44 后张法施工

《土木工程施工》讲义：第27、28讲：4.4后张法施工一、后张法施工工艺流程：后张法施工分为有粘结后张法施工和无粘结预应力结构施工。有粘结后张法施工：先浇筑好混凝土构件，并在构件中预留孔道；待混凝土强度达到设计规定的数值后，在孔道内穿入预应力筋进行张拉并加以锚固，最后进行孔道灌浆。张拉力由锚具传给混凝土构件，并使之产生预压应力。有粘结后张法施工顺序简图如图4-18所示。图4-18有粘结后张法施工顺序简图1-混凝土构件；2-预留孔道；3-预应力筋；4-张拉千斤顶；5-锚具后张法施工不需要台座设备，大型构件可分块制作，运到现场进行拼装，利用预应力筋连成整体。施工灵活性较大，适用于现场预制或工厂预制块体现场拼装的大中型预应力构件、特种结构和构筑物等。但施工工序较多，且锚具不能重复使用，耗钢量比先张法大。二、后张法张拉设备后张法的张拉设备主要包括锚具和张拉千斤顶。1.锚具锚具是后张法结构或构件中保持预应力筋的张拉力，并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置；是结构或构件的重要组成部分，是保证预应力值和结构安全的关键，故应尺寸准确，有足够的强度和刚度，工作可靠，构造简单，施工方便，预应力损失小，成本低廉。锚具按其锚固方式不同可分为支承式锚具、锥塞式锚具、夹片式锚具和握裹式锚具。（1）支承式锚具1）螺母锚具。螺母锚具由螺丝端杆、螺母及垫板组成（图4-19），适用于锚固直径18～36mm的冷拉HRB335、HRB400级钢筋。此锚具也可作先张法夹具使用。（a）螺母锚具；（b）螺丝端杆；（c）螺母；(d)垫板图4-19螺母锚具2）镦头锚具。用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型。镦头锚具也适用于锚固多根钢丝束。钢丝束镦头锚具分为A型和B型。A型由锚环和螺母组成，可用于张拉；B型为锚板，用于固定端。钢丝束镦头锚具构造如图4-20所示。（a）张拉端锚具（A型）（b）固定端锚具（B型）图4-20钢丝束镦头锚具1-锚环；2-螺母；3-锚板；4-钢丝束3）精轧螺纹钢筋锚具。精轧螺纹钢筋锚具由垫板和螺母组成，是一种利用与该钢筋螺纹匹配的特制螺母锚固的支承式锚具。适用于锚固直径25～32mm的高强度精轧螺纹钢筋。（a）锥面螺母与垫板（b）平面螺母与垫板图4-21精轧螺纹钢筋锚具（2）锥塞式锚具1）锥形描具。锥形锚具由钢质锚环和锚塞组成（图4-22），用于锚固钢丝束。锚环内孔的锥度应与锚塞的锥度一致。锚塞上刻有细齿槽，可夹紧钢丝防止滑动。图4-22锥形锚具1-锚环；2-锚塞2）锥形螺杆锚具。锥形螺杆锚具用于锚固14～28根直径5mm的钢丝束。它由锥形螺杆、套筒、螺母等组成（图4-23）。图4-23锥形螺杆锚具1-套筒；2-锥形螺杆；3-垫板；4-螺母；5-钢丝束（3）夹片式锚具1）单孔夹片锚具。单孔夹片锚具由锚环与夹片组成。夹片的种类很多，按片数可分为三片式与二片式；按开缝形式可分为直开缝与斜开缝（图4-24）。2）多孔夹片锚具。多孔夹片锚具又称预应力钢筋束锚具，是在一块多孔锚板上，利用每个锥形孔装一副夹片夹持一根钢筋或钢绞线的一种楔紧式锚具。这种锚具在现代预应力混凝土工程中广泛应用，主要的产品有：XM型、QM型、QVM型、BS型等。图4-24单孔夹片锚具1-钢绞线；2-锚环；3-夹片图4-25XM型锚具图4-26QM型锚具及配件1-锚板；2-夹片；3-钢绞线；4-喇叭形铸铁垫板；5-弹簧圈；6-预留孔道的螺旋管；7-灌浆孔图4-27BS型锚具（4）握裹式锚具钢绞线束固定端的锚具除了可以采用与张拉端相同的锚具外，还可选用握裹式锚具。握裹式锚具有挤压锚具和压花锚具两类。1）挤压锚具。挤压锚具是利用液压压头机将套筒挤紧在钢绞线端头上的一种锚具（图4-28）。套筒内衬有硬钢丝螺旋圈，在挤压后硬钢丝全部脆断，一半嵌入外钢套，一半压入钢绞线，从而增加钢套筒与钢绞线之间的摩阻力。锚具下设有钢垫板与螺旋筋。这种锚具适用于构件端部的设计应力较大或端部尺寸受到限制的情况。图4-28挤压锚具的构造图4-29压花锚具1-波纹管；2-螺旋筋；3-钢绞线；4-钢垫板；5-挤压锚具2）压花锚具。压花锚具是利用液压压花机将钢绞线端头压成梨形散花状的一种锚具（图4-29）。梨形头的尺寸对于φ15钢绞线不小于φ95mm×150mm。