城市轨道交通高架桥施工技术课件：预应力混凝土后张法施工

预应力混凝土后张法施工材料质量要求contents目录预应力钢筋制作与安装预应力混凝土浇筑与养护预应力筋张拉施工孔道灌浆和封锚PART1材料质量要求后张法施工工艺及特点后张法施工工艺:浇筑混凝土结构或构件(留孔)→养护拆模→(达75%强度后)穿筋张拉→固定→孔道灌泥浆→(泥浆达15N/mm2,混凝土达100%后)移动、吊装。后张法的特点是,预应力筋可以直接在构件上张拉,不需要专用台座,现场生产时可避免构件的长途搬运,故后张法适宜在现场制作大型构件,特别是大跨度构件。后张法又是一种极有效的拼装手段,可把在预制厂预制的小型块体运到现场后拼装成整体,是一种比较灵活的张拉方法。后张法的缺点是钢筋两端均须加设工作锚,而工作锚不仅要消耗金属材料,还要求加工精密,同时还由于需要留孔、穿筋、灌浆及在锚具下的预压应力集中处加强配筋等原因,使断面构造和施工操作均比先张法复杂,造价也比先张法高。预应力混凝土用螺纹钢筋(也称精轧螺纹钢筋)是在整根钢筋上轧有不连续的外螺纹的大直径、高强度、高尺寸精度的直条钢筋。该钢筋在任意截面处都可拧上带有内螺纹的连接器进行连接或拧上带螺纹的螺母进行锚固。图3-10所示为精轧螺纹钢筋。用于预应力混凝土结构中的高强精轧螺纹钢筋,其力学性能和表面质量应符合以下规定:精轧螺纹钢筋表面不得有横向裂纹、结疤和机械损伤,钢筋表面允许有不影响力学性能和连接的缺陷。精轧螺纹钢筋的力学性能应符合表3-2的规定。精轧螺纹钢筋应分批进行检验,每批质量不大于100t,对表面质量应逐根目视检查,外观检查合格后在每批中任选两根钢筋截取试件进行拉伸试验。材料质量要求1.精轧螺纹钢筋预应力混凝土结构所采用的钢丝、钢绞线和热处理钢筋等的质量,应符合现行国家标准的规定。预应力钢丝抗拉强度标准值应符合《城市轨道交通桥梁设计规范》(GB/T51234—2017)的要求。预应力钢绞线抗拉强度标准值应符合《城市轨道交通桥梁设计规范》(GB/T51234—2017)的要求。预应力混凝土用钢绞线表面不得带有降低钢绞线与混凝土黏结力的润滑剂、油渍等物质,允许有轻微的浮锈,但不得锈蚀成肉眼可见的麻坑。

