现浇混凝土后张法有粘结预应力施工工法

'现浇混凝土后张法有粘结预应力施工工法完成单位：福建省建筑科学研究院现浇后张法有粘结预应力混凝土结构是预应力混凝土结构的主要结构型式之一。现浇后张有粘结预应力混凝土技术是通过预埋管道、穿筋、张拉、灌浆等工序为混凝土结构建立预应力以满足设计要求。通过工程实践总结形成本工法。1特点1.0.1有粘结预应力筋与混凝土的可靠粘结可使预应力筋能很好地发挥其力学性能，为所建立的预应力提供保障。1.0.2有粘结预应力筋可根据受力的需要设计成多种曲线形式，使其能满足各种受力要求。1.0.3有粘结预应力混凝土结构有着良好的抗裂性能和抗变形能力，耐久性高，可有效地降低结构高度，节约材料，节约能源，使用性能优越。2适用范围适用于大跨度、大空间的房屋建筑工程，如大跨度的混凝土梁、大偏心的框架柱、大柱网的混凝土楼板、大悬臂梁、转换梁或转换板、抗拔桩、基础地梁、地下室底板等混凝土结构中的各种构件。其它土木工程中的有粘结预应力构件也可参照使用。3工艺原理通过张拉预应力筋，在混凝土构件中产生预压应力，张拉完后灌浆，使预应力筋与混凝土可靠粘结，充分发挥材料强度并使所建立的预压应力有更好的保障。4材料与机具4.0.1预应力筋常用后张有粘结预应力筋的规格及力学性能应符合表4-1的要求。常用1×7结构钢绞线规格及力学性能表4-1公称公称每米参整根钢绞最大力应力松弛性能12 直径(mm)直径允许偏差(mm)截面积(mm2)考重量(g/m)抗拉强度Rm(MPa)线最大力Fm(kN)规定非比例延伸力Fp0.2(kN)总伸长率Agt(%)(L0≥500mm)初始负荷相当于公称最大力的%1000h应力松驰率(%)不大于不小于12.7+0.40-0.2098.777517201701533.56070801.02.54.51860184166196019317415.2140110117202412171860260234196027424715.715011781770266239186027925117.8191150017203272941860353318后张现浇预应力混凝土施工采用其它规格、级别的钢绞线时，应符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003的要求；采用其它形式、标准的预应力筋时，应按相应标准执行。4.0.2预应力锚固体系现浇后张预应力端部锚具分为张拉端锚具和固定端锚具。张拉端锚具有圆型锚具、扁型锚具，固定端锚具常用的有H型压花锚和P型挤压锚，并可根据需要采用预应力筋连接器。1张拉端锚具由夹片、锚板、锚垫板以及螺旋筋四部分组成，如图4-1、4-2。图4-1圆型张拉端锚具图4-2扁型张拉端锚具2固定端H型压花锚具，包括梨形自锚头的一段钢绞线、与连接锚头的钢筋支架、螺旋筋、端部封堵的干硬性水泥浆体等，如图4-3。312 固定端P型挤压锚具，包括挤压套（含挤压片）、螺旋筋、固定端锚板、端部封堵的干硬性水泥浆体等，如图4-4。4-3固定端H型压花锚具图4-4固定端P型挤压锚具4连接器，包括锚板、连接体夹片、锚垫板、螺旋筋或方箍、约束圈等，如图4-5。图4-5连接器预应力锚具应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000及《预应力用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002的规定。4.0.3孔道成型材料常用的孔道成型材料是金属波纹管。金属波纹管质量必须符合《预应力混凝土用金属螺旋管》JG/T3013-1994的规定。根据设计要求，施工中需采用钢管或塑料波纹管作为孔道成型材料时，钢管或塑料波纹管的质量应符合相应标准的规定。4.0.4灌浆材料灌浆用水泥应采用普通硅酸盐水泥，强度等级不宜低于32.5。