民用建筑预应力混凝土工程新技术

彭辉贤

摘要：預应力混凝土就是在结构承受外荷载以前，在结构受拉区预先施加预压应力，从而抵消一部分或全部由于结构使用阶段外荷载产生的拉应力，推迟和限制构件裂缝的开展，充分利用钢筋的抗拉能力，提高结构的抗裂度、刚度和耐久性，以及取得较好的综合经济指标，本文主要从三个方面探讨预应力混凝土施工技术。

关键词：民用建筑;预应力;混凝土;施工技术

预应力混凝土按预应力度大小可分为全预应力混凝土和部分预应力混凝土。全预应力混凝土是指在全部使用荷载下，受拉边缘不允许出现压应力，它适用于要求混凝土不开裂的结构;部分预应力混凝土是指在全部使用荷载下，受拉边缘允许出现一定的拉应力或裂缝，由于其综合性能好、费用低，因而在实际工程中应用十分广泛，以下将探讨三种施工技术方法。

一、先张法施工技术

先张法施工是在浇筑混凝土前，用张拉机械先张拉预应力筋并锚固，然后进行普通钢筋的绑扎、支模板、浇筑混凝土，待混凝土养护达到规定强度后，放松预应力筋，借预应力筋弹性回缩，使混凝土与预应力之间产生粘结力，从而使钢筋混凝土构件受拉区的混凝土承受预压应力，为预应力混凝土台座先张法生产示意图，一般情况下，先张法施工适于生产中小型构件。

1.施工工艺

（1）台座准备

台座是先张法施工的主要设备之一，它随预应力筋传递全部的拉力。因此，台座应具有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构件形式分为墩式和槽式两类，具体选用时，根据张拉构件种类、吨位和施工条件而定。墩式台座长度以100 m为宜，张拉一次可生产多根预应力混凝土构件，减少了张拉力和临时固定的工作以及预应力筋滑移、横梁变形引起的预应力损失，墩式台座宽度一般为2～3 m，具体宽度视情况而定。

墩式台座台面是预应力混凝土构件成型的胎膜，要求表面光滑，无起灰、起砂、起毛、裂缝、起壳等现象。墩式台座台面平整度用2m直尺检查不大于2 mm，伸缩缝视情况而定，尽量符合模数，排水坡度一般为0.3%一0.5%为宜。

夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，要求夹具工作可靠、施工方便、成本低。根据施工特点，夹具一般分为张拉夹具和锚固夹具。张拉夹具是张拉预应力筋的机构，要求工作可靠，操作简单，能以稳定的速率加荷。

（2）预应力筋张拉

先张法预应力筋的张拉有单根和成组张拉两种。单根张拉力小，设备简单;多根张拉力大，设备、锚固要求应严格，张拉应力预应力筋张拉应力应按照表1的规定：

张拉程序为减少松弛而引起的应力损失，在施工过程中张拉应力值通常超过规范规定的控制应力，即超张拉。预应力钢丝超张拉应力为5%，由于钢筋应力损失在最初几分钟内可完成40%～50%，故常持荷2 min。预应力筋的张拉程序：0→105%控制应力或0→103%控制应力。

（3）预应力筋的检验：

①位置：张拉后锚固位置偏差不得大于5 mm和构件截面最短边长的4%。

②预应力：张拉后预应力的偏差不得大于或小于构件全部钢筋预应力值总和的5%。张拉顺序一般情况下，张拉多根钢筋时，为避免台座承受过大的偏心压力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。

（4）混凝土的浇筑和养护

钢筋张拉完毕，侧模安装好后，即浇筑混凝土，并且必须一次性浇筑完毕，不允许留设施工缝。构件应避免台面温度缝，若不能避开，必须在温度缝上铺设塑料薄膜或钢板等，混凝土强度不低于C30。混凝土配合比应采用低水灰比，并控制混凝土水泥用量和粒径级配。浇筑过程中，必须振捣密实，不得漏振，尤其是端部。对叠层混凝土构件，生产时，应待下层构件强度达到8～10 N/mm?后，再进行上层混凝土构件浇筑。混凝土的养护温度一般不得超过20℃，但若防止因温差引起的预应力损失，可按正常升温制度加热养护，不需二次升温。

