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'一、预应力原理1、为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强材,人们在长期的生产实践中创造了预应力混凝土结构。所谓预应力混凝土结构,是在结构构件受外力荷载作用前,先人为的对它施加压力,由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力,即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足,达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。以预应力混凝土制成的结构,因以张拉钢筋的方法来达到预压应力,所以也称预应力钢筋混凝土结构。2、与钢筋混凝土相比,预应力混凝土的优点:由于采用了高强度钢材和高强度混凝土,预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点,对减小结构截面尺寸、节约钢材(可节约钢材40%~50%、混凝土20%~40%)、降低结构自重、防止开裂和减少挠度都十分有效,可以使结构设计得更为经济、轻巧与美观。3、常用预应力筋有:钢丝冷拔低碳钢丝,直径:3~5mm;碳素钢丝,直径:3~8mm;钢绞线:由7根碳素钢丝缠绕而成;热处理钢筋:直径:6~10mm热轧螺纹钢筋,直径:25,32mm。本工程应用的是直径15.2的钢绞线。二、本工程特点本工程地处临沂市罗庄区,为临沂市妇幼保健院新院门诊楼,总建筑面积47589㎡。地下一层、地上五层框架结构,本工程梁采用有粘结预应力混凝土体系,板采用无粘结预应力混凝土体系,全部为后张法施工。梁孔道成型采用预埋波纹管,呈曲线型布置,预应力筋线型为C4曲线配筋(如下图所示),钢绞线标准强度为1860MPa;锚固系统采用QM锚具。工程采用C40砼浇筑,设计要求混凝土强度达到80%方可张拉,预应力张拉完毕及时用水泥浆灌浆处理和封堵端部锚具。
三、施工材具根据设计要求,预应力钢材采用fptk=1860Mpa,直径为φs15.2低松弛钢绞线;张拉端锚具采用夹片锚,一端张拉的固定端锚具采用挤压锚;锚垫板及螺旋筋配套锚具采购,锚具质量应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(GB/T14370-2000)要求;波纹管采用符合国家标准的钢带进行加工,质量符合国家有关标准。3.1、钢绞线1、钢绞线为预应力工程的主要材料,其质量好坏直接影响到整个工程的质量,因此对所用的钢绞线应严格检查、验收、妥善存放。其技术要求、质量证明、包装方法及标志内容等,应分别符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224—2003)的规定。2、对每批钢绞线按同一品牌、同一规格、同一批号进行分批,每批重量不大于60T。从每批钢绞线中任取3盘,进行力学性能试验,其力学性能必须符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224一2003)中对该类钢绞线的各项性能指标要求。验收合格后,按供货批号分组、分类存放。
3.2、锚具锚具是预应力工程中最重要的材料、是承受预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置,其各项性能指标、技术参数直接影响预应力工程质量;因此对锚具的各项性能指标、技术参数都应仔细了解。对每批锚具进行抽样检查,内容如下:(1)外观检查:从每批中各种不同类型的锚具抽取10%,但不少于10套检查其外观尺寸。(2)硬度检查:从每批中各种不同类型的锚具抽取5%且不少于5套做硬度试验。3.3、预留孔道用的金属波纹管本工程选用φ55波纹管。波纹管间连接用φ60的波纹管做接头,接头管长度200mm,在接头处用胶带密封,防止渗漏。波纹管直径保证管道内一定面积的空隙以利灌浆、穿束。安装就位的波纹管不允许车辗人踩,木、铁器碰撞,不允许电焊打火穿破波纹管。3.4、水泥灌浆用水泥采用不低于32.5级普通硅酸盐水泥,必须要有出厂合格证和检验报告。使用的水泥不能存放过期,存放过程中严防受潮。四、施工工艺
