文｜廣東省第一建筑工程有限公司 孫旭敏

一、引言

上世紀(jì)70年代后期以來，房屋建筑工程中的大跨度的混凝土梁、大偏心的框架柱、大柱網(wǎng)的混凝土樓板、大懸臂梁、地下室底板等構(gòu)件施工中大量采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土梁、板、柱，預(yù)應(yīng)力混凝土梁（板）具有使用材料少、自重輕、減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，逐漸推廣應(yīng)用到房屋建筑施工中去，成為重要施工工藝。由于大跨度現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)難度大，處理復(fù)雜，加上編制施工方案未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工中容易發(fā)生預(yù)應(yīng)力損失過大，完工后出現(xiàn)空心板梁張拉后梁端頂?shù)装逯虚g部位出現(xiàn)縱向裂縫：工字梁梁體扭曲變形、梁端底部混凝土破碎等質(zhì)量問題。近年來我國大規(guī)模城市建設(shè)新型房屋建筑工程項(xiàng)目，對(duì)勞務(wù)工需求量很大，工程勞務(wù)費(fèi)支出大漲，熟練的專業(yè)技術(shù)工種在建筑市場(chǎng)上供不應(yīng)求，有時(shí)甚至出現(xiàn)高價(jià)請(qǐng)不了合適的熟練工人情況。因此，依靠傳統(tǒng)工藝實(shí)施大跨度、大空間建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工已經(jīng)難以適應(yīng)新時(shí)期工程技術(shù)發(fā)展，引入BIM 技術(shù)與預(yù)應(yīng)力混凝土梁（板）進(jìn)行工程實(shí)踐，能較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)省勞動(dòng)力成本、材料，在保證工程質(zhì)量基礎(chǔ)上，確保了工程進(jìn)度和施工安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

二、BIM 技術(shù)在大跨度預(yù)應(yīng)力梁（板）應(yīng)用技術(shù)原理

在進(jìn)入21世紀(jì)數(shù)字化時(shí)代后，BIM 是三維建模軟件，此軟件技術(shù)在房屋建筑工程應(yīng)用最早從新加坡、芬蘭、挪威逐漸推廣到歐洲、北美等發(fā)達(dá)國家，國外應(yīng)用開始大量應(yīng)用普及。BIM 技術(shù)給房屋建筑工程提供精確度極高的信息管理平臺(tái)，BIM技術(shù)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)建立可視化工程建筑信息模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程施工每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程控制，直接實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工相互之間實(shí)時(shí)信息交換，很好地把設(shè)計(jì)者意圖體現(xiàn)出來，保證施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)于大跨度預(yù)應(yīng)力梁（板）施工這類工藝精度要求高的技術(shù)來說有很好的應(yīng)用價(jià)值。近年來，我國開始大力推廣BIM 技術(shù)輔助建筑工程應(yīng)用研究，鼓勵(lì)建筑施工企業(yè)在鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用BIM 技術(shù)，提升我國的建筑工程技術(shù)數(shù)字化應(yīng)用水平。

三、大跨度預(yù)應(yīng)力梁（板）應(yīng)用BIM信息化技術(shù)

下面以白云機(jī)場(chǎng)綜合信息大樓項(xiàng)目進(jìn)行說明大跨度預(yù)應(yīng)力梁（板）應(yīng)用BIM 信息化技術(shù)施工。

1、工程概況

白云機(jī)場(chǎng)綜合信息大樓項(xiàng)目位于廣州白云國際機(jī)場(chǎng)南工作區(qū)，總用地面積13427m2，總建筑面積32653.4m2，其中地上建筑約22690m2，地下建筑面積約10054m2。場(chǎng)區(qū)內(nèi)主要擬建建筑為：多層建筑，地上7 層，地面以上高度32.45 米；地下2 層，地下室埋深約12 米，基礎(chǔ)采用平板式整體筏基，基坑深度約12.15 米（局部最深處為15.7 米）。

2、預(yù)應(yīng)力梁施工簡(jiǎn)要說明

首層AOC 運(yùn)營大廳為1198m2，大廳結(jié)構(gòu)頂板采用8 條鋼結(jié)構(gòu)型鋼柱和4 條36m 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁主要受力，梁截面尺寸為900mm*2200mm，預(yù)應(yīng)力混凝土采用C40。預(yù)應(yīng)力共285m3，對(duì)預(yù)應(yīng)力梁采用BIM 全過程控制施工，預(yù)應(yīng)力波紋管和鋼筋綁扎順序的進(jìn)行BIM 建模，預(yù)應(yīng)力筋受力定位和受力方向均能滿足設(shè)計(jì)要求。