混凝土养护

用台座法制作的预应力混凝土构件，一般采用自然养护，为了缩短混凝土的养护时间，加速台座的周转率，提高生产量，也可以采用蒸汽养护或加早强剂。

当采用钢模制作预应力混凝土构件，将钢筋直接锚固在钢模上，温度升高时，由于模板与钢筋有同样变形，因而不会引起应力损失，可以采用一般的加热养护制度。

（5）预应力筋放张

预应力筋的放松是预应力建立的过程，放松方法和顺序是否正确，直接影响构件的质量，因此，在放松之前应确定可靠的放松顺序和放松方法，采取相应的技术措施确保工程质量。

预应力筋的放松必须待混凝土达到设计规定的强度以后才可以进行。当设计无要求时，应不低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75%。采用氧气乙炔焰预热粗钢筋放松时，应在烘烤区轮换加热每根钢筋，使其同步升温。此时，钢筋内力徐徐下降，外形慢慢伸长，待钢筋出现缩颈。即可切断。此法应注意防止烧伤构件。

二、后张法施工技术与特点

后张法施工是在钢筋混凝土结构成型时，在规定的设计位置预留孔道，待混凝土结构达到设计强度后，将预应力筋穿人孔道中张拉;亦可先穿筋，然后用锚具将预应力筋锚固在构件上后进行孔道灌浆。

1.后张法的施工特点：

①后张法施工适用于大型预应力混凝土构件、大跨度构件。

②后张法施工不需要固定的台座设备，不受地点限制，广泛适用于现浇混凝土结构及道路、桥梁等的拼装作业。

③后张法施工工序多，工艺复杂，锚具永远留置在构件内，不能周转使用。

④后张法施工适用于单根粗钢筋、钢筋束、钢绞线等。

后张法施工由于直接在混凝土构件上进行张拉，故不需要固定的台座设备，不受地点限制，适用于在施工现场生产大型预应力混凝土构件，特别是大跨度构件。后张法施工工序较多，工艺复杂，锚具作为预应力筋的组成部分，将永远留置在预应力混凝土构件上，不能重复使用。

2.锚具的使用

在后张法中，锚具是建立预应力值和保证结构安全技术的关键，要求锚具的形状尺寸准确，有足够的强度和刚度，受拉后变形小，锚固可靠，不致产生预应力筋的滑移和断裂现象。此外，还应力求取材容易，加工简单，成本低廉，使用方便。锚具或其附件上宜设置灌浆孔道，灌浆孔道应有使浆液通畅的截面积。

后张法所用锚具根据其锚固原理和构造形式不同，可分为螺杆锚具、夹片锚具、锥销式锚具和镦头锚具四种体系;在预应力筋张拉过程中，按锚具所在位置与作用不同，又可分为张拉端锚具和固定端锚具;预应力筋的种类有热处理钢筋束、消除应力钢筋束或钢绞线束、钢丝束。因此按锚具的锚固钢筋或钢丝的数量，可分为单根粗钢筋锚具、钢筋束和钢铰束锚具、钢质锥形锚具等。

3.预应力筋的制作与安装

预应力粗钢筋的制作一般包括配料、对焊、冷拉等工作。预应力筋的下料长度由计算确定，计算时应考虑锚具的特点，对焊接头的压缩量，钢筋的冷拉率、弹性回缩率、张拉伸长值和构件长度等影响。预应力钢筋束在冷拉后进行，为了减少钢铰线的结构变形和应力松弛的损失，在下料前需经预拉。钢丝束的制作比较复杂，随锚具形式不同，制作方法也有差异，但一般需经过调直、下料、编束和安装锚具等工序。钢丝束、粗钢筋、钢筋束的安装按照图纸下料要求进行穿筋。穿筋过程中，注意清孔及孔的通畅，并注意调整两端留出的长短，要保证张拉时锚具的工作长度。

4.预应力筋的张拉

①张拉时对混凝土构件强度的要求：后张法施工进行预应力筋张拉时，要求混凝土强度应符合设计要求或不得低于设计强度的75%。

②张拉顺序和制度：根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010--2002）确定张拉控制应力。对多根预应力筋应分批、对称进行张拉。分批张拉时，由于后批张拉混凝土易产生弹性压缩，从而引起前批张拉预应力筋的应力降低，因此应增加前批预应力筋的应力。对称张拉是为了避免张拉构件截面呈现过大偏心受压状态。对平卧叠浇的预应力混凝土构件应自上而下逐层张拉。为减少上、下层之间的摩阻力引起的预应力损失，可逐层加大张拉力，但底层构件张拉力不应超过顶层的预应力筋的张拉力。

