1、混凝土结构工程施工3.4 预应力混凝土工程 3.4.1 先张法施工 1 张拉设备与夹具（1）张拉设备 要求：张拉设备要求工作可靠，控制应力准确，能以稳定的速率加大拉力。张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.1-1.3倍。种类：单根张拉、多根成组张拉 1）预应力钢丝的张拉设备 在台座上生产构件一般采用单根钢丝张拉，由于张拉力较小，一般采用电动卷扬机、电动螺杆张拉机张拉，以弹簧、杠杆等简易设备测力。卷扬机（又叫绞车）是由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬
2、机两种。现在以电动卷扬机为主。电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况，调速性能好，能令空钩快速下降。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度 2）预应力钢筋的张拉设备 分类：单根张拉、多根成组张拉 液压千斤顶成组张拉 液压千斤顶单根张拉（2）夹具 夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座上的临时性锚固装置。分类：锚固夹具、张拉夹具 1 1、锚固夹具：、锚固夹具：锥形锥形（锥销式、二片式、三片式）锚固单根直径3-5mm预应力筋；镦头锚具镦头锚具带槽螺栓、梳子板。用于用于：冷拉筋（热镦），冷拔丝（热、冷镦），碳素
3、钢丝（冷镦）。要求要求：镦头强度不低于材料强度的98%，钢丝束长度差值L/5000、5mm。成组张拉长度10m的钢丝，长度极差2mm 2 2、张拉夹具、张拉夹具：月牙式、偏心式、楔形。锥销夹具锥销夹具圆套筒三片式夹具圆套筒三片式夹具方套筒二片式夹具方套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具固定端镦头夹具固定端镦头夹具单根镦头钢筋螺杆夹具单根镦头钢筋螺杆夹具（3）台座：）台座：1、要求、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；满足生产工艺的要求。2、形式、形式：墩式墩式（传力墩、台面、横梁）长度100150m，适于中、小型构件。槽式槽式（传力柱、上下横梁、砖墙）长4576m，适于双向预应力构件，
4、易于蒸汽养护。重力式重力式墩式台座的几种形式墩式台座的几种形式与台面共同作用式与台面共同作用式构架式构架式桩基构架式桩基构架式槽式台座槽式台座压杆压杆砖墙砖墙上横梁上横梁下横梁下横梁砖墙砖墙压杆压杆2 先张法施工工艺 先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到不低于混凝土设计强度值的75%，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结。先张法一般仅适用于生产中小型构件，在固定的预制厂生产。先张法生产构件可采用长线台座法，一般台座长度在50150m之间，或在钢模中机组流水法生产构件。先张法施工工
5、艺先张法施工工艺先张法施工工艺流程先张法施工工艺流程（1）刷隔离剂、预应力筋的铺设 长线台座台面在铺放预应力钢筋前应涂刷隔离剂。（2）预应力筋的张拉 1）张拉程序：张拉施工的最重要目标就是如何保证张拉力准确，并且尽量减小预应力损失。为了减小因应力松弛引起的预应力损失，通常可采取两种张拉措施解决：一次张拉 超张拉.一次张拉程序：适用于钢丝（碳素、刻痕、冷拔低碳钢丝）。01.03con 超张拉：适于粗钢筋（冷拉钢筋，热处理钢筋）和钢绞线.01.05con（持荷2分钟）con超张拉超张拉减少由于钢筋松弛变形造成的预应力损失。2）控制应力及最大应力 张拉控制应力是指张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按
