第七章 预应力混凝土工程施工 课件(共51张)- 《建筑施工技术》同步教学 航空工业出版社

第七章预应力混凝土工程施工先张法施工7.1后张法施工7.2目录项目要求学习目标了解预应力混凝土的概念、材料要求；熟悉先张法、后张法的施工工艺；掌握先张法钢筋铺设、张拉、混凝土浇筑、放张等施工工序；掌握后张法孔道留设、张拉、灌浆等施工工艺；熟悉预应力混凝土的质量保证措施及安全技术。先张法施工是在浇筑混凝土前张拉预应力筋并将张拉的预应力筋临时固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度（一般不低于设计强度标准值的75%），保证预应力筋与混凝土有足够的黏结力后，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的黏结，使混凝土产生预压应力，如图7-1所示。7.1先张法施工7.1.1认识先张法施工1—台座承力结构；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—锚固夹具；6—混凝土构件图7-1先张法施工示意图先张法生产预应力混凝土构件，可采用台座法或机组流水法。但由于台座或钢模承受预应力筋的张拉能力受到限制并考虑构件的运输条件，因此先张法施工适于在构件厂生产中小型预应力混凝土构件，如楼板、屋面板、中小型吊车梁等。7.1先张法施工台座应有足够的强度、刚度和稳定性。按构造形式不同，台座可分为墩式台座和槽式台座两类。（1）撴式台座墩式台座由台墩、台面和横梁等组成，如图7-2所示。（2）槽式台座槽式台座由端柱、传立柱、上下横梁及砖墙组成，如图7-3所示。1—台墩；

2—横梁；

3—台面（局部加厚）；

4—牛腿；

5—预应力钢丝图7-2墩式台座1—钢筋混凝土压杆；2—砖墙；3—下横梁；4—上横梁图7-3槽式台座1．台座7.1先张法施工夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座（或设备）上的临时性锚固装置。常用的夹具有钢质锥形夹具、固定端墩头夹具、圆套筒三片式夹具、偏心式夹具、钳式夹具、压销式夹具、套筒双拼式连接器等，如图7-4至图7-10所示。2．夹具（a）圆锥齿板式

（b）圆椎槽式1—套筒；2—齿板；3—钢丝；4—锥塞

图7-4钢质锥形夹具1—垫片；2—墩头钢丝；3—承力板图7-5固定端墩头夹具7.1先张法施工（a）配套图

（b）夹片

（c）套筒图7-6圆套筒三片式夹具1—齿片；2—偏心块；3—手柄；4—压簧；5—挂钩1—楔块；2—弹簧；3—手柄图7-7偏心式夹具

图7-8钳式夹具7.1先张法施工1—楔形夹片；

2—压销；

3—夹具外壳；

4—钢筋图7-9压销式夹具1—半圆套筒；

2—连接筋；

3—钢筋镦头；

4—工具式螺丝杆；

5—钢圈图7-10套筒双拼式连接器7.1先张法施工常用的张拉设备有卷扬机、千斤顶、电动螺杆张拉机等，如图7-11至图7-13所示。1—钢丝；2—圆锥形锚固夹具；3—钳式张拉夹具；4—限位螺丝；5—行程开关；6—弹簧测力计；7—支柱；8—卷扬机图7-11卷扬机张拉钢丝示意图3．张拉设备7.1先张法施工1—电动机；2—变速箱；3—张拉螺杆；4—拉力架；5—测力计；6—张拉夹具；7—车轮；8—顶杆；9—手柄；

10—横梁；11—钢筋图7-13电动螺杆张拉机1—钢筋；

2—台座；

3—穿心式夹具；

4—弹性压顶头；

5—弹簧；

6，7—油嘴；

8—偏心式夹具图7-12YC-20穿心式千斤顶张拉示意图7.1先张法施工先张法施工工艺流程如图7-14所示。1．预应力钢筋的铺设预应力钢筋铺设前，先做好台面隔离剂的涂刷，以便于构件的脱模。预应力钢筋表面清洁，为控制预应力钢筋的位置，可在横梁处设置分丝板，其与设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。钢丝接长可借助钢丝拼接器用20～22号钢丝密排绑扎。图7-14先张法施工流程图7.1.2先张法施工工艺1．预应力钢筋的铺设7.1先张法施工（1）张拉控制应力、张拉程序设σcon为预应力筋的张拉控制应力，可按下列情况进行：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon（或0→1.03σcon）为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用0→1.05σcon（持荷2min）→σcon的张拉程序。预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次张拉程序0→1.03σcon。超张拉是为减少由于钢筋松弛变形造成的预应力损失；持荷2min是为了加速钢筋松弛的早期发展。2．预应力钢筋的张拉7.1先张法施工（2）张拉伸长值及应力控制

