后张法预应力施工技术分析及应用

2015-03-16邓开禄

建材与装饰 2015年47期

关键词：张法孔道波纹管

邓开禄

引言

在建筑工程中运用后张法施工技术，能够有效提升工程施工质量，由于该技术的使用不需要相应的台座设备，具有较大的灵活性，目前被广泛应用在大型预应力混凝土的施工过程中。

1 后张法预应力概述

1.1 后张法预应力

所谓后张法的施工技术，其施工方式是首先对水泥混凝土浇筑，确保其强度达到要求后，再进行预应力钢材张拉，进而形成预应力混凝土构件的施工方式。后张法预应力施工原理为先进行构件制作，根据预应力筋位置在构件内进行一定孔道位置的预留，确保构件混凝土强度符合设计规定后，将预应力筋穿入预留孔道进行张拉作业，同时通过锚具在构件端部锚固张拉后的预应力筋，根据构件端部锚具向混凝土传递预应力筋预张拉力，等到出现预压应力后，将水泥浆灌入孔道内，形成一个整体（预应力筋和混凝土构件组成）。有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土为后张法预应力的主要形式。

1.2 预应力技术的特点

预应力结构具备的主要特点包括以下几个方面：①结构构件挠度减小，提高了结构的耐久性；②构件的截面的高度减小，同时减轻结构自重；③很好的利用了高强度钢材的高强拉力；④具有非常好的裂缝封闭性能，同时对于活荷载卸荷后促进构件变形恢复的性能；⑤抗剪的承载力有所提升。

2 预应力混凝土后张法施工工艺要点

2.1 孔道预留

在实施孔道预留施工的过程中，对该工艺的基本要求为：保证孔道直径中预应力筋的顺利通过；按照孔道设计的位置以及尺寸等要求进行施工，在对混凝土进行浇筑时不能发生变形或位移；在设计的预留位置附近一定要留设出灌浆孔；在孔道曲线的波峰位置处设置出可排气也可排水的管道，在必要的情况下可以加设排水管，从而保证灌浆孔径中浆液的顺利流通。

2.2 空孔道预留方法

因孔道形状有曲线、直线以及折线三种，因而孔道预留的方法可以包括以下几种：

（1）钢管抽芯法。可将表面光滑且平直的钢管预埋在模板中预应力钢筋孔道的具体位置上，在实施浇筑后或是拔管之前，要每隔15min 左右的时间匀速且缓慢地转动钢管，等到混凝土发生初凝后，利用卷扬机匀速拔出钢管，就可在钢管构件中形成孔道。

（2）预埋管法。此种方法是利用钢筋井字架将薄钢管、金属螺旋管等，固定在预先设计好的位置上，并在混凝土构件中埋管成型的一种施工方式。同时此种施工方式也适用于曲线预应力筋的孔道埋设，然而在采用电热后张法的施工过程中，不宜采用金属管所埋设的管道。

（3）胶管抽芯法。在通常情况下，该方法是利用5～7 层帆布夹层，6～7mm 壁厚的橡胶管进行折线、曲线或是直线的孔道成型。具体的操作方法为：将胶管的一段完全封闭，并在另一端安装阀门，设置在孔道预先设计的位置附近，直到混凝土初凝后，将胶管一段的阀门进行放水降压处理，这时胶管发生回缩，就会和混凝土发生分离。其中抽出胶管的顺序通常为先曲后直、先上后下，如图1 所示。

图1 胶管抽出顺序示意图

2.3 预应力张拉

首先开始支架基础施工，然后支架搭设，接着底腹模板安装，再底腹板钢筋安装，然后波纹管安装、定位，接着进行混凝土浇注，再顶模安装，然后顶翼板钢筋安装，再上层混凝土浇注，然后养护，接着钢绞线编束、穿束，再预应力张拉，然后封锚，接着继续养护，然后进行模板支架拆除。

一般来说，其在施工中具有如下特点：桥型构件在建造时不因季节的变化而受到影响，上部和下部的施工可以同时进行，减少了施工时间，降低了工程的建设时间成本；节约施工材料的消耗；构件型式在各项尺寸长度上趋向于统一标准化，为规模化施工成为现实创造了条件。

3 后张法预应力技术在城建工程中应用实例分析

3.1 工程概况

某工程属于框剪结构，地下为1 层、地上为7 层。该建筑的总高度为29.45m，东西宽度、南北长度分别为72m、101.2m，总面积为37329.5m2。该工程后张法预应力技术主要应用于大跨度框架梁、雨篷梁与顶层柱子等位置。因工程属于大跨度混凝土构件，在温度作用下超长无缝混凝土结构极易出现应力现象，将造成结构开裂、裂损等问题，进而对结构正常使用情况造成严重的影响。

3.2 工程方案

针对这种情况可将粘结预应力筋合理配置到梁内，利用张拉预应力钢筋，把钢筋预拉应力进行混凝土压应力的转变，并对混凝土构件的抗裂能力、刚度进行有效提升。粘结预应力筋设置到连续梁内，不仅能够对钢筋混凝土构件性能进行有效改善，更能达到避免材料浪费、降低成本等作用。

3.3 施工准备

3.3.1 施工人员控制

工程质量控制必须“以人为核心”，以提高施工人员的技术素质为前提。根据工程项目的实际情况和质量控制、保证管理体系，建立各岗位责任制，严禁无证上岗。很多工程质量事故往往出现在人为施工失误上。为此，施工前应反复交底，尽量避免人为失误。