6、设计规定采用。控制应力的数值直接影响预应力的效果。超张拉可比设计要求提高3%-5%，但最大张拉控制应力不得超过下列规定：fptk：极限抗拉强度标准值 fpyk：屈服强度标准值 3）预应力筋张拉值的校核 预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。当实测伸长值与理论伸长值之间的偏差超过6%时，应暂停张拉。预应力钢丝，伸长值不作校核，而采用钢丝内力测定仪直接测定钢丝的预应力值来对张拉结果 进行校核。4）张拉 多根预应力筋同时张拉时，必须事先调整初应力，使应力一致。结构中预应力筋断裂或滑脱的数量，严禁超过结构同一截面钢材总根数的3%，且严禁相邻两根预应力钢材断裂或滑脱。先张法构件在浇筑混凝土前发生断裂或滑
7、脱的预应力钢材必须予以更换。张拉锚固后，预应力筋对设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面短边尺寸的4%。注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。5）混凝土的浇筑与养护 1、混凝土一次浇完，混凝土 C30。2、防止较大徐变和收缩：选收缩变形小的水泥，水灰比 0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。3、防止碰撞、踩踏钢丝。4、减少应力损失：非钢模台座生产，采取二次升温养护，(开始温差 20，达10MPa后按正常速度升温）。6）预应力筋放张（1）放张前，应拆除侧模，放张时使构件能自由伸缩。（2）混凝土强度的要求：必须符合设计要求，当设计无专门要求时，不得低于设计的混凝土强度标号的75%
8、。放张顺序：预应力的放张顺序应符合设计要求，当设计无专门要求时，应符合下列规定：(1)对承受轴心预应力的构件，所有预应力筋同时放张；(2)对承受偏心预应力构件，应先同时放张预应力较小的区域的预应力筋，再 同时放张预应力较大区域的预应力筋。(3)当不满足上述规定时，应分阶、对 称、相互交错的放张。(4)预应力筋切断顺序：宜由张拉端开始，依次向一端切断。放张方法：（1）当钢丝数量不多，为小型构件，从生产线中间往两侧切断，有利于脱模。（2）当钢丝数量较多，所有钢丝应同时切断，（3）粗钢筋的放张，当钢筋较少时，可采用氧乙炔焰烘烤加热。使其同步加热，钢筋内力下降，外形伸长，出现缩颈，便可切断。（4）粗钢
9、筋数量较多时放张：应同时放张，不允许突然放张：采用砂箱或楔块放张.横梁螺杆螺母承力板台座钢块钢块钢楔块楔块放张法楔块放张法活塞钢套箱进砂口出砂口砂子钢套箱底板砂箱放张法砂箱放张法3.4.2 后张法施工 在钢筋混凝土构件或块体成型 时，在设计规定 的位置上预留孔 道，待混凝土达到设计规定的强度后，将预应力筋穿入孔道中，进行预应力的张拉，并用锚具将钢筋锚固在构件上，然后进行孔道灌浆。1 锚具 是预应力钢筋进行张拉和永久固定在钢筋混凝土构件传递预应力的工具。（1）单根粗钢筋锚具 张拉端采用螺丝端杆锚具，固定端采用帮条锚具或墩头锚具。1）螺丝端杆锚具：由螺丝端杆，螺母和垫板三 部分组成，适用于锚固直径
10、不大于36mm的冷拉 HRB335或HRB400级钢筋。与预应力钢筋的焊接应在预应力钢筋冷拉前进行。螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具 2）帮条锚具：由帮条和衬板组成。帮条与预应力筋同级，互成120，E50焊条；垫板用3#钢，适于冷拉HRB335、HRB400级筋。3）墩头锚具：由墩头和垫板组成。帮条锚具帮条锚具（2）钢筋束（钢绞线束）锚具 钢绞线、钢绞线束采用的锚具有JM型、XM型、QM型和墩头锚具等。其中墩头锚具用于非张拉端。JM12-6型锚具QM型锚具（3）钢丝束预应力筋锚具 1）锥形螺杆锚具 2）钢制锥形锚具 3）钢丝束墩头锚具锥形螺杆锚具钢制锥形锚具钢丝束墩头锚具2 张拉设备（1）拉杆式千斤顶
11、拉杆式千斤顶（YL60）；穿心式千斤顶（YC60、YC20、YC18）。YL-60拉杆式拉杆式千斤顶千斤顶YC60型千斤顶型千斤顶工作原理图工作原理图配装撑脚和配装撑脚和拉杆后的外拉杆后的外貌图貌图YC60型千斤顶（3）锥锚式双作用千斤顶锥锚式双作用千斤顶3 后张法施工工艺 先制作构件,并在构件体内按预应力筋的位置留出相应的孔道,待构件的混凝土强度达到规定的强度(一般不低于设计强度标准值的75%)后,在预留孔道中穿入预应力筋进行张拉,并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在构件的端部,依靠构件端部的锚具将预应力筋的预张拉力传给混凝土,使其产生预压应力;最后在孔道中灌入水泥浆,使预应力筋与混凝土构件形