张拉伸长值按下式计算式中：FP——预应力筋平均张拉力，kN；轴线张拉，取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；L——预应力筋的长度，mm。AP——预应力筋的截面面积，mm2。ES——预应力筋的弹性模量，kN/mm2。预应力筋的实际伸长值宜在初应力约为10%σcon时测量，并加初应力以内的推算伸长值。7.1先张法施工②张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，其不宜超过表7-1规定的限值。钢筋种类先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0.7fptk0.7fptk热处理钢筋0.7fptk0.65fptk表7-1张拉控制应力限值7.1先张法施工（3）张拉要点

实际伸长值与设计计算值的偏差不得超过±6%，否则应停拉。②从台座中间向两侧进行（防偏心损坏台座）。③多根成组张拉，初应力应一致（测力计抽查）。

拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松。

拉完的筋位置偏差小于等于5mm，且小于等于构件截面短边的4%。

冬季张拉时，温度应大于等

-15℃。⑦两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。7.1先张法施工混凝土的浇筑应一次完成，不允许留设施工缝。混凝土的用水量和水泥用量必须严格控制，以减少混凝土由于收缩和徐变而引起的预应力损失。预应力混凝土构件浇筑时必须振捣密实（特别是在构件的端部），以保证预应力筋和混凝土之间的黏结力。预应力混凝土构件混凝土的强度等级一般不低于C40。采用平卧迭浇法制作预应力混凝土构件时，其下层构件混凝土的强度须达到5MPa后，方可浇筑上层构件混凝土并应有隔离措施。混凝土可采用自然养护或蒸汽养护。为减少温差应力损失，应保证混凝土在达到一定强度之前，温差不能太大（一般不超过20℃）。3．混凝土的浇筑与养护7.1先张法施工（1）放张预应力筋预应力钢筋放张时，混凝土强度必须符合设计要求。当设计无要求时，不得低于设计混凝土强度标准值的75%。预应力混凝土构件在预应力筋放张前要对混凝土试块进行试压，以确定混凝土的实际强度。（2）放张顺序①对承受轴心预压力的构件（如压杆、桩等），所有预应力筋应同时放张。②对承受偏心预压力的构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。③当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止放张过程中构件出现翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。放张后预应力筋的切断顺序，宜由放张端开始，逐次切向另一端。4．预应力钢筋放张7.1先张法施工（3）放张方法

对于预应力钢丝混凝土构件，放张方法分两种情况。配筋不多的预应力钢丝放张，采用剪切、割断和熔断的方法自中间向两侧逐根进行，以减少回弹量，利于脱模。配筋较多的预应力钢丝放张采用同时放张的方法，以防止最后的预应力钢丝因应力突然增大而断裂或使构件端部开裂。②对于预应力钢筋混凝土构件，放张应缓慢进行。配筋不多的预应力钢筋，可采用逐根加热熔断或借预先设置在钢筋锚固端的楔块等单根放张。配筋较多的预应力钢筋，所有钢筋应同时放张，同时放张的方法通常有楔块放张和沙箱放张，如图7-15和图7-16所示。7.1先张法施工1—活塞；2—套箱；3—套箱底板；

4—砂；5—进砂口；6—出砂口图7-16砂箱放张装置示意图1—台座；2—横梁；3，4—钢块；

5—楔块；6—螺杆；7—承力板；8—手轮图7-15楔块放松钢筋示意图7.1先张法施工后张法施工是在浇筑混凝土构件时，在放置预应力筋的位置处预留孔道，待混凝土达到一定强度（一般不低于设计强度标准值的75%）后，将预应力筋穿入孔道中并进行张拉，然后用锚具将预应力筋锚固在构件上，最后进行孔道灌浆。预应力筋承受的张拉力通过锚具传递给混凝土构件，使混凝土产生预压应力，其工艺流程，如图7-17所示。7.2后张法施工7.2.1认识预应力混凝土后张法施工1．后张法预应力混凝土简述（a）制作混凝土构件（b）预应力筋张拉（c）锚固和灌浆1—钢筋混凝土构件；2—预留孔道；3—预应力筋；4—千斤顶；5—锚具图7-17后张法构件施工示意图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。7.2后张法施工（1）锚具后张法预应力混凝土使用的锚具较多，常用的有螺丝端锚具、XM型锚具、帮条锚具、JM型锚具、锥形螺杆锚具、钢丝束墩头锚具、QM型锚具等，如图7-18至图7-24所示。图7-18螺丝端锚具2．锚具及张拉设备图7-19XM夹片式锚示意图7.2后张法施工图7-20帮条锚具示意图