4.1、预应力筋的下料钢绞线像电缆一样成捆盘成,弹性很大,尤其是有粘结预应力钢绞线,放线时应采取有效措施防止弹出伤人。在实际施工中,我们采用两米长架管搭设立方体井字形架子,将预应力圆盘紧密包裹于其中,并在线盘前放一节混凝土输送管,钢绞线穿过管道进行放料,防止钢绞线暴起乱弹。预应力筋的切割采用砂轮机,严禁采用气割或电焊切割,否则引起钢绞线回火,降低其强度。预应力筋下料长度见施工手册657页。本工程设计要求钢绞线张拉端预留长度为1m。由于预应力钢筋不同于普通钢筋,不允许焊接,每根预应力钢绞线的必须是完整的通长的,这就要求我们在计算下料长度时一定要精确无误,下料时一定要注意严格按照下料长度进行长度的控制,下料后及时贴上标签,标明长度、编号及使用部位,然后收盘分类堆放。4.2、有粘结预应力筋的铺放本工程框架梁采用有粘结预应力结构。1、波纹管的铺设(1)施工铺放前要协调好其它各工种的施工顺序,特别是水电预埋管线应在预应力铺放完成后进行。(2)先根据预应力筋线形图放样出支架钢筋位置及高度,必须注意的是,设计图中的有粘结预应力筋曲线是以孔道中心为标准,而确定支架钢筋的高度时应以波纹管底部为基线。成型时,反弯点与跨中间的曲线要自然垂落。(3)根据放样的位置将支架钢筋焊接到梁的箍筋上,焊接支架钢筋是应满足以下要求:支架钢筋直径不宜小于φ10mm,且应水平焊接在梁的箍筋;支架钢筋与梁箍筋一定要焊接牢固;保证支架钢筋的位置准确性,其允许误差为水平±10mm和垂直±5mm。(4)在完成支架钢筋安装后,即可铺放波纹管。按照焊好支架钢筋的位置将波纹管穿入梁中,并将其理顺,使之平顺、流畅、过渡自然,最后用扎丝绑扎于支架上,防止波纹管在混凝土浇筑时上浮或产生水平位移。当波纹管与普通钢筋或其他管线位置有冲突时,首先必须保证预应力筋位置的准确。(5)波纹管安装后,应检查波纹管有无破损,接头是否牢固、密封,如有破损及时用胶带进行修补。波纹管露出承压铁板不要小于100mm。
值得注意的是本工程框架梁一般为650mm-750mm高,梁筋需提起来绑扎完成后落进梁模中,在梁筋下落时梁柱节点处波纹管很容易破损,在施工过程中最好预先把梁范围内的柱子箍筋按设计间距焊接成一体,下落时整体下落,避免损伤波纹管。2梁内预应力筋的铺放波纹管安装结束后,即可进行梁内预应力筋的穿插、固定锚垫板和螺旋筋等工作。在穿预应力钢筋前,注意检查波纹管外观质量,如发现波纹管有破损现象时,应及时修补,严重时必须拆换。波纹管接头必须要牢固、严密,两段接头管要顶紧,确保不漏浆。本工程选用后穿钢绞线工艺,从波纹管一端穿至另一端,要注意穿进困难时不能硬顶,以防波纹管被顶破。而应将钢绞线往复轻抽、推、转,直至贯穿。为保证张拉,预应力筋穿入波纹管后,预应力筋在靠近边模板处必须具有不小于1000mm长的平直段(即预应力筋与锚垫板垂直)。4.3、无粘结预应力筋的铺放本工程现浇板采用无粘结预应力结构。在底板筋铺设完成并水电预埋套管后,预应力工种开始板内预应力钢筋的布设工作:先按照预应力筋的间距放样,并按照放样进行预应力筋的布设,当预应力筋穿入锚垫板后,应将锚垫板焊接到梁或板的钢筋上进行固定。根据板中预应力筋线型在反弯点加设马凳。调整预应力筋的定位标高,其允许误差为垂直±10mm,无粘结钢绞线穿入相应的位置(无粘结钢铰线走向应平行,防止互相扭绞),然后两端拉线将其理顺,使之平顺、流畅、过渡自然。如发现无粘结钢绞线有破损时,应及时用胶带进行修补。本工程现浇板中无粘结预应力筋线型有(40、60、40)和(60、40、60)两种,在实际施工中密切与钢筋工配合,箍筋做小1cm。(40、60、40)型穿过梁时,走梁的主筋上部;(60、40、60)型穿过梁时,走梁的主筋下部。满足规范要求的正负偏差要求。当板中预应力筋遇到水电预留孔洞时,和设计协商后,采用并束处理,即原本间距400一根的钢绞线可调整为间距1200的两根并排。4.4、固定端锚具预埋件的埋设
