后张法预应力梁在民用建筑工程中的应用郭凯

后张法预应力梁在民用建筑工程中的应用郭凯

郭凯

上海中建申拓投资发展有限公司

摘要：随着我国社会的不断进度，建筑行业也在蓬勃发展。而在这个过程中，预应力技术也被广泛的应用在各大建筑行业建设中。本文主要探索后张法预应力施工的环节及施工中注意的事项、保证措施。

关键词：建筑工程；预应力框架梁；后张法；预应力筋张拉；孔道灌浆

前言

预应力混凝土结构的工作原理是在混凝土结构中合理的布置预应力钢筋，并在混凝土强度达到一定要求时张拉预应力钢筋，从而产生与外荷载效应相反的等效荷载，该等效荷载可以抵消部分或全部外荷载时，使结构受到的实际剩余荷载明显减少。从而可以实现：1、当梁板跨度和所受外荷载相同时，截面尺寸明显减少；2、截面尺寸和所受外荷载相同时，结构跨度明显增大的目的。

预应力混凝土结构的特点：

1、抗压性：在预应力混凝土的构件使用过程中，如果外力荷载达到相应的标准规范，那么这个构件就不会出现开缝的现象。然而混凝土的刚度还没有达到承受的最大状态，所以构件的抗压性得到一定的提升。

2、抗裂能力：预应力混凝土的构件在受外力荷载作用之前，它的受拉区已经存在预压应力，所以一旦混凝土的结构产生预应力状态下无法将预应力拿来进行抵消或者减弱外荷载导致的拉应力时，就会使得构件裂开。可是因为一般的钢筋混凝土外力荷载的抗拉力是由抗压力来决定的，因此就没有所谓的预应力存在，所以它的抗裂强度非常的弱。

3、预应力混凝土组成的构件有着防渗透和防腐蚀的能力，并且因为自身的重量轻便，跨越度大，所以被广泛地应用在各种各样的建筑构件中。

一、工程概况

中海江苏造船基地综合楼——报告厅工程，位于江苏省江都沿江开发区迎舟路1号，单层框架钢筋混凝土结构，建筑面积885m2，纵向跨度为18m，结构梁采用预应力后张法施工。

二、预应力梁钢筋的步设

预应力筋是预应力分项工程中最要的原材料之一，预应力筋在进场时，就要求厂家提供产品合格证外，还要提供反映预应力筋主要性能的出厂检验报告。此外，材料进场后可以根据进场的批次和产品的抽样检验方案确定检验批，确认合格后方能使用。本结构框架预应力梁采用4根无粘结预应力筋，预应力梁跨度为18m，预应力筋均呈曲线布置，实行一端固定，一端张拉的方法。

三、张拉端布置形式

从波纹管端套入锚垫板，并将其稳固焊在柱筋上，固定端锚具必须伸入锚固构件厚度的一半以上。张拉端与固定端锚垫板均须与预应力筋保持垂直，并用短钢筋与非预应力筋电焊固定，锚垫板后螺旋筋紧贴垫板并与垫板和非预应力钢筋固定。结合本工程的实际情况，采取内埋式安装埋件，埋设深度距埋件表面不得小于120mm，垫板前用泡沫塑料填充成孔。如右图所示：

四、预应力施工技术要点

4.1施工准备

本工程预应力筋采用1X10-15.20-1860预应力钢绞线，预应力张拉端锚具采用15-X夹片式锚固系统，预应力筋孔道采用金属波纹管，规格为Ф=100mm。

4.2施工方法

根据本工程预应力施工的技术参数，在加工厂内专用场地用砂轮切割机进行材料断料，钢绞线断料时不得使用气割或电焊切割。

4.2.1预应力筋下料、制作固定端锚具

预应力筋切割成工程所需长度。下料完毕后，即制作固定端锚具，加工好后运到工地现场。钢绞线的下料长度等于钢绞线在结构内的长度、张拉端预留长度及下料误差三者之和。下好料的成品钢绞线不能有死弯及磨伤；下好料的钢绞线应按长度分类堆放；预应力筋下料完毕，及时检查其规格尺寸和数量。