图7-21JM型锚示意图7.2后张法施工1—A型锚杯；2—螺母；

3—钢丝束；4—B型锚杯图7-23钢丝束墩头锚示意图1—预应力钢丝；2—螺母；3—垫片；4—锥形螺杆；5—排气槽；6—套筒图7-22锥形螺杆锚示意图7.2后张法施工1—钢绞线；2—夹片；3—锚板；4—垫板（铸铁喇叭管）；5—螺旋器；6—金属波纹管；7—灌浆孔图7-24QM型锚示意图7.2后张法施工（2）张拉设备后张法预应力混凝土张拉设备较多，常见的有拉杆式千斤顶、锥锚式千斤顶、YC60型千斤顶等三种，如图7-25至图7-27所示。1—主缸；2—主缸活塞；3—主缸油嘴；4—副缸；5—副缸活塞；6—副缸油嘴；7—连接器；8—顶杆；9—拉杆；10—螺母；11—预应力筋；12—混凝土构件；13—预埋钢板；14—螺丝端杆图7-25拉杆式千斤顶及工作示意图7.2后张法施工1—主缸活塞；2—主缸；3—楔块；4—锥形卡环；5—预应力筋；6—副缸油嘴；7—副缸活塞；8—锚塞；9—构件；10—锚环；11—顶压头；12—副缸拉力弹簧；13—副缸；14—主缸拉力弹簧；15—主缸油嘴图7-26锥锚式千斤顶构造及工作原理示意图7.2后张法施工1—张拉油缸；

2—张拉缸油嘴；

3—顶压油缸（张拉活塞）；

4—油孔；

5—张拉回程油室；

6—顶压活塞；

7—顶压缸油嘴；

8—弹簧；

9—构件；

10—锚环；

11—顶压工作油室；

12—预应力筋；

13—工具锚；

14—张拉工作油室；

15—螺母；

16—撑脚；

17—张拉杆；

18—连接器图7-27YC60型千斤顶示意图7.2后张法施工后张法施工工艺流程如图7-28所示，其中与预应力有关的工艺流程有孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆。1．孔道的留设孔道留设是后张法预应力混凝土构件制作中的关键工序之一。预留孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺；端部的预埋垫板应垂直于孔道中心线并用螺栓或钉子固定在模板上，以防止浇筑混凝土时发生走动；孔道的直径一般应比预应力筋的外径（包括钢筋对焊接头的外径或需穿入孔道的锚具外径）大10～15mm，以利于预应力筋穿入。孔道留设的方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法等。7.2后张法施工7.2.2后张法施工1．孔道的留设（1）钢管抽芯法钢管抽芯法适用于留设直线孔道。钢管抽芯法是预先将钢管敷设在模板的孔道位置上，在混凝土浇筑后每隔一定时间慢慢转动钢管，防止它与混凝土黏住，待混凝土初凝后、终凝前抽出钢管形成孔道，如图7-29所示。选用的钢管要求平直，表面光滑，敷设位置准确。较长的构件可采用两根钢管，中间用套管连接，其连接方法如图7-30所示。图7-29钢管抽芯示意图

图7-30钢管连接方法7.2后张法施工（2）胶管抽芯法胶管抽芯法可用于留设直线、曲线或折线孔道。胶管有五层或七层夹布胶管和钢丝网橡皮管两种。前者质软，必须在管内充气或充水后才能使用，连接如图7-31所示；后者质硬，且有一定的弹性。预留孔道时与钢管一样使用，所不同的是浇筑混凝土后不需转动。抽管时可利用其有一定弹性的特点，胶管在拉力作用下断面缩小，即可把管抽出。（a）胶管的封端处理

（b）胶管与阀门连接图7-31胶管的连接示意图7.2后张法施工（3）预埋波纹管法孔道的留设除采用钢管或胶管抽芯成孔外，也可采用预埋波纹管的方法成孔，波纹管直接埋设在构件中而不再抽出。波纹管全称镀锌双波纹金属软管，是由镀锌薄钢带经压波后卷成，具有质量轻、刚度好、弯折方便、连接容易、与混凝土黏结性能好等优点，可做成各种形状的孔道并可省去抽管工序。因此，这种留孔方法具有较大的推广价值，如图7-32所示。（a）塑料波纹管