水泥中宜掺入高性能外加剂，严禁掺入各种含氯盐或对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。4.0.5机具设备1下料机具波纹管及钢绞线的下料均宜采用砂轮切割机，不得采用电弧切割。2张拉设备张拉设备由穿心式液压千斤顶、高压电动油泵、压力表等组成，当预应力筋预留长度较短时宜使用前卡式千斤顶。12 张拉采用千斤顶吨位的大小应根据设计要求选用。3压花机用以配套高压电动油泵制作H型压花锚固定端。4挤压机用以配套高压电动油泵制作P型挤压锚固定端。5灌浆设备灌浆设备主要包括高压灌浆泵和灰浆搅拌机。灌浆泵必须能满足连续工作条件，并根据灌浆高度、距离、形态等选用，灌浆泵应配备计量校验合格的压力表。5工艺流程预应力材料进场、复检↓根据构件特点绑扎普通钢筋↓预应力筋下料、制作，穿预应力筋←穿波纹管↓安装固定端部锚固系统↓绑扎其余普通钢筋、埋灌浆管（排气管）↓隐蔽验收↓浇筑混凝土↓锚具检验、设备标定→张拉预应力筋←检查混凝土质量↓孔道灌浆↓12 切割、封锚6施工要点6.0.1预应力筋下料、装配及运输预应力筋的下料长度应考虑设计曲线长度、张拉端外伸预留长度、弹性回缩值、张拉设备、钢材品种和施工方法等因素，对采用夹片式锚具与穿心式千斤顶进行张拉的构件上的钢绞线，其下料长度L按下式计算：⑴一端张拉时L=L0+L1+L2+L3+L4⑵两端张拉时L=L0+2(L1+L2+L3)式中：L0——构件的孔道长度L1——张拉端锚垫板厚度L2——夹片式工作锚具厚度L3——张拉端外露预留长度L4——锚固端长度预应力筋的下料应在平整的场地上直线定出下料长度，并在下料场地两端设置固定标志，每端有专人负责；切断前应将预应力筋拉直；用砂轮切割机切断，不得用电弧切割。在预应力筋下料同时制作装配固定端，当固定端采用P型挤压锚时应采用专用设备对挤压套与锚垫板进行二次挤压以保证挤压套紧固在锚垫板上。对所下的预应力筋做好分区及类型编号，必要时在其两端做出同颜色的标志并标明长度，以便布束张拉时识别，再用放线盘分别盘成直径约为2.0m的圆盘。预应力筋运至施工现场后要分区、分类堆放。露天堆放时，需覆盖防雨布，并用垫木垫起，不与地面接触，防止锈蚀、死弯。在堆放期间严禁碰撞踩压。6.0.2预留管道埋设绑扎构件的普通钢筋时，可同时进行预应力筋管道埋设。采用金属波纹管时，可将金属波纹管按设计的曲线定位在非预应力钢筋笼中。具体的做法是根据矢高沿构件方向每隔约0.8m设置相应的马凳钢筋(根据具体工程情况马凳钢筋间隔可适当调整，保证设计曲线为宜)，马凳钢筋宜采用Φ10~Φ12 12钢筋，在马凳处用铁丝把波纹管与马凳钢筋绑紧，使波纹管形成曲线。如图6-1。金属波纹管连接采用比主管大一号的金属波纹管作为连接管，连接管长约200~300mm。在连接管的两端缠上塑料胶带以防漏浆，预埋管道要求曲线流畅，水平顺直。框架梁中预留孔道在竖直方向的净间距不应小于孔道外径；水平方向的净间距不应小于1.5倍孔道外径；从孔壁算起的混凝土保护层厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm。图6-1马凳位置示意图6.0.3预应力筋穿束根据工程的具体情况可采用逐根穿束或集束穿束。逐根穿束是将预埋管道内的预应力筋逐根穿入；集束穿束是将管道内所需的预应力筋先绑扎成束后一次性穿入预埋管道内。集束穿束前宜将预应力筋端部用胶布包扎以减小摩擦力并防止穿破波纹管。人工穿束确有困难，可采用牵引机协助穿束。6.0.4端部预埋安装1固定端端部预埋安装固定端采用P型挤压锚时，在保证固定端锚垫板、挤压套筒不外露的前提下，按设计要求的高度固定好预埋件并焊好网片筋或螺旋筋；当采用H型压花锚时也应保证其不外露，同时按设计要求固定好压花端位置。电焊时应注意避免焊条碰到裸露的预应力束。12 2张拉端端部预埋安装张拉端部有外凸和内凹两种形式。