3.3.2 材料控制

预应力混凝土用的钢材种类有：甲级冷拔低碳钢丝、冷拉Ⅱ～Ⅲ级钢筋、碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋及精轧螺纹钢筋等。根据设计要求合理选择钢材种类和规格及锚具的型号，对选用材料必须具有出厂合格证、质量保证书及材质化验单，并依照规范要求进行抽样检查，严禁无证和不合格材料用于工程中。

3.3.3 张拉设备的选择和校正

后张法常用的张拉设备有拉杆式千斤顶、锥锚式千斤顶和YC-60 穿心式千斤顶以及供油用的高压油泵。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张拉设备。预应力筋的张拉力不应大于设备额定张拉力，预应力筋的一次张拉伸长值不应超过设备的最大张拉行程。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应重复张拉的要求。施加预应力用的机具设备及仪表，应由专人使用和管理，并应定期维护和校验。对高空张拉作业的工程，宜选用体积小、重量轻的千斤顶，以防安全事故的发生。

3.4 施工流程

3.4.1 施工前期

（1）由于框架梁存在较大自重，所以支底模过程要求顶撑下的地基、垫板具有平整性。因反拱产生于预应力梁张拉施工后，在支梁底模时，与一般混凝土框架梁相比，起拱值较小，通常情况下，起拱根据跨度0.5～1.0%施工。施工顺序则遵循“逐层浇筑、逐层张拉”原则，为达到工期缩短的目的，应不断提升周转模板的速度，支模时，将相邻2 根梁作为一组，先支每组内侧模板，随着螺旋管铺设，进行底板模板安装，并做好钢筋绑扎。张拉预应力前，必须将梁侧模与现浇板底模拆除，以减小预应力施加的影响。完成预应力筋张拉作业后，如水泥浆在孔道灌浆后强度符合1.5N/mm2时，可将梁底模与支撑拆除。

（2）按照预应力筋施工规定，定位架立筋应每隔1～1.5m 进行设置，选用10mm 钢筋点焊梁附加筋的方式作为定位架立筋，其高度为波纹管中心线与梁底高度距离减去波纹管半径，同时在架立筋上绑扎及固定波纹管。与管道直径相比，波纹管连接接头的管径应大一点，300mm 为接头管的最小长度，通过塑料胶带将接头位置外套管拧紧并封闭，以此防止浆液流漏现象的出现。预应力筋束形将对预应力的施工效果造成极大的影响，如降低结构件的承载力等。基于此，在波纹管铺设过程中，要求必须遵循设计规定进行定位，确保其各项指标符合施工要求，垂直误差一般在-10～+10mm 之间进行有效控制。

3.4.2 后张法预应力技术施工阶段

（1）选用砂轮锯对钢绞线进行切割。选取人工分束的方式在浇筑混凝土前穿入。在孔道内穿入钢绞线后，如利用电气焊施工，将降低预应力筋的强度。绑扎顶层柱子后，通过人工方式在绑扎屋面梁前将制作完成的钢绞线由柱底平顺地向波纹管内穿入，在设计规定的梁柱节点位置设置固定端挤压锚与承压板，在柱顶临时进行预应力筋固定，避免下移现象出现在预应力筋位置。

（2）固定套管位置后，应及时进行锚垫板与螺旋筋的安装。利用一般钢筋对端部锚垫板固定，避免移位现象出现在混凝土浇筑、振捣施工中。完成安装锚垫板施工后，必须加强垫板工作长度内外露钢绞线保护，并封闭预应力孔道、垫板灌浆孔。

（3）混凝土浇捣施工中，必须防止振动棒对金属套管造成强烈冲击。在浇筑张拉端、固定端钢筋集中位置混凝土，为避免漏振、空洞等情况的出现，必须对端部预埋件加以保护。在浇筑混凝土后，必须立即清理孔道，防止漏浆情况出现在张拉施工中。

（4）在混凝土强度符合施工规定后，预应力构件即可进行张拉作业。为避免因预应力束内各根钢绞线长度参差不齐，导致产生的张拉应力不同情况的出现，张拉钱应先预张拉各钢绞线。张拉预应力梁柱时，必须严格按照“对称”原则进行施工，张拉预应力筋时，可由预应力筋中间位置进行预应力筋张拉作业，确保张拉对称。

（5）完成预应力筋张拉作业后，可进行孔道灌浆施工，孔道冲洗工作可在灌浆前进行，以此确保孔道的湿润度及整洁性。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011），采用压浆材料进行灌浆施工，要求浆体材料强度符合设计规定，设计无具体规定时，应不低于30MPa。对于截面较大的孔道，浆体中可掺人适量的细砂。浆体中一般应掺入适量的减水剂、缓凝剂、引气剂和钢筋阻锈剂等外加剂，也可掺入粉煤灰、微膨胀剂，但不得加入铝粉或含有氯化物等有害成分的外加剂。浆体的技术条件应符合下列规定：①浆体的水胶比应低于本体混凝土，同时宜不大于0.4；②拌和后3h，浆体泌水率不宜大于2%，最终不超过3%，泌水应在24h 内重新全部被浆体吸收；③通过试验后，浆体掺人适量膨胀剂后，其自由膨胀率应小于10%。压浆时注意工孔道的最低点的压浆孔压入，由最高点排气孔排气和泌水。统一管道的压浆应当连续进行，一次完成。