（b）金属波纹管图7-32波纹管示意图7.2后张法施工在留设孔道的同时，还要在设计规定的位置留设灌浆孔和排气孔。灌浆孔的间距：预埋波纹管不宜大于30m；抽芯形成孔道不宜大于12m。曲线孔道的曲线波峰部位，宜设置排气孔。留设灌浆孔或排气孔时，可用木塞或白铁皮管成孔。孔道成形后，应立即逐孔检查，发现堵塞现象，应及时疏通。波纹管安装如图7-33和图7-34所示。1—梁侧模；2—箍筋；3，7—箍筋支架；4，6—波纹管；5—垫块；8—焊接图7-33波纹管固定示意图（a）连接1—波纹管；2—接头管；3—密封胶带图7-34波纹管连接与留孔示意图（b）留孔1—波纹管；2—塑料弧形压；

3—铁丝绑扎板；4—增强塑料管图7-34波纹管连接与留孔示意图7.2后张法施工浇筑混凝土之前，应进行预应力隐蔽工程验收，其内容包括：预应力筋的品种、规格、数量、位置等；预应力筋锚具和连接器的品种、规格、数量、位置等；预留孔道的规格、数量、位置、形状及灌浆孔、排气兼泌水管等；锚固区局部加强构造等。隐蔽工程验收合格方可进行混凝土浇筑。混凝土浇筑与养护方法同先张法。抽管的顺序一般为先上后下，先曲后直。抽管的时间一般可参照气温和浇灌后小时数的乘积达200度•小时左右后，进行抽管。例如，构件周围气温为25℃，则经7～8小时后即可抽管。7.2后张法施工2．浇筑混凝土及养护（1）穿筋规定根据穿束与浇筑混凝土之间的先后关系，预应力筋穿束分为先穿束和后穿束两种。一般采用后穿束，即在混凝土浇筑后，在预留孔道内穿预应力钢筋。（2）混凝土强度规定预应力筋张拉时，结构的混凝土强度应符合设计要求，当设计无要求时，不应低于设计强度标准值的75%。对于块体拼装的预应力构件，其立缝处混凝土或砂浆强度也必须达到设计规定的强度。如无设计规定时，则不应低于块体混凝土设计标号的40%，且不得低于15MPa。这是为了减少块体拼缝处的变形，防止由于混凝土强度不够，引起在张拉预应力筋过程中构件开裂，而影响预应力构件的质量。7.2后张法施工3．预应力筋穿束与张拉（3）张拉控制应力张拉控制应力越高，建立的预应力就越大，构件的抗裂性就越好。但张拉控制应力过高时，构件破坏前没有明显的征兆，而且还会导致混凝土的徐变应力损失大。因此，控制应力应符合规定，不得超过表7-2规定的最大应力。预应力钢筋种类σconσmax碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.7fptk0.75fptk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.65fptk0.75fptk冷拉钢筋0.85fptk0.9fptk表7-2后张法张拉控制应力及超张拉最大控制应力7.2后张法施工（4）张拉程序后张法预应力筋的张拉程序根据构件类型、锚固体系、预应力筋的松弛等因素来确定。当采用低松弛钢丝和钢绞线时，张拉程序为：0→σcon当采用普通松弛预应力筋时，可以按照以下程序进行：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon当采用锥形锚具时或夹片锚具时，可采用的张拉程序为：0→1.03σcon7.2后张法施工（5）张拉顺序张预应力筋应根据设计和专项施工方案的要求采用一端或两端张拉。