4.2.2预应力框架梁的施工方法

1）铺设底板、绑扎骨架钢筋

在绑扎完成预应力梁上下排非预应力主筋和箍筋后，就可以预应力筋的铺设。现场梁、板模板可以同时进行铺设，但梁侧模、张拉端及固定端模板应预留，待张拉端预应力筋和端部节点完成后再进行铺设。

为了满足预应力筋的设计失高要求，对于交叉梁非预应力钢筋的高度在制作、铺放应进行复核，确定交叉梁钢筋的绑扎顺序，若非预应力钢筋与预应力钢筋发生矛盾时，应以非预应力钢筋避让预应力钢筋为主。同时，应及时提出避让或变更方案，报送监理及设计单位审批。

2）确定孔道高度，电焊支架钢筋

施工时，首先可以在绑扎完成的箍筋（垫块完成后）上确定孔道跨中高度和反弯点高度，必须注意的是设计图中的预应力钢筋曲线是以孔道中心为标注的，因此在确定支架钢筋的高度时应当已波纹管底部外经为基线。本工程中采用的波纹管为d=100mm，因此扣除波纹管底部外经50mm，支架钢筋采用Ф=10mm钢筋焊接固定在非预应力筋或箍筋上，间距不大于1000mm，竖向位置误差在±10mm以内。

3）波纹管铺放

铺管使用的金属波纹管必须经过检验合格，如发现脱扣现象应用胶带修补或截断。

普通钢筋绑扎成型及固定支架焊好后，就可进行铺管，铺管时先将固定端锚垫板安装就位，从张拉端处逐步套入波纹管。波纹管的连接采用同一形式大一号的管，长400mm，每边旋入150mm，对接后用胶带密封（如下图）。

波纹管与固定端钢绞线连接用棉丝封堵，再用胶带密封。整段波纹管在梁内应顺直，不得有明显弯折，水平允许偏差10mm。

波纹管与支架钢筋间应绑扎牢固。

波纹管接头安装示意图

4）预应力筋穿束

梁普通钢筋绑扎完毕并焊接完固定架后，先铺放波纹管，然后将预应力筋穿入管内，全部铺完后将波纹管绑扎在固定架上。预应力筋穿束采用人工单根穿束法，穿束前先将钢绞线端部安上锥形引帽，然后从固定端垫板穿至张拉端，预应力筋的端部采用胶带或其他软布包缠好，以减少穿束过程中预应力筋对波纹管造成的破损现象发生。固定垫板和螺旋筋可以在穿束前先固定，也可以在穿束后固定。要注意穿束受阻力不能硬顶，以防止把波纹管顶破，同时不得回抽钢绞线，应将钢绞线旋转数周后继续穿束，必要时应检查波纹管是否通畅，否则应将其扶顺。

预应力筋工作长度不得小于800mm。

在穿束完成后应及时对孔道进行绑扎、固定，并对波纹管检查，发现破损情况应立即采用防水胶带包缠。

5）灌浆（泌水）孔的设置

设置原则：一般在靠近波纹管的波峰处设置灌浆（泌水）孔，水平间距不大于20m。具体做法：泌水管安装时在波纹管上开一φ25的小孔，上覆盖一层海绵垫片和特制塑料弧形压板，并用铁丝与波纹管绑扎牢固，再在压板嘴上接φ25的塑料管伸出梁顶面500mm以上，见下图。为防止浇捣时压扁可以穿入一短钢筋在塑料管内，在混凝土浇筑完成后及时拔掉并用胶带包住管口，防止石子等杂物进入管内堵塞孔道。

泌水管道安装示意图

由于本工程为一端张拉的预应力筋，故必须在固定端处设置一泌水孔。

泌水管道布置示意图

6）张拉端部垫板的安装

波纹管位置固定好并穿束完成后，可以安装锚垫板及螺旋筋，端部模板必须与端部锚垫板对拉螺栓固定，同时应采取用非预应力钢筋加以固定，以防止在浇捣混凝土时发生偏位等情况。端部锚垫板、螺旋筋由于处于支座钢筋较密处安装比较困难，为了保证其位置的准确，安装时必须保证垫板与孔道切线相垂直。