多根钢绞线梨形头应分排埋置在混凝土内。为提高压花锚四周混凝土及散花头根部混凝土抗裂强度，在散花头的头部配置构造筋，在散花头的根部配置螺旋筋，压花锚距构件截面边缘不小于30cm。第一排压花锚的锚固长度，对φ15钢绞线不小于95cm，每排相隔至少30cm。多根钢绞线压花锚具构造如图4-30所示。图4-30多根钢绞线压花锚具1-波纹管；2-螺旋筋；3-灌浆管；4-钢绞线；5-构造筋；6-压花锚具2.张拉千斤顶后张法张拉时所用的张拉千斤顶，与先张法基本相同。关键是在施工时应根据所用预应力筋的种类及其张拉锚固工艺情况，选用适合的张拉设备，以确保施工质量。在选用时，应特别注意以下三点：1）预应力的张拉力不得大于设备的额定张拉力。2）预应力筋的一次张拉伸长值，不得超过设备的最大张拉行程。3）当一次张拉不足时，可采取分级重复张拉的方法，但所用的锚具与夹具应适宜重复张拉的要求。三、后张法施工工艺：后张法的施工工艺主要包括：预留孔道、预应力筋制作、预应力筋的穿入敷设、预应力筋的张拉与锚固和孔道灌浆。1.预留孔道预留孔道方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法等，其基本要求是：孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺，接头不漏浆，端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线，灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。（1）钢管抽芯法钢管抽芯法适用于直线孔道。预先将钢管埋设在模板内的孔道位置，在混凝土浇筑和达到终凝之前，应间隔一定时间缓慢转动钢管，不使混凝土与钢管粘结，待混凝土初凝后、终凝前将钢管抽出。为了保证预留孔道的质量，施工时应注意以下几点：1）要求钢管平直、表面光滑，预埋前应除锈、刷油，安放位置准确。2）掌握好抽管时间。3）抽管顺序宜先上后下进行。由于孔道灌浆需要，在浇筑混凝土时，应在设计规定位置留设灌浆孔。一般情况下在构件两端和中间，每隔12m设置一个直径为20～25mm的灌浆孔，并在构件两端各设一个排气孔。（2）胶管抽芯法胶管有布胶管和钢丝网胶管两种。布胶管采用5～7层帆布夹层、壁厚6～7mm的普通橡皮管，可用于直线、曲线或折线孔道。胶管安放于设计位置后，用钢筋井字架固定，直线孔道井字架间距不宜大于0.5m，曲线孔道适当加密；在浇筑混凝土前,在胶管中以0.5～0.8N／mm2的压力充水或充气，管径增大约30mm，待浇筑的混凝土初凝后，放出压缩空气或压力水，管径缩小，混凝土脱离，随即抽出胶管形成孔道。钢丝网胶管质硬，具有一定的弹性，抽管时在拉力作用下断面缩小易于拔出。胶管抽芯与钢管抽芯相比，具有弹性好，便于弯曲，不需转动等优点，不仅可以留设直线孔道，而且可以留设曲线孔道。使用胶管留设孔道时,胶管必须具有良好的密封装置，抽管时间应比钢管略迟。（3）预埋管法预埋管法是采用黑铁皮管、薄钢管、镀锌钢管和金属螺旋管（波纹管）等预先埋设在构件中，混凝土浇筑后不再抽出。2.预应力筋制作（1）钢丝下料与编束消除应力钢丝放开后可直接下料，下料如发现钢丝表面有电接头或机械损伤，应随时剔除。采用镦头锚具时，钢丝的等长要求较严，同束钢丝下料长度的相对差值，不应大于L／5000，且不得大于5mm（L为钢丝下料长度）。编束可保证钢丝束两端钢丝的排列顺序一致，在穿束与张拉时不致紊乱。（2）钢绞线下料与编束为了防止在下料过程中钢绞线紊乱并弹出伤人，应将钢绞线盘卷在事先制作的铁笼内，从盘卷中央逐步抽出。钢绞线下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。钢绞线用20号铁丝绑扎编束，间距为1～1.5m。编束时应先将钢绞线理顺，使各根钢绞线松紧一致。如果钢绞线是单根穿入孔道，则不必编束。3.预应力筋的穿束（1）穿束顺序预应力筋穿入孔道，简称穿束。穿束可分为先穿束法和后穿束法两种。先穿束法：在浇筑混凝土之前穿束，此法按穿束与预埋螺旋管之间的配合，可分为以下三种：1）先穿束后装管。先将预应力筋穿入钢筋骨架内，后将螺旋管逐节从两端套入并连接。2）先装管后穿束。先将螺旋管安装就位，后将预应力筋穿入。3）二者组装放入。即在构件外侧的脚手架上将预应力筋与螺旋管组装后，从钢筋骨架顶部放入设计部位。