预应力施工难度最大的部分通长束共64束每束自重为21t根据第一段穿束的经验通长束孔道摩阻力取自重的25倍提升系统的安全系数取4系统的设计荷载为231kN提升系统的各个环节设计均以此为依据选择慢速卷扬机作为提升机械提升速度45mmin额定起重量5t极限起重量8t容绳量350m卷扬机作为提升机械不能直接反映出孔道内阻力的突变点原设计安装限载器限制提升力不超过50kN实际工程穿束时测定了孔道摩阻力变化图444由图444可知孔道摩阻力变化幅度较大因此确定采用卷扬机自身限载方法以卷扬机的极限负荷为限载值通长64束钢绞线穿束施工证明这种方法安全可行第章竖向预应力筋张拉及摩阻损失测定塔身和桅杆竖向预应力张锚体系均采用BampS预应力体系Z157群锚预应力钢材采用抗拉强度为1470MPa的普通级钢绞线竖向预应力筋张拉具有一定的特殊性且受多种因素的影响如预应力束最长达2718m伸长值较大需进行反复张锚预应力束的上下端锚固区均有曲线段图445影响张拉效果采用钢管做孔道材料对孔道摩阻损失的影响尚未确定等在张拉作业前对所采用的锚固体系进行了全面试验特别是反复张锚工艺试验证明该锚固体系完全符合张锚工艺要求塔体预应力筋张拉作业均在地下室内进行尽管下锚固端的孔道曲线对张拉有一定影响考虑到在地下室内张拉效率较高主拉端仍定于下锚固端竖向预应力束张拉作业时YCD120型千斤顶的安装就位和操作过程均沿垂直方向进行为方便张拉作业研制了提升千斤顶的升降车其主体支架可调整垂直偏转角并具有手摇提升机构张拉时千斤顶与提升车支架挂钩脱开直至完成一个张拉行程塔体及桅杆预应力筋的张拉控制应力con为1050MPa每束张拉力N为1015kN采取超张拉措施时其张拉程序为0105con持荷3min采用限位方式自锚或顶压锚固竖向预应力束绕外筒采用径向对称张拉措施以保证塔体均匀受力表441为塔身和桅杆竖向预应力筋的一端张拉伸长值表441中数据说明竖向预应力筋伸长值均匀符合设计要求塔身截面上有效预压应力值的建立与竖向预应力摩阻损失值有直接关系为准确测定摩阻损失采取了油压传感器进行测试测定预应力摩阻损失时以竖向孔道的下锚固端作主动端上锚固端作被动端被动端安装千斤顶其配套油泵上安装油压传感器以测定预应力损失值竖向预应力筋的曲率摩阻系数参照环向预应力实测值取为02然后根据竖向孔道实测摩阻损失值推算竖向孔道的刮碰系数表442为第一段竖向预应力l43m至1120m张拉时测得的摩阻损失数据根据摩阻损失计算公式当Kl小于02时采用T2T11一Kl计算其中T1为主动端拉力T2为被动端油压传感器数值由表442数据推测互为0000400006数据表明管道材料的选用是合理的管道铺设质量符合预应力结构要求第章竖向孔道灌浆竖向孔道灌浆主要依据规范进行了足尺现场灌浆试验竖向孔道灌浆孔沿混凝土筒体每隔20m设置一对两孔间距为80cm模拟实际情况做了3040m高的竖向孔道足尺灌浆试验孔道内均穿入7j15钢绞线束竖向孔道足尺灌浆试验的目的是掌握竖向灌浆工艺观察孔道内浆体泌水及沉降情况解决逐段灌浆时双孔间憋气问题确定顶端和底端锚具处孔隙的填充方法竖向孔道内浆体由于泌水和垂直压力作用水分汇集于顶端而产生孔隙特别是在顶端锚具下泌水产生的孔隙易使预应力筋锈蚀因此顶端锚具和底端锚具区域必须采取可靠的处理措施以保证灌浆密实足尺灌浆试验时由于底端锚具夹片间缝隙较大浆体极易由夹片间渗出因此需预先封堵实际工程灌浆时由于预应力筋已张拉完毕夹片间几乎无浆体渗出只有泌水通过钢绞线本身缝隙不断排出直至泌水结束灌浆结束待浆体硬化后卸掉底端锚具可发现底部锚具上部区域的浆体基本密实为观察顶端错具下部浆体的泌水和沉降情况在顶端锚具的承压板上安装有机玻璃立管进行了以下4种情况的试验1竖向孔道灌浆至顶端锚具后使浆体液面自由下沉30min后要观察到浆体液面下沉23cm表面有泌水约5mm24h后液面下沉约5cm浆体顶面有一段薄弱层2灌浆工艺同上但采取二次灌浆工艺浆体液面下沉仅12cm浆体密实度增加3采用在铺具承压板上伸出竖向泌水管的方法以保证立管内浆体表面高于锚具底端使泌水发生在立管内浆体表面则孔道内顶端锚具下部浆体基本密实4采用二次灌浆工艺并在浆体泌水结束前使用手压灌浆泵由顶部灌浆孔反复补灌浆体直至泌水全部排出结果表明顶锚下部浆体密实塔身和桅杆竖向孔道灌浆施工时一般采用第四种工艺灌浆结束后所有锚具均及时浇筑于混凝土内如不能及时封堵可采用防护罩临时封闭最终浇筑于混凝土内以保证锚具不锈蚀第章结语1中央电视塔预应力混凝土结构施工技术包括预应力孔道管的铺设穿束张拉和灌浆等工序经过了技术论证试验研究工艺探索及工程实践已形成了较完善的成套技术2塔身及桅杆竖向预应力孔道管采用镀锌钢管具有较高的可靠性采用行之有效的自下而上机械牵引穿束新工艺通过塔身2718m通长束的施工证明其简便易行施工效率较高竖向预应力束的张拉工艺合理锚固体系的反复张锚性能可靠施土实测预应力筋伸长值和据以确定的管道摩阻损失值符合设计要求竖向孔道采用分段逐层灌浆工艺设计合理有效地提高了灌浆质量和工作效率上述各项技术的采用保证了该塔竖向预应力混凝土结构施工顺利进行3该塔预应力混凝土结构施工采取了严格的质量管理和检测手段保证施工质量达到较高水准在工程中建立的成套预应力施工技术具有显著的经济效益中央电视正体结构包括全部预应力结构已于1991年7月竣工