5.孔道灌浆

预应力筋张拉完毕，孔道应尽快灌浆，以防止预应力筋锈蚀，增加结构的整体性和耐久性。灌浆采用纯水泥浆或水泥砂浆，水泥强度等级不低于32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥。由于纯水泥浆收缩性较大，为增加灌浆的密实性和纯水泥浆的流动性，可加入适量的微胀剂或其他对预应力筋无腐蚀作用的外加剂。灌浆顺序应先下后上，以避免上层孔道漏浆阻塞下层孔道，灌浆要求缓慢均匀地进行，一次完成，不得中断。

三、無粘结预应力混凝土的后张法施工工艺

无粘结预应力混凝土是预应力筋体系中一个分支体系，也是一项后张法新工艺。其工艺原理是利用无粘结钢筋与周围混凝土不粘结的特性，把预先组装好的无粘结预应力筋（简称无粘结筋）在浇筑混凝土之前与非预应力筋一起按设计要求铺放在模板内，然后浇筑混凝土。待混凝土强度达到设计强度的75%后，利用无粘结预应力筋在结构可做纵向滑动的特性，进行张拉锚固，借助两端锚具，达到对结构产生预应力的效果，其工艺流程如图2所示：

图2：无粘结预应力混凝土的后张法施工工艺流程图

而无粘结预应力的施工工艺有以下几种：

1.无粘结预应力筋铺设

在单向连续板中与非预应力筋铺设基本相同，在双向连续板中，应事先编出铺设顺序，先铺设搭接点标高较低部分的无粘结筋，后铺设标高较高部分的无粘结筋。

2.无粘结预应力筋就位固定

无粘结预应力筋应严格按设计要求的曲线形状就位并固定牢靠。在连续梁的支座处，用垫铁马凳（间距1～2m）将无粘结曲线筋架立起来，并用铁丝与无粘结筋绑扎或用铁丝将曲线筋吊在上部的非预应力筋骨架上;跨中部位用混凝土垫块控制标高，位置正确后用铁丝固定在非预应力的钢筋骨架上，间距0.7—1.0 m，并与箍筋扎牢。在双向连续板中，无粘结曲线筋标高可采用铁马凳（A形钢筋架、间距1.25—2.0 m）垫好扎牢;在支座部位，无粘结筋可直接绑扎在梁或墙的頂部钢筋上;在跨中部位，无粘结筋可直接绑扎在板的底部钢筋上。

3.无粘结预应力筋张拉端固定

张拉端模板应按施工图中规定的无粘结筋的位置钻孔，张拉端的承压板采用钉子固定在端模板上或用点焊固定在钢筋上。无粘结曲线筋或折线末端的切线应与承压板相垂直，曲线端的起始点至张拉锚固点应有不小于300 mm的进线段。当张拉端采用凹人工作法时，可采用塑料穴模或泡沫穴模、木块等形成凹口。浇筑混凝土时，严禁踏压撞碰无粘结预应力筋、支撑钢筋及端部预埋件，张拉端与固定端混凝土必须振捣密实。

4.无粘结预应力筋张拉与锚固

①无粘结预应力混凝土楼盖结构的张拉顺序，宜失张拉楼板，后张拉楼面梁;

②无粘结曲线筋的长度超过25 m时，宜采取两端张拉;当筋长超过60 m时，应采取两端张拉。如遇到摩擦损失较大，则宜先松动一次再张拉;

③无粘结预应力筋张拉伸长值校核与有粘结预应力筋相同。对超长无粘结预应力筋由于张拉时阻力大，应力作用下的伸长值比常规推算伸长值小，应通过试验修正。

5.无粘结预应力筋端部处理

①张拉端处理按所采用的无粘结筋与锚具不同而异。在双向连续板中，

采用钢丝束镦头锚具时，其张拉端头处理如图5（a），（b）所示;其中塑料套筒供钢丝束张拉时，锚环从混凝土中拉出来用，塑料套筒内空隙用油枪通过锚环的注油孔注满防腐油，最后用钢筋混凝土圈梁将板端外露锚具封闭。采用无粘结钢绞线夹片锚具时，张拉后端头钢绞线预留长度应不小于15 cm，多余部分割掉，并将钢绞线散开打弯，埋在圈梁内进行锚固。

四、结束语

总而言之，预应力混凝土施工中，只有熟练掌握先张法施工技术、后张法技术与无粘结预应力筋施工工艺，才能提高施工质量与水平。

参考文献：

[1]王洪健等主编，《建筑施工技术》，黑龙江科学技术出版社，2000 年

[2]彭勍，浅析土方工程施工要点，[J]今日科苑，2009-11-08