内埋式挤压锚的挤压套与锚板的连接应紧密不松动,波纹管端部应在浇筑混凝土前用水泥浆封堵密实,并设置排气排水孔,相邻内埋式锚具的锚板位置应错开300mm。锚垫板背面的加强钢筋应尽可能靠近锚垫板,以加强局部受拉和承压强度。锚垫板中心位置允许偏差为5mm,孔道间距允许偏差为3mm。4.5、张拉端锚垫板和泡沫穴模的安装梁内张拉端锚垫板的安装与固定。波纹管位置固定好后,可安装锚垫板、泡沫穴模,采用普通钢筋加以固定,以防止在浇捣砼时,发生偏位现象。端部锚垫板应甩出支座1.5m,由于本工程梁内配筋较密,锚垫板安装时比较困难,应对普通钢筋进行事先排列,同时必须保证与孔道垂直。锚垫板安装完成后,应对锚垫板上灌浆孔进行封闭保护。锚固端波纹管采用与灌浆同配合比浆料封堵,确保不漏浆。板内张拉端锚垫板的安装与固定。板内张拉端锚垫板应焊接固定到梁或板的钢筋上,且在焊接时应与水平方向成60°夹角倾斜向上,锚垫板凹进混凝土表面8-10cm,以放置泡沫穴模。锚垫板放置、固定完成后,即可放置泡沫穴模,泡沫应用宽胶带包裹严密,防止破坏,泡沫放置时应与锚垫板紧靠,并用铁丝固定。4.6、混凝土浇筑施工注意事项6.1、
浇筑预应力混凝土前,应进行模板检查、普通钢筋及预应力筋工程的隐蔽工程验收。锚具预埋件与模板间的缝隙应填实,锚垫板上有螺纹的灌浆孔内宜用牛油封口。6.2、浇筑预应力梁时振捣棒不得直接挤碰波纹管、锚具预埋件,以防损坏波纹管或锚具预埋件连接部位而引起漏浆,堵塞孔道。在预应力梁锚固端、梁柱节点等钢筋密集的关键部位,宜用小直径的振捣棒或振捣片仔细振捣密实。6.3、浇筑过程中,注意检查模板、管道、锚垫板预埋件的位置及尺寸,发现松动,及时整修。6.4、对于泵送混凝土,应采取减少混凝土收缩的措施,尽量避免预应力梁张拉前出现收缩裂缝。4.7、预应力筋张拉工艺1、预应力张拉前期工作与应具备的条件预应力筋的张拉作业应在混凝土强度达到设计强度80%后进行。张拉时的强度要求以现场同等养护条件下的混凝土强度报告为准。张拉千斤顶及油表等设备在张拉前应到有相应资质的试验室进行校核,确保张拉数据的准确性。张拉前应清理预留槽口,除去承压板板面混凝土。侧模拆除,保留底模。预应力梁梁端应预留出足够的张拉空间,并在张拉前搭设操作平台,张拉位置需1500mm宽的张拉空间,张拉结束后稳定12小时后进行孔道灌浆,并用C40微膨胀混凝土补浇此处梁板穴槽。2、预应力张拉顺序预应力筋张拉顺序,考虑到结构整体的对称性、结构中有效预应力的建立、结构施工中预拉区的抗裂等因素,应先张拉刚度大的梁内预应力筋,后张拉刚度小的板内预应力筋,以减小后张拉预应力筋相互影响造成的预应力损失。板张拉顺序为:先轴线,后中间,由轴线向中间对称张拉。当两端同时张拉时,两端不得同时放松,先在一端锚固,再在另一端补足张拉力后进行锚固。两端张拉力应一致,两端伸长值相加后应符合设计规定要求。3、张拉前底模不可拆除。张拉时应做到预应力筋、锚环与千斤顶三对中,张拉过程应缓慢均匀上压。4、锚具安放前,清理预埋垫板上的灰浆,把锚环对准孔道中心套入预应力筋,塞放夹片时,夹片间隙及留出长度应均匀,并用钢管及小锤轻轻敲紧,不致脱落。