由于穿束在浇筑混凝土前进行，因此在锚垫板安装完成后，应对垫板外工作长度内的外露钢绞线进行保护，同时对预应力孔道和垫板上的灌浆孔进行封闭，防止其他物质对其损害。

7）铺设质量的检验

在铺管、钢绞线的穿束、张拉端部锚垫板的安装等工作全部完成后，应由专业人员对波纹管的位置、破损情况、钢绞线根数及外露长度等进行检查。

（1）对波纹管的检查

波纹管安装应牢固，确保浇筑混凝土时不出现移位和变形。

孔道应平顺。

波纹管应密闭良好，接头应严密且不得漏浆，不得出现破损情况。

（2）钢绞线的检查

采用钢卷尺检查预应力筋束形控制点的竖向位置偏差。抽查数量：在同一检验批内，抽查各类型构件中预应力筋总数的5%，且对各类型构件不少于5束，每束不少于5处；允许偏差：本工程为±10mm。质量要求：合格点率应达到90%以上，且最大偏差不得超过±15mm。

（3）张拉端部的检查

端部的预埋锚垫板应垂直于孔道中心线。

内埋式固定端垫板不应重叠，锚具与垫板应紧贴。

8）混凝土浇筑

浇筑混凝土时，应注意避免振动棒对波纹管的破坏，张拉端及梁柱节点等重点部位宜采用小直径振动棒振捣密实，以免出现蜂窝，造成张拉时发生事故。混凝土浇筑时要注意预留同条件养护混凝土试件，以便张拉时以其强度检测值作为预应力筋后张拉的依据。在浇完混凝土后要及时清理干净锚垫板的面上的混凝土，以确保锚具能顺利地安装。

4.2.3预应力筋张拉

预应力筋张拉是通过张拉机械将力作用与预应力筋上，然后通过预应力筋的锚固将力作用于框架梁或楼面上，从而在结构中建立起预应力。因此，预应力筋的张拉是整个预应力施工的关键，它将最终决定构件中预应力值的大小。

1）张拉前的准备

（1）张拉应配有380V/20A的电源接线箱，电缆线的长度应能达到各构件的两端。

（2）张拉时必须搭设张拉工作平台，张拉平台必须有一定的工作面及可靠的安全度以及维护装置。

（3）将锚垫板喇叭管内的混凝土清理干净；

（4）清除钢绞线上的锈蚀，泥浆；

（5）套上工作锚板，在锚板锥子孔内涂一层薄薄的黄油，在锥孔内装上工作夹片；

（6）准确定位安装千斤顶；

（7）套上相应的限位板；

（8）装上张拉千斤顶（所用千斤顶要和油压表配套使用）；

（9）装上工具锚板，在锚板锥孔内装上工具锚夹片。当预应力梁的混凝土强度达到设计要求后，用经具有相应资质的检测部门专门标定的张拉设备进行张拉。在张拉过程中，应注意是否有异常现象，如响声、油压表指针抖动等，张拉完成后检查钢绞线上夹片留下的咬痕，以便及时发现滑丝问题，如出现滑丝，可用千斤顶进行单根补张拉。张拉的实际伸长值应不大于计算伸长值的+10％或－5％，若发现实际伸长值超出此范围，应停止张拉，查明原因方可继续张拉。张拉时须做好现场记录。除记录伸长值数据外尚应记录下预应力筋断丝、断束及混凝土局部破损等情况，发生严重问题将及时通知设计单位进行处理。