钢绞线进场验收时,应从每批钢绞线中任取3盘,并从每盘所选的钢绞线端部正常部位截取一根试样进行表面质量、直径偏差和力学性能试验。每批钢绞线的质量应不大于60t。对大桥等重要工程使用的钢丝、钢绞线,进场时应进行上述检验;对其他桥梁,其预应力钢材的力学性能,可仅进行抗拉强度试验,或由生产厂家提供力学性能试验报告。材料质量要求2.钢丝、钢绞线和热处理钢筋预应力冷拉钢筋表面不得有裂纹和局部颈缩现象,冷拉试验后外观不得有裂纹、鳞落式断裂现象。冷拉低碳钢丝表面不得有裂纹和机械损伤。冷拉钢筋应分批进行检验,每批质量不得大于20t。每批钢筋的级别和直径均应相同。每批钢筋外观经逐根检查合格后,再从任选的两根钢筋上各取一套试件,按照现行国家标准的规定进行拉力试验(屈服强度、抗拉强度、伸长率)和冷弯试验。计算冷拉钢筋的屈服强度和抗拉强度时,采用冷拉前的公称截面面积。冷拔低碳钢丝应逐盘进行抗拉强度、伸长率和弯曲试验。从每盘钢丝上任一端截去不少于500mm后再取两个试样,分别做拉力和180°反复弯曲试验。3.冷拉钢筋和冷拉低碳钢丝预应力筋锚具、夹具和连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性,能保证充分发挥预应力筋的强度,安全地实现预应力张拉作业,并应符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370—2015)的要求。预应力筋用锚具应按设计要求采用。锚具应满足分级张拉、补张拉以及放松预应力的要求。用于后张结构时,锚具或其附件上宜设置压浆孔或排气孔,压浆孔应有足够的截面面积,以保证浆液的畅通。夹具应具有良好的自锚性能、松锚性能和重复使用性能。需敲击才能松开的夹具,必须保证其对预应力筋的锚固没有影响,且对操作人员的安全不造成危险。用于后张法的连接器,必须符合锚具的性能要求;用于先张法的连接器,必须符合夹具的性能要求。4.锚具,夹具和连接器材料质量要求在桥梁的某些特殊部位,当设计规定时,可采用符合要求的平滑钢管和高密度聚乙烯管。用作管道的平滑钢管和聚乙烯管,其壁厚不得小于2mm。刚性管道应具有光滑的内壁并可被弯曲成适当的形状而不出现卷曲或被压扁;半刚性管道应是波纹状的金属螺旋管。金属管道宜尽量采用镀锌材料制作。制作半刚性波纹状金属螺旋管的钢带应符合现行有关标准规范的规定,并附有合格证书。钢带厚度应根据管道直径、设置时间(在浇筑混凝土前或后设置钢束)及是否有特殊用途而定,一般情况厚度不宜小于0.3mm。管道的内横截面积至少应是预应力筋净截面积的2.0~2.5倍。如果管道与预应力筋的面积比低于给定的极限,则应通过试验验证其可以进行正常压浆作业。对于超长钢束的管道,亦应通过试验来确定其面积比。制孔采用胶管抽芯法时,胶管内应插入芯棒或充以压力水,以增加刚度;采用钢管抽芯法时,钢管表面应光滑,焊接接头应平顺。抽芯时间应通过试验确定,以混凝土抗压强度达到0.4~0.8MPa时为宜,抽拔时不应损伤结构混凝土。抽芯后,应用通孔器或压气、压水等方法对孔道进行检查,如发现孔道堵塞、有残留物或与邻孔有串通,应及时处理。采用胶管或钢管抽芯法制孔时,抽管时间应根据水泥品种、水灰比、气温和养护方法等条件,通过试验确定。抽管以能顺利抽出来且孔道不坍塌为原则,故抽管应在混凝土初凝后终凝前进行。金属螺旋管进场时,除应按出厂合格证和质量保证书核对其类别、型号、规格及数量外,还应对其外观、尺寸、集中荷载下的径向刚度、荷载作用后的抗渗漏及抗弯曲渗漏等进行检验。工地自行加工制作的管道亦应进行上述检验。其检验方法可参照现行《预应力混凝土用金属波纹管》(JG-225—2007)的规定执行。材料质量要求5.管道PART2预应力钢筋制作与安装预应力钢筋制作（钢筋接头处理）①冷拉钢筋的接头,应在钢筋冷拉前采用一次闪光顶锻法进行对焊,对焊后还应进行热处理,以提高焊接质量。②预应力钢筋有对焊接头时,除非设计另有规定,宜将接头设置在受力较小处,在结构受拉区及在相当于预应力筋直径30倍长度的区段(不小于500mm)范围内,对焊接头的预应力筋截面面积不得超过该区段预应力筋总截面面积的25%。③冷拉钢筋采用螺钉端杆锚具时,应在冷拉前焊接螺钉端杆,并应在冷拉时将螺母置于端杆端部。④预应力筋镦头锚固时,对于高强钢丝,宜采用液压冷镦;对于冷拔低碳钢丝,可采用冷冲镦粗;对于钢筋,宜采用电热镦粗,但HRB500级钢筋镦粗后应进行电热处理。冷拉钢筋端头的镦粗及热处理工作,应在钢筋冷拉之前进行,否则应对镦头逐个进行张拉检查,检查时的控制应力应不小于钢筋冷拉的控制应力。预应力钢筋制作与安装无黏结预应力钢筋制作无黏结预应力钢筋的制作是无黏结后张预应力混凝土施工中的主要工序。无黏结筋一般由钢丝、钢绞线等柔性较好的预应力钢材制作,当用电热法张拉时,亦可用冷拉钢筋制作。无黏结预应力筋的制作,一般采用挤压涂层工艺和缠纸工艺两种。预应力钢筋制作预应力钢筋下料长度应通过计算确定,计算时应考虑结构的孔道长度或台座长度、锚具长度、千斤顶长度、焊接接头或镦头预留量,冷拉伸长量、弹性回缩量、张拉伸长值和外露长度等因素。

高强钢丝、钢绞线、冷拉钢筋的切断工具宜采用切断机或砂轮切割机等,不宜采用氧气切割机,更不得使用电弧焊机切断。钢丝束两端采用镦头锚具时,同一束中各根钢丝下料长度的相对差值,当钢丝束长度小于或等于20m时,不宜大于1/3000;当钢丝束长度大于20m时,不宜大于1/5000,且不大于5mm。长度不大于6m的先张构件,当钢丝成组张拉时,同组钢丝下料长度的相对差值不得大于2mm。构件预留孔道的直径、长度、形状,由设计确定,如无规定时,孔道直径应比预应力钢筋直径的对焊接头处外径或需穿过孔道的锚具或连接器的外径大10~15mm;对钢丝或钢绞线孔道的直径应比预应力束外径或锚具外径大5~10mm,且孔道面积应大于预应力筋的两倍以利于预应力筋穿入,孔道之间净距和孔道至构件边缘的净距均不应小于25mm。