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。一般情况，有黏结预应力筋，长度不大于20m时，可一端张拉；大于20m时，宜两端张拉。预应力筋为直线形时，一端张拉的长度可延长至35m。②平卧叠浇构件制作时，构件自重作用产生的摩阻损失，其大小与构件形式、隔离层材料和张拉方式等有关，目前尚无精确的测定数据。现大多采用逐层加大张拉力的方法一次张拉，即最上层（第一层）构件可按设计要求的控制应力张拉，不予提高，下面几层构件的张拉控制应力适当加大，根据隔离效果，一般采用逐层加大约1.0%的张拉力，但底层超张拉值不得比顶层张拉力大5%，且不得超过最大超张拉的限值。7.2后张法施工（6）孔道灌浆与锚具封闭防护预应力筋张拉验收合格后应尽快进行灌浆，孔道内水泥浆应饱满、密实。孔道灌浆的目的是防止钢筋锈蚀，增加结构的耐久性。孔道灌浆应采用标号不低于42.5级普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制的水泥浆；对空隙大的孔道可采用砂浆灌浆。水泥浆及砂浆强度均不应低于30MPa。灌浆用水泥浆的水灰比宜为0.4左右，搅拌后3h泌水率宜控制在0.2%，最大不超过0.3%。纯水泥浆的收缩性较大，为了增加孔道灌浆的密实性，在水泥浆中可掺入水泥用量0.2%的木质素磺酸钙或其他减水剂，但不得掺入氯化物或其他对预应筋有腐蚀作用的外加剂。灌浆前混凝土孔道应用压力水冲刷干净并润湿孔壁。灌浆顺序应先下后上，以避免上层孔道漏浆而把下层孔道堵塞。孔道灌浆可采用电动灰浆泵，灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，灌满孔道并封闭排气孔后，宜再继续加压至0.5～0.6MPa并稳压一定时间，以确保孔道灌浆的密实性。对于不掺外加剂的水泥浆可采用二次灌浆法，以提高孔道灌浆的密实性。灌浆后孔道内水泥浆及砂浆强度达到15MPa时，预应力混凝土构件即可进行起吊运输或安装。7.2后张法施工后张法预应力混凝土构件中，预应力筋分为有黏结和无黏结两种。无黏结预应力混凝土施工工艺是在预应力筋（一般多用高强钢丝束或钢绞线）表面涂有防锈油脂并包裹一层塑料布（管）后，如同普通钢筋一样先铺设在支好的模板内，再浇筑混凝土，待混凝土达到设计规定的强度后，进行预应力筋张拉和锚固。这种预应力工艺借助两端的锚具传递预应力，无需留孔灌浆，施工简便，摩阻损失小，预应力筋易弯成多跨曲线形状等，但对锚具锚固能力要求较高，适用于大柱网整体现浇楼盖结构、双向连续平板和密肋楼板中。7.2.3无黏结预应力混凝土施工

1．认识无黏结预应力混凝土施工工艺7.2后张法施工（1）无黏结预应力筋无黏结预应力筋由无黏结筋、涂料层和外包层3部分组成，如图7-35所示。1）无黏结筋无黏结筋宜采用强度高、松弛低、柔性较好的钢绞线制作。2．无黏结预应力混凝土的组成及要求（a）无黏结钢绞线束

（b）无黏结钢丝束或单根钢绞线1—钢绞线；2—沥青涂料；3—塑料布外包层；

4—钢丝；5—油脂涂料；6—塑料管外包层图7-35无黏结预应力筋横截面示意图7.2后张法施工2）涂料层无黏结筋的涂料层应采用专用防腐油脂制作。涂料层的作用是使无黏结筋与混凝土隔离，减少张拉时的摩擦损失，防止无黏结筋腐蚀等。因此，要求涂料性能符合下列要求：在-20～+70℃温度范围内，不流淌，不裂缝，不变脆，并有一定韧性；使用期内化学稳定性高；润滑性能好，摩擦阻力小；不透水，不吸湿；防腐性能好。7.2后张法施工3）外包层无黏结筋的外包层可用高压聚乙烯塑料带制作。外包层的作用是使无黏结筋在运输、储存、铺设和浇筑混凝土等过程中不会发生不可修复的破坏。因此要求外包层应符合下列要求：在-20～+70℃温度范围内，低温不脆化，高温化学稳定性好；必须具有足够的韧性，抗破损性强；对周围材料无侵蚀作用；防水性强。制作单根无黏结筋时，宜优先选用防腐油脂做涂料层。防腐油脂应填充饱满，外包层应松紧适度；成束无黏结筋可用防腐沥青或防腐油脂做涂料层，当使用防腐沥青时，应用密缠塑料带做外包层，塑料带各圈之间的搭接宽度应不小于带宽的1/2，缠绕层数不少于4层。7.2后张法施工（2）无黏结筋的制作无黏结筋的制作一般采用挤塑涂层工艺。挤塑涂层工艺主要是无黏结筋通过涂油装置涂油，涂油无黏结筋通过塑料挤压机涂刷塑料薄膜，再经冷却筒槽成型塑料套管。这种挤压涂层工艺的特点是效率高，质量好，性能稳定。7.2后张法施工无黏结预应力施工中的主要问题是无黏结预应力筋的铺设、张拉和端部锚头处理。无黏结筋在使用前应逐根检查外包层的完好程度。对有轻微破损者，可包塑料带补好；对破损严重者应予以报废。3．无黏结预应力施工7.2后张法施工（1）无黏结预应力筋的铺设在单向连续梁板中，无黏结筋的铺设比较简单，如同普通钢筋