（10）按照设计图纸要求计算出预应力筋张拉伸长值以及预应力筋张拉值。

2）张拉工艺

（1）在混凝土试验值达到设计规定的可张拉混凝土强度时方可开始进行预应力张拉。

（2）双向预应力梁张拉采用先张拉横向预应力框架梁，后张拉纵向预应力框架梁。

（3）张拉时应先张拉中间轴线预应力框架梁，后依次张拉两侧预应力框架梁，并保持对称。

（4）对上下排预应力筋的框架梁应先张拉下排预应力筋，后张拉上排预应力筋。

（5）预应力筋张拉的拉力值应匀速上升，确保设备增压时的稳定性。

（6）张拉时应做到孔道、锚板与千斤顶三对中，张拉过程均匀，张拉完毕后应检查端部和其他部位是否出现裂纹，并填写张拉记录表。

3）张拉顺序

0→10%δcon（读初始伸长值L1并记录）→20%δcon（读二次伸长值L2并记录）0→δcon（量测伸长值L3并记录）→持荷两分钟→卸荷至零。

4）张拉力的控制

张拉前应对千斤顶与油表经由资质的实验检测机构在万能机上按全动态（即和张拉工作状态一致）方式进行配套标定，按设计要求预应力筋实际张拉控制应力为：

张拉应力：

张拉力Np：

Ap钢绞线截面积

5）张拉伸长值控制

张拉采用以张拉力为主，伸长值校验的方法。初应力时量取千斤顶活塞的伸长量L1，张拉达到20%δcon时再量取千斤顶活塞的伸长量L2，两者之差为钢束的实际推算伸长量，张拉达到100%δcon时再取千斤顶活塞伸长量L3，L3-L1二者之差即为钢束的实际伸长量。实际伸长量与理论伸长量相比误差不得超过+10％或－5％，否则应停机检查原因，予以调整后方可张拉，必要时应进行处理。

理论伸长值可按下式分别计算各曲折线段的伸长值后叠加：

L、X-曲线段的实际长度

E-预应力钢绞线的弹性模量

θ-曲线角度

K，μ-摩擦系数

预应力曲线分段原则：

预应力张拉伸长值曲线分段示意图

6）操作要点

（1）安装锚具前必须把梁端埋件清理干净，先装好锚板，后逐孔安装夹片。

（2）锚具安装时锚板应对正，夹片应打紧，且片位要均匀，打紧夹片时不得过重，以免把夹片敲坏。

（3）安装张拉设备时千斤顶张拉力的作用线应与预应力筋末端的切线重合。

（4）张拉时应先从零加载至量测伸长值起点的初拉力，然后分段加载至所需张拉力。

（5）张拉时要严格控制进油速度，回油应平稳。

（6）张拉过程中应认真测量预应力筋的伸长，并做好记录。

7）预应力筋张拉质量的检验

预应力筋张拉质量的好坏将直接影响构件中有效预应力的建立，因此施工时务必仔细，张拉前正确计算各种数据，张拉过程中对油表值读数、张拉伸长值测量应逐个控制。

（1）张拉伸长值满足设计要求。

实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对偏差应在±6%范围。

（2）张拉后预应力值满足设计要求

实际预应力值与工程设计规定检验值的相对偏差应在±5%范围。

（3）预应力筋断裂或滑脱应满足设计规范要求

预应力筋断裂或滑脱数量严禁超过同一截面预应力筋总根数的3%，且每束钢丝不得超过1根。

4.2.4孔道灌浆

1）灌浆技术要求

预应力筋张拉锚固后应尽快灌浆，并对预应力外露锚固进行封堵处理，灌浆采用纯水泥浆，水泥浆的技术条件应符合下列规定：

（1）水泥应采用不低于42.5级的普通硅酸盐水泥

（2）水灰比采用0.4∽0.45

（3）水泥浆拌和后3小时泌水率控制在2%

2）灌浆工艺

压浆前应对孔道进行冲洗、湿润，压浆时由灌浆孔灌入，由泌水孔进行泌水和排气。

预应力筋张拉后，应在24h内灌浆，如情况特殊不能及时灌浆时，应采取保护措施保证锚固装置及钢绞线不被锈蚀，以防滑丝。

压浆应缓慢、均匀进行，对比较集中和邻近的孔道应进行连续完成压浆。压浆采用往复式UB3型压浆机，搅拌采用砂浆搅拌机，搅拌好的水泥浆必须通过滤网过滤后置于蓄浆桶内。压浆时由灌浆孔灌入直至所有泌水孔冒出浓浆为止。关闭机器，封闭所有排气孔，然后在开起机器，保持一定压力，一分钟后再次关机，以保持一定的稳定时间，提高灌浆的密实度。

压浆的同时做好水泥立方体试块，标准养护28天，其抗压强度作为水泥浆强度质量评定的依据。

灌浆完成后2h∽4h内应对所有泌水孔进行人工补浆，补浆分多次进行，直至泌水孔浆体饱满为止。

4.2.5锚具保护

预应力梁在灌浆完成24h后即可以切除工作长度内多余钢绞线，露出锚具外的钢绞线长度不小于30mm。封堵前应对洞口内混凝土进行凿毛并清洗，最后用同强度的细石混凝土封堵张拉端的洞口，浇筑时注意保护已张拉锚固的锚具，只能振捣混凝土，不得直接振捣锚具。