张拉端部预埋位置应符合设计要求，预应力筋应与锚垫板保持垂直。采用外凸式张拉端部时，将锚垫板紧靠构件端部固定；采用内凹式张拉端部时，将锚垫板固定在离端部约90mm处，调整锚垫板周围的钢筋以保证张拉时千斤顶有足够的张拉空间，然后在承压板外安装穴模，按设计要求焊接好网片筋或螺旋筋。采用分段搭接张拉时，张拉端部的预埋安装在锚垫板等预埋件满足设计要求的情况下，预应力筋与锚垫板应保持垂直，保证张拉千斤顶有足够的张拉空间及张拉完后锚具不露出构件表面。6.0.5灌浆管埋设有粘结预应力的灌浆孔与排气孔（泌水孔）是可通用的。在预应力筋铺设完后进行灌浆管埋设，一般在预埋孔道曲线的高点处留设灌浆管，若是竖向构件，应由孔道底部开始沿高度方向分段埋设。灌浆管间距一般不宜大于12m，在一些较大跨度的构件中，可适当放宽，但管距应能保证灌浆顺畅。灌浆管的压板与金属波纹管应连接牢固，并用塑料胶带缠紧密封以防漏浆。灌浆管高出构件砼表面200~300mm处弯折。为防止灌浆管在浇捣混凝土时脱落，可在灌浆管中插入钢筋，将灌浆管与构件的面筋绑紧，同时避免将灌浆管留在构件模板内。6.0.6混凝土浇捣为确保工程质量，混凝土浇捣前，应由建设单位会同监理单位、施工单位及设计单位等对预应力工程进行隐蔽工程验收，主要内容包括：　　⑴原材料是否验收合格；⑵有粘结预应力筋的数量、规格、控制尺寸是否按照图纸要求；⑶波纹管有无破损，接头是否牢固可靠；⑷灌浆管及端部的预埋处理是否恰当等；12 验收合格后，方可浇筑混凝土。混凝土浇筑时应避免踏压撞碰波纹管、预应力筋、马凳、灌浆管以及端部预埋件，混凝土浇捣完毕后，构件侧模宜在预应力张拉前拆除，底模支撑拆除应符合设计要求；当设计无具体要求时张拉前不可拆除底模；侧模拆除后，若发现张拉端或固定端部混凝土有外观质量缺陷，应在张拉前进行处理，待处理后的混凝土达到要求的强度后方可进行张拉。6.0.7预应力筋张拉混凝土强度达到设计要求后可进行张拉。设计文件无具体要求时，混凝土强度不应低于设计强度值的75%。张拉控制应力按设计文件要求，且不应大于钢绞线强度标准值的75%。预应力构件的张拉顺序，应根据结构受力特点、施工方便、操作安全等因素确定，一般分楼层、分部位、分段张拉。各楼层部位应遵循对称、均匀原则。预应力筋的张拉方法应根据设计和施工计算要求，确定采取一端张拉或两端张拉。采用两端张拉时，宜两端同时张拉，也可一端先张拉，另一端补张拉。同一束预应力筋，应采用相应吨位的千斤顶整束张拉，直线形或扁管内平行排放的预应力筋，当各根预应力筋不受叠压时可采用小型千斤顶逐根张拉。特殊预应力构件或预应力筋，应根据要求采取专门的张拉工艺。如分段张拉、分批张拉、分级张拉、分期张拉、变角张拉等。张拉工艺如下：工作锚具安装→千斤顶安装→千斤顶进油张拉→伸长值校核→持荷顶压→卸荷锚固→记录预应力张拉施工中，质量控制以应力控制为主，测量张拉伸长值作校核。预应力筋张拉理论计算伸长值：ΔL=式中：NP——预应力筋的平均张拉力，取张拉端拉力扣除孔道摩擦损失后的拉力平均值；LT——预应力筋实际长度AP——预应力筋截面面积12 Es——预应力筋实测弹性模量由多段弯曲线段组成的曲线束，应分段计算，然后叠加，结果较准确。预应力筋张拉伸长值的量测，在建立预应力后进行，其实际伸长值：ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔLC式中：ΔL1——从初应力至最大张拉力之间实测伸长值；ΔL2——初应力以下的推算值，可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系推算确定；ΔLC——施加预应力时，后张法预应力构件的弹性压缩值和固定端锚具楔紧引起的预应力筋内缩值，初应力宜为0.10～0.15σcon。张拉预应力筋的理论伸长值与实际伸长值的允许偏差值控制在±6%以内，如超出范围，应查明原因并采取措施予以调整，方可继续张拉。