5、预应力张拉控制张拉采用张拉力控制、伸长值校验的方法。张拉时,按张拉程序量测各级拉力对应的伸长值,做好张拉记录。初应力时量取千斤顶活塞的伸长量L1,张拉达scon时再量取千斤顶活塞的伸长量L2,二者之差为钢筋的实际伸长量。实际伸长量与理论伸长值的差,与理论伸长值相比不应超过+6%和-6%,否则应停机检查原因,予以调整后方可张拉,必要时应采取相应措施进行处理。预应力张拉的理论伸长值应按规范要求进行计算,即采用平均张拉应力法。具体公式如下:Fp—平均张拉力6、预应力张拉步骤安装锚具及夹片;用张拉千斤顶张拉预应力筋,工作锚、千斤顶、工具锚、孔道中心线末端的切线四者中心重合当伸长值和张拉力达到设计要求时停止张拉,做张拉记录,锚固预应力筋。当预应力筋较长时,张拉伸长值将大于千斤顶行程,此时可采用分级张拉累计伸长值和张拉力的办法;预应力筋张拉均应满足控制值的要求;如张拉过程中其张拉伸长值超过该偏差范围应立即停止操作检查原因,待采取措施并排除故障后才能继续张拉。张拉采用双控法,张拉控制应力为1395MPa,每根筋张拉控制力为195KN,预应力张拉程序为:0→0.2张拉力→0.5张拉力→1.0张拉力→持荷2min→锚固。实测伸长值与计算值的偏差在-6%—+6%范围内,方可锚固,并做好现场施加预应力记录。预应力张拉时应均匀缓慢升高油压,逐步张拉至控制应力。当张拉长筋因千斤顶张拉活塞行程不足需多次张拉时,应分级张拉,中间各级临时锚固后,重新安装千斤顶,并重新读表和量测伸长值后再继续张拉,避免伸长值量测累积误差。构件张拉完毕后,应检查端部是否有裂缝。预应力筋张拉后用手提砂轮锯切割掉多余外露筋,然后用C40微膨胀混凝土封闭。7预应力张拉注意事项(1)工具锚的夹片,应注意保持清洁和良好的润滑状态。锚板的锥行孔内及夹片应涂上润滑剂。
(2)预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30mm。(3)张拉端外露预应力筋应在灌浆后再切割。(4)张拉时发现以下情况,应立即放松千斤顶,查明原因,采取纠正措施后再恢复张拉:断丝、滑丝或锚具碎裂;混凝土破碎,垫板陷入混凝土;达到张拉力后,伸长值不足,或张拉力不到,而伸长值超出范围。8、张拉异常情况的处理1、对预应力筋在张拉过程中如果发生断丝、滑丝的现象,应按照下列原则进行处理:首先参照《无粘结预应力混凝土结构技术规程》(JGJ/T92-93)第5.3.7条执行。即“滑脱或断裂的数量,不应超过结构同一截面无粘结预应力筋的2%……”。如果超过规定,则应查明原因,严重的可采取调换材料的方法加以解决。2、对于由于砼振捣不密实而引起的张拉端部砼破裂,应将破碎部分的砼全部清除,重新采用高一级标号砼浇捣密实后,待强度达到设计要求后再进行预应力张拉。另外也可根据现场的具体情况,采用其它填充补强材料。3、如果张拉伸长值普遍不符合要求时,应对材料的弹性模量,材料摩擦系数以及伸长值计算过程进行调整,合格后方能继续施工。4.8、孔道灌浆1、灌浆采用灌浆泵,配套高压橡胶管,强制式搅拌机1台;精确秤量用的计量设备,能供给一次操作用的所有材料;检查灌浆孔、排气孔是否畅通,若是堵塞,则必须疏通,禁止用水疏通,应用钢筋插入打穿。2、灌浆:张拉完成之后应停12小时,观察钢绞线锚固情况,无异常后再进行孔道灌浆。锚头密封24小时后,方可开始灌浆。灌浆时,从灌浆孔灌入,由排气孔排气和泌水。灌浆顺序宜先灌注下层孔道。孔道灌浆应缓慢、均匀地进行,一次完成,不得中断,喷嘴不得离开灌浆孔,以免空气进入孔道形成气泡。为使灌浆饱满,待排气孔排出浓浆后将排气孔封闭,整个孔道灌满浆后再封闭灌浆孔。当孔道较长或采用一次灌浆时,最大压力宜为0.6MPa。梁预应力筋孔道的灌浆压力可控制在0.3~0.4MPa。灌浆应达到孔道另一端饱满和出浆,并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。为保证管道中充满灰浆,关闭出浆口后,应保持不小于0.3MPa的一个稳压期,该稳压期不宜少于2min。
灌浆时,每一工作班应留取不少于3组的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体水泥浆试件,标准养护28d,检查其抗压强度,作为评定水泥浆质量的依据。在预应力施工中,许多施工措施都可以在规范、图集,施工手册中查到,最难的就是预应力筋如何穿过后浇带,因设计要求在位张拉前部的拆除模板,但后浇带得两侧龄期达到60天后方可浇筑,模板积压严重。如何穿越后浇带是个难题。'