3、預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)用BIM 技術(shù)主要環(huán)節(jié)

（1）利用BIM 信息化三維模型軟件對(duì)預(yù)應(yīng)力梁及梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋、波紋管與鋼柱、牛腿的位置實(shí)施高精度定位，導(dǎo)出鋼柱及鋼筋定位施工圖以確保鋼柱上預(yù)留孔定位精準(zhǔn)，避免在密集的鋼筋中出現(xiàn)梁柱復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位、型鋼牛腿、波紋管與型鋼的碰撞。

（2）BIM 三維軟件建立預(yù)應(yīng)力梁模型后，利用其可視化的特性，梁截面尺寸為900mm*2200mm，大跨度梁內(nèi)部復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的鋼筋、型鋼牛腿、波紋管與型鋼的穿插先后順序進(jìn)行合理排布（圖1），并實(shí)施高仿真度大跨度梁的高支模體系搭建模擬和計(jì)算受力點(diǎn)，提出搭建高支模系統(tǒng)的需要注意的重點(diǎn)、難點(diǎn)，并實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)有針對(duì)性的安全技術(shù)交底，提早把現(xiàn)場(chǎng)高支模作業(yè)可能發(fā)生的易發(fā)質(zhì)量安全事故點(diǎn)解決，以降低高支模復(fù)雜結(jié)構(gòu)搭建施工技術(shù)難度和后續(xù)加固措施發(fā)生的人工、材料費(fèi)用，一步到位安裝成功減少工期的拖延。

圖1 BIM 預(yù)應(yīng)力波紋管

（3） 預(yù)應(yīng)力梁的主要受力節(jié)點(diǎn)通過BIM 軟件可視化動(dòng)態(tài)模擬功能，逼真地呈現(xiàn)在技術(shù)人員面前，鋼筋工人、澆筑混凝土工人也能很容易地掌握施工順序，綁扎難點(diǎn)、波紋管定位、預(yù)留孔洞位置，直接實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者意圖，施工方案實(shí)施效果好，較好保證施工質(zhì)量。

（4）BIM 應(yīng)用技術(shù)能精確計(jì)算所需要的鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量，極大地減少材料切割造成的浪費(fèi)。

4、預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)用BIM 技術(shù)施工主要流程

第一步建立預(yù)應(yīng)力梁BIM 數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行施工技術(shù)交底。第二步與普通預(yù)應(yīng)力梁環(huán)節(jié)相同，梁底進(jìn)行高支模施工，綁扎鋼筋，波紋管支撐系統(tǒng)安裝以及預(yù)應(yīng)力筋穿入后準(zhǔn)備張拉前，增加BIM 建立的模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝部位進(jìn)行對(duì)照檢查步驟。第三步封好大跨度預(yù)應(yīng)力梁側(cè)方模板，綁扎樓板鋼筋，組織建設(shè)、監(jiān)理進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收，檢查合格后現(xiàn)場(chǎng)澆灌混凝土，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉，灌漿、切余筋最后封錨。

5、預(yù)應(yīng)力梁施工操作要點(diǎn)

（1）非預(yù)應(yīng)力筋綁扎（主要為節(jié)點(diǎn)）

首先要保證普通鋼筋的定位準(zhǔn)確，應(yīng)用BIM 技術(shù)建模能確保普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、波紋管位置滿足設(shè)計(jì)要求。鋼筋綁扎順序可采用BIM 進(jìn)行仿真模擬。

（2）有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋布筋

有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋布筋在安裝波紋管前，要把支承波紋管的鋼筋支架綁扎并固定好位置，綁扎支架的間距不超過1.5m。波紋管穿入前的位置是有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋自梁、底板端頭進(jìn)入，一邊進(jìn)入時(shí)一邊使用連接套管，連接套管兩個(gè)端頭部位要專用粘膠帶仔細(xì)纏繞，注意在穿入過程中觀察波紋管是否有損傷或破壞，一旦發(fā)現(xiàn)有破損立即使用專門粘膠帶反復(fù)纏繞。對(duì)于波紋管到達(dá)指定位置后，依照預(yù)應(yīng)力筋布筋要求把相應(yīng)數(shù)量的鋼絞線依順序打開，而且要把鋼絞線制作成束后，從波紋管的兩端按順序穿越，在穿越波紋管時(shí)一定要小心進(jìn)行不能將波紋管戳穿，而且兩個(gè)端頭露出的鋼絞線的長(zhǎng)度要一致。