设计无具体要求时，一次张拉端锚固程序可采用：0→10%σcon→105%σcon（持荷2min）→σcon→锚固或0→10%σcon→103%σcon→锚固6.0.8后张有粘结预应力孔道灌浆灌浆前先打通灌浆孔，用清水清洗孔道，直到张拉端部出水较大，各处均畅通时，方可安排灌浆。灌浆用水泥浆的水泥宜用不低于32.5等级的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比不应大于0.45，拌制后3h泌水率不宜大于2%，且不应大于3%。泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收。水泥浆宜掺入外加剂，外加剂应不含氯盐且对预应力筋无腐蚀作用。水泥浆要严格按配合比配料，搅拌时间应保证水泥浆混合均匀，一般需2-3min。灌浆过程中，水泥浆搅拌应不间断，水泥浆用筛网过滤，以免灌浆时堵管。灌浆时将灌浆机出浆口与灌浆管相接，并确认连接处紧密后，开动灌浆泵加压灌入水泥浆，从近至远逐个检查出浆孔，各出浆孔出浓浆后逐一封闭，待最后一个出浆孔出浓浆后，封闭该出浆孔，继续加压至0.5-0.7MPa，保持1～2min，封闭进浆阀门，待水泥浆凝固后，再拆卸连接接头，并及时清理现场浮浆及杂物，如发现管内有空隙应仔细补浆。12 构件的底模支撑在无具体设计要求时，应在预应力筋张拉及灌浆浆体强度达到15MPa后拆除。6.0.9预应力端部封锚张拉、灌浆后，用砂轮切割机切掉张拉端多余的预应力筋，预应力筋的外露长度不宜小于其直径的1.5倍，且不宜小于30mm，用环氧树脂涂封锚具及外露预应力筋，封闭前应将锚具周围的混凝土凿毛、冲洗干净，凸出式的锚头宜配置钢筋网片，用微膨胀细石混凝土进行封闭。7质量要求7.0.1质量要求除符合《混凝土结构设计规范》GB50010-2002及《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-2002等有关规定及设计文件要求外，尚应符合下列规定：1预应力混凝土用钢丝、钢绞线应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢丝》GB/T5223-1995、《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003的规定。2预应力锚具与连接器应符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000和《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002的规定。3预应力混凝土用螺旋管应符合《预应力混凝土用金属螺旋管》JG/T3013-1994的规定。7.0.2质量控制措施1根据设计文件要求编制详细的施工方案，严格按技术要求进行施工，每道工序合格后，方可进行下道工序作业。2所有原材料按规范要求进行外观检查和性能检验。3预埋孔道、预埋件、编束、铺束的质量应专人检查，严格控制其尺寸及偏差。4加强张拉过程质量控制，严格遵守张拉设备的配套校验制度和灌浆质量保证措施。5认真做好施工记录。12 6施工中出现的质量问题应及时处理。①预应力筋张拉过程中出现断裂或滑脱，其数量应不超过同一截面上预应力筋总根数的3%，且每束钢丝不超过一根，对多跨连续双向板和密肋梁，同一截面应按开间计算，同时应及时进行处理，先退锚，然后根据断丝或滑脱的预应力筋情况，换上可靠锚具，断丝的预应力筋可加假丝协助工具锚夹持，相应降低张拉力，重新张拉。②张拉过程中出现塌孔或张拉后发现构件张拉端部出现有害裂缝，应及时退锚，对塌孔或开裂的混凝土进行补强处理，待处理后的混凝土强度达到要求时，重新张拉。