后穿束法：在混凝土浇筑之后穿束，此种穿束方法不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿束后立即可以张拉，易于防锈，但穿束时比较费力。（2）穿束方法根据一次穿入数量，可分为整束穿和单束穿。对钢丝束一般应整束穿；对钢绞线优先采用整束穿也可用单根穿。穿束工作可由人工、卷扬机或穿束机进行。1）人工穿束。可利用起重设备将预应力筋吊起，工人站在脚手架上将其逐步穿入孔内。束的前端应扎紧并裹胶布，以便顺利通过孔道。对多波曲线束，宜采用特制的牵引头，工人在前头牵引，后头推送，用对讲机随时联系，保持前后两端同时用力。2）卷扬机穿束。主要用于超长束、特重束、多波曲线束等整束穿入。卷扬机的电动机功率为1.5～2.0kw，卷扬机速度宜为10m／min，束的前端应装有穿束网套或特别的牵引头。3）穿束机穿束。穿束机是一种专门用来穿束的设备，主要用于大型桥梁与构筑物单根钢绞线的穿入。4.预应力筋张拉预应力筋张拉时结构的混凝土强度应符合设计要求，当设计无具体要求时，不应低于设计强度等级的75％。在预应力筋张拉中，主要是解决好张拉控制应力、张拉方式、张拉顺序、张拉程序、张拉伸长值校核等问题。（1）张拉控制应力预应力钢筋的张拉控制应力值σcon的限值见表4-2。（2）张拉的方式。1）一端张拉方式。适用于长度≤30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度LF≥L／2（L为预应力筋长度）的曲线预应力筋。设计认可放宽以上限制的，也可将张拉端分别设置在构件的两端。2）两端张拉方式。适用于长度＞30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度LF＜L／2的曲线预应力筋。当张拉设备不足或由于张拉顺序安排关系，也可先在一端张拉完成后，再移到另一端张拉，补足张拉力后锚固。3）分批张拉方式。适用于配有多束预应力筋的构件或结构。在确定张拉力时，应考虑束间的弹性压缩损失影响，或将弹性压缩损失平均值统一增加到每根预应力筋的张拉力内。4）分段张拉方式。适用于多跨连续梁板的逐段张拉。在第一段混凝土浇筑与预应力筋张拉锚固后，第二段预应力筋利用锚头连接器接长。5）分阶段张拉方式。这是为了平衡各阶段的荷载所采取的分阶段逐步施加预应力的方式，具有应力、挠度与反拱容易控制、省材料等优点。6）补偿张拉方式。这是一种在早期预应力损失基本完成后，再进行张拉，以弥补损失，达到预期的预应力效果的方式，在水利工程与岩土锚杆中应用较多。（3）张拉顺序张拉顺序的安排，应满足使混凝土不产生超应力，构件不扭转与侧弯，结构不变形等要求，对称张拉是一项重要原则。同时，还应考虑到尽量减少张拉设备的移动次数。（4）张拉程序后张法预应力筋的张拉程序一般与先张法相同，应根据构件类型、张拉锚固体系、松弛损失取值等因素确定。（5）张拉伸长值校核对张拉伸长值进行校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩阻损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常现象等。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）的规定：如实际伸长值比计算伸长值偏差超过±于6％，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续张拉。预应力筋的伸长值△l（mm）可按下式计算。（4-3）预应力筋的实际伸长值，应在初应力为张拉控制应力的10%左右时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值；对后张法，还应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性模量。（6）张拉注意事项1）在预应力作业中应特别注意安全。在任何情况下，作业人员均不得站在预应力筋的两端操作，张拉千斤顶的后面应设防护装置。2）操作千斤顶和测量伸长值的人员，应站在千斤顶的侧面工作；在油泵开动的过程中，不得擅自离开岗位。3）确实做到千斤顶、孔道与锚环三对中，以使张拉工作顺利进行，使测得的数据准确，避免过大的孔道磨擦。4）采用锥锚千斤顶张拉钢丝束时，