12、成整体。工艺流程：浇筑混凝土结构或构件（留孔）养护拆模 （达75%强度后）穿筋张拉 固定 孔道灌浆 （砂浆达15N/mm2，混凝土达100%后）移动、吊装。适用于大构件及结构的现场施工预制拼装，结构张拉。特点：不需台座，但工序复杂，锚具不能重复使用 后张法施工工艺与预应力施工有关的是孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆三部分。（1 1）孔道留设 构件中留设孔道主要为穿预应力钢筋（束）及张拉锚固后灌浆用。孔道留设的基本要求：孔道直径应保证预应力筋（束）能顺利穿过。孔道应按设计要求的位置、尺寸埋设准确、牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形。在设计规定位置上留设灌浆孔。在曲线孔道的曲线波峰部位应设置排气
13、兼泌水管，必要时可在最低点设置排水管。灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。5.2.35.2.3后张法施工工艺后张法施工工艺 5.2.3.15.2.3.1孔道留设预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种。孔道直径应比预应力筋外径或需穿过孔道的锚具外径大1015mm（粗钢筋）或610mm（钢丝束或钢轿线束）；且孔道面积要大于预应力筋面积的2倍，在孔道的端部或中部应设置灌浆孔，其孔距不宜大于12m。孔道留设方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法。对孔到留设的要求是：孔到场的尺寸与位置应正确，孔道的线形应平顺，接头严密不漏浆，孔道的端部预埋钢板应垂直于孔道中心线。1）、钢管抽芯法钢管抽芯法是预先
14、将钢管埋设在模板内的孔道位置处，在混凝土浇筑过程中和浇筑后，每间隔一定时间慢慢转动钢管，使其不与混凝土粘结，待混凝土凝固后抽出钢管即形成孔到。此法适用于直线孔道留设。钢管应平直、光滑，预埋前应除锈、刷油。固定钢管用的钢筋井字架的间距不宜大于1000mm，钢管的长度不宜大于15m，以便转动与抽管。抽管的时间与混凝土性质、气温和养护条件有关，通常在混凝土初凝后、终凝前，以手指按压混凝土不粘浆又没有明显印痕时即可抽管（常温35h）。抽管过早容易塌孔，太晚则抽管困难。抽管顺序应先上后下，抽管要边抽边转，速度均匀，并与孔道成一直线。2）、胶管抽芯法胶管抽芯法是采用57层帆布夹层的普通橡胶管，在管内充压力
15、空气或压力水，使管内压力保持在0.81.0MPa，此时橡胶管直径增大约3mm，利用钢筋井字架固定在模板内的孔道位置处，井字架的间距不宜大于500mm，混凝土浇筑过程中不需要转动胶管，待混凝土浇筑完凝固后，将管内的空气或水放掉，胶管缩径与混凝土脱离，即可抽出胶管。适用于直线一般的折线或曲线孔道。3）、预埋管法波纹管是由镀锌薄钢带（厚0.3mm）经压波后卷成如图4-35，具有重量轻、刚度好、弯折方便、连接简单、摩阻系数小、与混凝土粘结好等优点，可用于各种形状的孔道，是现代后张法预应力筋孔道成型的理想材料。波纹管预埋在构件中，混凝土浇筑后不再拔出，预埋时用间距不大于600mm的钢筋井字架固定。要求波
16、纹管在外荷载的作用下，有抵抗变形的能力，在混凝土浇筑过程中，水泥浆不得渗入管内。a）单波纹管 b）双波纹管 波纹管的连接是采用大一号同型波纹管。接头的长度一般为200300mm，用塑料热塑管或密封带封口，如图4-36所示。灌浆孔与波纹管的连接做法是在波纹管上开洞，在其上覆盖海绵垫片与带嘴的塑料弧形压板，并用铁丝棒扎牢固，再用增强塑料短插在嘴上，并将其引出构件外面见图4-37。波纹管的连接1-波纹管；2-接头管；3-密封胶带 灌浆孔的留设1-波纹管；2-海绵垫片；3-塑料弧形压板；4-增强塑料管；5-铁丝 （2）预应力筋的张拉 1）张拉条件 张拉预应力筋时，构件混凝土的强度应达到设计要求，当设计