五、施工中应注意的事项

5.1支撑与模板

本工程施工面积较大，施工中必须配备足够的支撑及脚手架，模板及支撑应考虑能否满足结构自重和施工荷载的共同作用，要求支撑有足够的承载能力、稳定性。

预应力梁底模板及支撑在张拉前严禁松动，尤其是悬挑结构，楼板底模及支撑可以在预应力梁张拉前拆除，但是必须保证预应力梁的支撑能够承担其两侧板、次梁传来的各种荷载，预应力梁的支撑拆除应从跨中向两边对称进行。

5.2钢筋绑扎

1）非预应力筋制作及绑扎应避让波纹管、端部锚垫板、预应力筋的位置，并对非预应力筋作适当的调整，避让预应力筋，保证预应力筋的失高。

2）非预应力筋绑扎完毕后随即垫好梁的保护层垫块，以便于预应力筋标高的准确定位。

3）每条预应力梁非预应力筋绑扎完成后开始预应力孔道铺设。

5.3混凝土浇筑要求

1）浇筑前检查

预应力筋铺放完毕后应立即进行隐蔽验收，混凝土浇筑前应再次进行自检工作，主要检查承压板、螺旋筋等为主是否正确，波纹管是否出现新的破损，如发生不正常的情况应调整或修补后方能浇筑混凝土。

2）混凝土浇筑

混凝土配置按设计要求进行，浇筑时不得集中卸料，房主预应力筋在大量混凝土的直接冲击下移位。混凝土采用机械振捣，保证混凝土的密实性，尤其是钢筋密集部位及端部，但应不使振动棒直接冲击波纹管，以免破损或移位。混凝土浇捣结束后，应加强养护，保持充分湿润，防止水份过早蒸发而在产生裂缝。在混凝土浇筑时除留置施工资料中需要的试块外，需多留置二组试块与预应力梁同条件养护，用以确定预应力筋的张拉时间。

六、突发性问题的应急处理预案

6.1浇筑混凝土过程中发生波纹管损坏、漏浆

混凝土浇筑前对作业班组做好技术交底工作，振捣混凝土时应避免使用振捣棒直接冲击混凝土，如发生波纹管受损情况，则立即采取措施修补波纹管。

对于两段张拉的预应力筋，在混凝土初凝时来回抽拔预应力钢绞线。

6.2张拉过程中突然停电

如果在张拉过程中突然停电，将导致正在张拉的钢绞线不能继续张拉而达到设计要求的控制值。此时，首先关闭油泵，断开电源，然后缓慢打开油泵回油阀门，卸下千斤顶，同时观察结构支撑情况是否存在异常，等待电源接通后再继续张拉。

6.3发生超规范的预应力钢绞线断丝

首先在预应力钢绞线穿束前要对材料进行检查、复检，确保产品合格。如果在张拉过程中发生超出规范允许范围的断丝，则立即停止张拉，用专用设备将断丝的钢绞线松锚，更换新的钢绞线、夹片重新张拉。

6.4灌浆过程中突然停电、停水

预应力灌浆必须连续进行，如在灌浆过程中发生停电，则应采用清水将未灌完的孔道冲洗干净，直到孔道中冒出清水，而后采用发电机继续进行灌浆。

灌浆前应配置一个临时储水罐，储备足够的水，以备停电时冲洗未灌满的孔道。

结束语

房屋建筑预应力施工技术是目前房屋建筑施工过程中所应用较为广泛的施工技术之一，在合理应用预应力施工技术的同时，应该时刻注意相关施工环节，保证梁、板、柱之间预应力的建立以及结构间的挤压，从而真正做到提升结构的整体施工空间，提升构造的稳定性、安全性和抗震性，促进我国房屋建筑施工技术的快速发展。

参考文献：

1、《后张法预应力混凝土结构施工图表示方法及结构详图》06SG429

2、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002

3、《建筑工程预应力施工规范》CECS180：2005

4、《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2010

5、《预应力混凝土用钢绞线》GB/75224-2003

6、《预应力混凝土金属波纹管》JG220-2007