③张拉过程中，因混凝土浇捣时孔道漏浆造成张拉异常时，应及时凿开构件清除漏浆部分，修补完整后，重新张拉。④灌浆过程中，发生孔道阻塞、串孔或中断灌浆时，应及时冲洗孔道或采取其它措施重新灌浆。8劳动组织有粘结预应力筋的下料及组装工作应由专业班组负责，每个下料班组由5-7人组成。有粘结预应力筋的孔道预埋、穿筋、定位由专业铺束班组配合普通钢筋施工班组进行施工作业，根据工作量及工作面大小决定专业铺束班组数，每个专业铺束班组一般由10-15人组成。预应力筋的张拉施工，一般每套张拉设备配置3-5人，有粘结预应力筋的灌浆一般每套灌浆设备配置8-12人。9安全及环保措施预应力施工操作人员在用电及机械使用时除应遵守《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ80-91及《建筑机械使用安全技术规程》JG533-2001的有关安全规定外，尚应遵循以下安全措施：1张拉预应力筋时其周围及两端应有完善的防护措施，并设置明显的警示标志，非作业人员不得进入作业区域；2用砂轮切割机切割预应力筋及波纹管时，作业人员应配戴防护眼镜；12 3施工人员在张拉与测量时应在千斤顶两侧操作，严禁在千斤顶后操作与站立；4灌浆时应穿防护服并戴上防护镜，灌浆的机械接口应拧紧到位，不得在孔道口喷射方向观察出浆情况；5配制封锚用防腐材料时应防止乙二胺等化学物质溅到皮肤，一旦乙二胺等溅到皮肤上，应立即用清水冲洗。10效益分析10.0.1有粘结预应力技术的应用使建筑实现大跨度、大柱网的结构形式，增加建筑平面使用的灵活性和使用面积，改善建筑物的使用功能。10.0.2有粘结预应力技术的应用能有效减小混凝土构件的截面尺寸，减小层高，降低能耗，减轻建筑物重量，节省工程造价。10.0.3有粘结预应力技术的应用能节约建筑材料（包括钢筋、混凝土、模板等），减少用工量。10.0.4楼板中采用有粘结预应力技术比采用无粘结预应力技术有更良好的结构性能，可节约预应力筋、普通钢筋及约占预应力造价5%~10%的锚具和承压板，取得更好的经济效益。10.0.5与普通钢筋混凝土结构相比，因减少模板、钢筋和混凝土的用量，且有粘结预应力的埋管、穿筋可与普通钢筋铺设同时进行，张拉、灌浆不占主工期，采用有粘结预应力技术不会增加施工工期。11工程应用实例目前，我省采用现浇混凝土后张法有粘结预应力施工工法的工程其总建筑面积超过百万平方米（部分工程见附表）。福州名城港湾酒店，框架主梁及转换梁跨度达20m，采用有粘结预应力混凝土结构，预应力筋采用φ15.24、1860级低松弛钢绞线，波纹管采用φ55、φ65圆形金属管，固定端采用P型挤压锚，张拉端采用外凸式，张拉工艺为群锚集束张拉。福州东方水都，大面积地下室顶板采用有粘结预应力无梁楼板，长向达103m不设缝，预应力筋采用φ15.24、1860级低松弛钢绞线，波纹管采用φ12 50扁形波纹管，固定端采用H型压花锚，张拉端采用内凹式，张拉工艺为群锚单束对称张拉。附表采用后张有粘结预应力工法的部分工程序号工程名称采用预应力部分(m2)预应力工程特点1福州望龙台公园5000有粘结预应力悬挑梁，长11.2m2福州大利嘉城11000有粘结预应力框架梁，跨度12m～14m3福州市重竞技馆5000有粘结预应力框架梁，跨度30m，有粘结预应力柱4福州市旗山万佛寺大殿10000有粘结预应力框架梁，跨度28m5金山文体中心一期、二期25000有粘结预应力框架梁，跨度15m、16.2m、22.2m6红霞新城商场10000有粘结预应力框架扁梁，跨度8m7福州汇和科技有限公司厂房25000双向有粘结框架预应力梁，柱网10m×15m8福州金汇豪庭地下室顶板7000大面积地下室顶板，长150m不设伸缩缝，柱网6.5m×7.8m9福州君临天华地下室顶板62000大面积地下室顶板，长420m不设缝，柱网(6.5～8)m×(7～8)m（执笔人：甘为民林明生官江腾）12'