（3）預(yù)應(yīng)力布筋操作工藝

波紋管接頭處選用直徑大于3-5mm 連接件進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接接頭應(yīng)大于200mm，連接完成后使用專用粘膠帶進(jìn)行密封，注漿前檢查接縫處是否嚴(yán)密以防灌漿時(shí)會(huì)漏出。波紋管在孔道的一頭和預(yù)埋墊板喇叭管連接，并設(shè)有泌水排氣孔和灌漿孔（圖2）在預(yù)應(yīng)力梁布筋中的指定位置，派專人認(rèn)真檢查安裝的波紋管是否有破損。

每一個(gè)波峰部位的設(shè)置一個(gè)專門排氣孔。預(yù)應(yīng)力布筋過程中注意對(duì)波紋管安裝操作的規(guī)范性，盡可能控制不能多次重復(fù)彎曲波紋管，避免管壁發(fā)生破裂，使用電焊時(shí)還要注意電焊火花不能燒傷管壁。

（4）澆筑砼

鋼筋布置綁扎完成后，施工、建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)相關(guān)人員聯(lián)合隱蔽驗(yàn)收，合格后再澆筑混凝土，澆灌混凝土?xí)r注意對(duì)承壓板、錨板周邊振搗密實(shí)，振動(dòng)棒控制力度注意不能碰到預(yù)應(yīng)力筋波紋管、支撐架以及端部預(yù)埋部件。

（5）預(yù)應(yīng)力張拉錨固

預(yù)應(yīng)力張拉錨固時(shí)間要等到混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后實(shí)施，大跨度梁預(yù)應(yīng)力筋張拉灌漿完畢后梁下方的支撐才能拆除，張拉人員配帶安全帽、安全帶進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。張拉前選擇有粘結(jié)鋼絞線Φs15.24，強(qiáng)度級(jí)別1860MPa，錨具均采用多孔夾片Ⅰ類錨具，250 噸千斤頂和油表用前六個(gè)月校驗(yàn)。張拉中通過應(yīng)力控制為主，實(shí)行油表讀數(shù)、伸長(zhǎng)值測(cè)量進(jìn)行雙控管理，張拉記錄要精確到毫米，實(shí)際伸長(zhǎng)值控制在理論伸長(zhǎng)值6%以內(nèi)。張拉時(shí)無法一步到位時(shí)，伸長(zhǎng)值讀數(shù)150～200mm 時(shí)應(yīng)立即回油再實(shí)施第二次張拉，張拉過程中一旦發(fā)現(xiàn)砼破裂、鋼絞線斷絲斷束時(shí)立即停止張拉，等待研究清楚原因再進(jìn)行，必須控制在200mm 范圍以防張拉超出正常值出現(xiàn)安全事故。

圖2 灌漿孔留設(shè)部位

（6）孔道灌漿封錨

有粘結(jié)鋼絞線張拉后停止留置12小時(shí)，專業(yè)技術(shù)人員查看鋼絞線錨固情況，如無特殊情形則用水灰比0.4～0.45、標(biāo)號(hào)為42.5 普通硅酸鹽水泥進(jìn)行灌漿，灌漿前用清水試轉(zhuǎn)正常后再進(jìn)行灌漿，檢查孔道兩端錨具是否正常，發(fā)現(xiàn)異常立即處理，灌漿泵派專人負(fù)責(zé)看管，灌漿要一次性完成，待最后一個(gè)排氣孔冒出連續(xù)的濃漿，直至另一端冒出濃漿為止。

（7）預(yù)應(yīng)力筋切割及封錨

灌漿完成24h 后使用角磨機(jī)進(jìn)行逐條切除多余預(yù)應(yīng)力筋，再進(jìn)行封錨工作。

三、結(jié)語

大跨度預(yù)應(yīng)力梁采用BIM 信息化全過程控制施工，從材料浪費(fèi)率、施工返工率、驗(yàn)收合格率較傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力梁施工工藝均有大幅度提升，經(jīng)過對(duì)比測(cè)算，直接經(jīng)濟(jì)效益可節(jié)省造價(jià)585267.45 元。工程混凝土結(jié)構(gòu)尺寸、垂直度、平整度均能很好地滿足設(shè)施和質(zhì)量規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力檢驗(yàn)結(jié)果合格，無返工情況且施工現(xiàn)場(chǎng)端頭錨索未出現(xiàn)混凝土破碎。在工期方面施工進(jìn)度提前10 天，保證了主體施工進(jìn)度要求。采用預(yù)應(yīng)力信息化施工符合我國新時(shí)期提出的“互聯(lián)網(wǎng)＋”戰(zhàn)略行動(dòng)，符合低碳節(jié)能減排和綠色施工技術(shù)發(fā)展需要，有力地推動(dòng)我國預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)BIM 信息化施工有利于縮短我國與國外BIM 技術(shù)的差距。該工法在本工程的成功應(yīng)用，取得非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。