17、无要求时，则不低于混凝土标准强度值的75%。对于拼装的预应力构件，其拼缝处混凝土或砂浆强度如设计无要求时，不宜低于块体混凝土设计强度的40%，且不低于15MPa。为了搬运需要，后张法构件可提前施加一部分预应力，使构件建立较低的预应力来承受自重。2）张拉程序 张拉程序按下列程序之一进行：01.05con（持荷2分钟）con 或01.03con 式中con为预应力钢筋的张拉控制应力。3）张拉控制应力的确定 按50010-2019混凝土结构设计规范规定取值。4）张拉顺序预应力张拉顺序应符合设计要求，当设计无要求时，应采用分批、分阶段对称张拉，防止构件承受过大的偏心压力，同时应尽量减少张拉设备的移动次
18、数。分批张拉时，应计算分批张拉的预应力损失，分别加到先张拉的预应力筋张拉控制应力值内，即先张拉的预应力筋张拉应力con应增加。平卧重叠浇筑的构件，宜先上后下逐层进行张拉，为了减少上下层之间因摩擦引起的预应力损失，可采取逐层加大张拉力。5）张拉方法张拉方法有一端张拉和两端张拉。对曲线预应力筋，应在两端进行张拉；对抽芯成孔的直线预应力筋、长度大于24m应采用两端张拉，长度不大于24m可采用一端张拉；对预埋波纹管的直线预应力筋，长度大于30m宜两端张拉，不m可一端张拉；对竖向预应力结构，轧钢拉端宜分别设置在结构的两端；当采用两端同时张拉同一根预应力筋时，宜先在一端锚固，再在另一端补足张拉力后进行锚固
19、。（3）孔道灌浆：1.1.目的：目的：防止生锈；增加整体性。2.2.基本要求：基本要求：（尽早进行，饱满、密实）水泥32.5级普硅；水泥浆强度30MPa；水灰比0.4左右，不得大于0.45；泌水率：拌后三小时宜2%，最大3%可掺无腐蚀性外加剂：减水剂（0.25%木质素磺酸钙）、膨胀剂（0.05%铝粉）孔道湿、洁净，由下层孔到上层；灌满孔道并封闭排气孔后，加压0.50.6MPa，稍后再封闭灌浆孔；不掺外加剂时，可用二次灌浆法。（4）预应力筋的制作 预应力钢筋的制作与钢筋的直径、钢材的品种、锚具的类型、张拉设备和张拉工艺有关。种类：单根钢筋、钢筋束、钢绞线束 1）单根钢筋的制作 单根预应力筋可在一
20、端张拉也可两端张拉。通常情况下张拉端采用螺丝端杆锚具，而非张拉端采用帮条锚具或镦头锚具。单根粗预应力筋的制作，包括配料、对焊、冷拉等工序。预应力筋的下料长度应计算确定，计算时要考虑锚具的种类、对焊接头或镦头的压缩量、张拉伸长值、冷拉的冷拉率和弹性回缩率、构件长度等因素。螺丝端杆外露在构件孔道外的长度，根据垫板厚度、螺母高度和拉伸机与螺丝端杆连接所需长度确定，通常为120150mm。固定端采用帮条锚具和镦头锚具时，其长度是锚具尺寸而定。帮条锚具长度，一般取7080mm；墩头锚具长度，一般取50mm。两端采用螺丝杆段锚具两端采用螺丝杆段锚具一端采用螺丝杆段锚具，另一端采用帮条锚具一端采用螺丝杆段锚
21、具，另一端采用帮条锚具一端采用螺丝杆段锚具，另一端采用墩头锚具一端采用螺丝杆段锚具，另一端采用墩头锚具 预应力筋下料长度计算：2312()1lllLn 2）钢筋束（钢绞线束）的制作 钢筋束、热处理钢筋和钢绞线是成盘状供应，长度较长，不需要对焊接长。其制作工序包括开盘冷拉、下料、编束。下料时宜用切断机或砂轮锯切断，不得采用电弧切割，钢绞线在切割前，在切口两侧各50mm左右处用铅丝绑扎，防止钢绞线松散。编束是将钢绞线理顺后，用铅丝每隔1m左右绑扎成束，转筋时要防止扭结。预应力钢筋束和钢绞线下料长度与张拉设备和使用的锚具有关。3）钢丝束的编束 预应力钢丝束的编束是为了防止钢丝互相扭结。同一束钢丝直径
22、的相对误差不得超过0.1mm，以保证成束钢丝与锚具的可靠连接。在平整的场地理顺放平。每隔1m放置一个衬圈。在张拉构件的两端应设置保护装置。张拉过程中，预应力筋两端严禁站人，操作人应在侧面工作。3.4.3 无黏结预应力混凝土施工工艺 后张法预应力混凝土中，预应力筋分为有粘结与无粘结两种。凡是预应力筋张拉后，通过灌浆或其它措施使预应力筋与砼产生粘结力，在使用荷载作用下，构件的预应力筋与砼不产生相对滑动的预应力筋（束）称为有粘结，反之为无粘结。无粘结预应力施工方法是：在预应力筋表面刷涂料并包裹塑料布后，如同普通钢筋一样，先铺设在安装好的模板内，浇砼，待砼达设计要求强度后，进行张拉锚固。无粘结预应力混
23、凝土具有施工简单，不需预留孔道和灌浆，张拉阻力小，易于弯成曲线形状等优点。无粘结预应力束的制作：无粘结预应力束的制作：无粘结预应力束由预应力钢丝、防腐涂料和涂层及锚具组成。无粘结预应力束1-钢绞线或钢丝束；2-油脂；3-塑料护套 无粘结预应力束的钢材，一般选用7S5的强钢丝组成，钢丝束也可选用7S4或7S5钢绞线。表面涂料是为了长期保护预应力束不受腐蚀要求，一般选用1号或2号建筑油脂作为无粘结的表面涂层，要求表面涂层材料应满足下列要求：（1）较好的化学稳定性，在20+70内不裂，不变脆，不流淌。（2）与周围砼、钢材等材料等不起化学作用。（3）不会被腐蚀，具有不透水性，不吸湿性，良好润滑性，一般
24、选用建筑专用油脂。无粘结预应力筋护套材料应有足够韧性、耐磨、耐冲击性，对周围材料无侵蚀作用，在规定温度范围内，低温不脆化，高温化学性能稳定，防惨性、延伸度好。宜选用高密度聚乙烯，有可靠经验也可采用聚丙烯，但不宜采用聚氯乙烯。无粘结预应力束制作通常采用缠纸工艺、挤压涂层工艺两种方法。缠纸工艺是在缠纸机上连续作业，完成编束、涂油、镦头、缠塑料布和切断等工序。挤压涂层工艺主要是钢丝通过涂油装置涂油，涂油后的钢丝束通过塑料挤压机成型塑料薄膜，再经冷却筒槽成型塑料套管。这种工艺效率高，质量好，设备性能稳定。目前无粘结预应力筋所用的材料主要是高强钢丝和钢绞线，对于高强钢丝主要用镦头锚具。钢绞线则用XM锚具
25、。图为无粘结预应力钢丝束的一种锚固方式，张拉端和非张拉端都用镦头锚具。2 无黏结筋的制作（1）挤压涂层工艺 无黏结筋通过涂油装置涂油，涂油无黏结筋通过塑料挤压机涂刷塑料薄膜，再经冷却筒槽成型塑料套管。（2）涂包成型工艺 无黏结筋经过涂料槽涂刷涂料后，再通过归束滚轮进行补充涂刷，涂料厚度一般为2mm，涂好涂料的无黏结筋随即通过绕布转筒自动地交叉缠绕两层塑料布，当达到需要长度后进行切割，成为一根完整的无黏结预应力筋。无粘结预应力楼面钢筋3 无黏结预应力筋的锚具（1）单孔夹片锚具（2）XM型夹片式锚具（3）挤压锚具单孔夹片锚具XM型夹片式锚具 挤压锚具2 2 无粘结预应力施工无粘结预应力施工（1 1
26、）无粘结预应力施工束的铺设）无粘结预应力施工束的铺设 无粘结预应力束在平板结构中一般为双向曲线配置，其铺设顺序很重要，应避免相互穿插。一般是根据双向钢丝束交点的标高差，绘制铺设顺序图。钢丝束波峰低的底层钢丝束先铺设，然后依次铺设波峰高的上层钢丝束。铺设前先根据设计图计算出各点标高、位置、反弯点位置、波峰位置，然后将马凳就位（马凳间距12m），再铺设钢丝束，对波峰高度及水平位置进行调整，检查无误后用铅丝绑牢。张拉端固定：张拉端的承压板应用钉子固定在端模板上或用点焊固定在钢筋上。当张拉端采用凹入式作法时，可用塑料穴模或泡沫塑料、木块等形成凹口。砼浇筑时，严禁踏压撞碰预应力筋、支撑钢筋及端部预埋件，
27、张拉端固定端砼必须振实，混凝土强度等级不低于C30，梁不低于C40。（2 2）无粘结预应力束的张拉与锚固）无粘结预应力束的张拉与锚固 张拉前清理承压板面，检查承压板后面的砼质量，有缺陷应先修补处理。张拉时先张拉板，后张拉梁。板中无粘结筋，可依次张拉，梁中采用对称张拉，长度大于25m，两端张拉，大于60m分段张拉。遇摩阻力大，宜先松动一次再张拉。张拉程序为:01.03con锚固。（3 3）锚头端部处理）锚头端部处理 张拉后，应对锚固区进行保护，必须有严格密封措施，防止水汽进入腐蚀预应力筋。锚固后，外露多佘预应力筋用砂轮切割，不得用电孤焊切割。端部处理有两种：（1）在孔道中注入油脂并加以封闭。如图a所示。（2）在孔道中注入环氧水泥砂浆，抗压强度不低于35MPa，对凹入式锚固板，经处理后，用微胀砼或低收缩防水砂浆封锚。对凸出式锚固板，用外钢筋混凝土围梁封闭。如图b所示：锚头端部处理方法1油枪；2锚具；3端部孔道；4有涂层的无粘结预应力束；5无涂层的端部钢丝；6构件；7注入孔道的油脂；8混凝土封闭；9端部加固螺旋钢筋；10环氧树脂水泥砂浆