曲线孔道留设:现浇整体预应力框架结构中,通常配置曲线预应力筋,因此在框架梁施工中必须留设曲线孔道。曲线孔道可采用白铁管或波形白铁管留孔,曲线白铁管的制作应在平直的工作台上借助于模具定位,利用液压弯管机进行弯曲成形,其弯曲2mm的坐标按预应力钢筋曲线方程计算确定,弯制成形后的坐标误差应控制在2mm以内。①孔道预留管芯材料可采用钢管、胶管(帆布橡胶管或钢丝胶管)、镀锌双波纹金属软管(简称波纹管)、黑铁皮管、薄钢管等。钢管管芯适用于直线孔道;胶管适用于直线、曲线或折线形孔道;波纹管(黑铁皮管或薄钢管)埋入混凝土构件内,不用抽芯,为一种新工艺,适于跨度大、配筋密的构件孔道。

橡胶管抽芯法不仅可以留设直线孔道,也可以留设曲线孔道,胶管弹性好,便于弯曲,一般有5层或7层帆布胶管和钢丝网橡胶管两种,工程实践中通常用前一端密封,另一端接阀门充水或充气。橡胶管具有一定弹性,在拉力作用下,其断面能缩小,故在混凝土初凝后即可把橡胶管抽拔出来。夹布胶管质软,必须在管内充气或充水。在浇筑混凝土前,橡胶管中充入压力为0.6~0.8MPa的压缩空气或压力水,此时橡胶管直径可增大3mm左右,然后浇筑混凝土,待混凝土初凝后,放出压缩空气或压力水,橡胶管孔径变小,并与混凝土脱离,随机抽出胶管,形成孔道。抽管顺序一般应为先上后下,先曲后直。

钢管抽芯这种方法大都用于留设直线孔道时,预先将钢管埋设在模板内的孔道位置处。钢管要平直,表面要光滑,每根长度最好不超过15m,钢管两端应各伸出构件约500mm。较长的构件可采用两根钢管,中间用套管连接。在混凝土浇筑过程中和混凝土初凝后,每间隔一定时间慢慢转动钢管粘牢,等到混凝土终凝前抽出钢管。抽管过早,会造成塌孔事故;抽管太晚,则混凝土与钢管黏结牢固,抽管困难。常温下抽管时间,在混凝土浇灌后3~6h。抽管顺序宜先上后下,抽管可采用人工或用卷扬机,速度必须均匀,边抽边转,与孔道保持直线。抽管后应及时检查孔道情况,做好孔道清理工作。

预埋管法,这种孔道成形方法一般用于采用钢丝或钢绞线作为预应力筋的大型构件或结构中,可直接把下好料的钢丝、钢绞线在孔道成型前就穿入波纹管中,这样可以省掉穿束工序,亦可待孔道成形后再进行穿束。

对连续结构中呈波浪状布置的曲线束,且高差较大时,应在孔道的每个峰顶处设置泌水孔;起伏较大的曲线孔道,应在弯曲的低点处设置泌水孔;对于较长的直线孔道,应每隔12~15m设置排气孔。泌水孔、排气孔必要时可考虑作为灌浆孔用。波纹管的连接可采用大一号的同型波纹管,接头管的长度为200~250mm,以密封胶带封口。②管芯埋设和抽管预应力钢筋制作与安装预应力钢筋安装预应力钢筋铺设原则:预应力钢筋的铺设布置应按施工图上的根数多少确定间距,进行布筋。应严格按设计要求的曲线形状就位,并固定牢固。

预应力钢筋铺设要求:施工过程中应防止电火花损伤预应力钢筋,对有损伤的预应力钢筋应予以更换。先张法预应力施工时,应选用非油脂性的模板隔离剂,在铺设预应力钢筋时,严禁隔离剂沾污预应力钢筋。在后张法施工中,对于浇筑混凝土前穿入孔道的预应力钢筋,应有防锈措施。无黏结预应力钢筋的护套应完整,局部破损处采用防水塑料胶带缠绕紧密并修补好。③预应力钢筋铺设波纹管可用钢筋支架(间距为600mm)焊在箍筋肢上,箍筋下一定要把保护层垫块垫实、垫牢。波纹管放下就位后,其上用短钢筋再将管绑扎在箍筋肢上,以防止浇混凝土时将管子浮起(先穿入预应力筋的情况稍好)而造成质量事故。

取样进行检验,试验要满足两个基本要求:一是在外力作用下有抵抗变形的能力;二是在混凝土浇筑过程中,水泥浆不会渗入管内。波纹管要逐根进行检验,表面不得有砂眼,咬口必须牢固,不得有松散现象。现场简便方法是两人用手将波纹管提起,上下晃动,不松散也没有“咔咔”的响声,说明波纹管咬口牢固。波纹管表面要清洁,不得有杂质、锈蚀现象。④波形管安装预应力钢筋制作与安装预应力钢筋安装PART3预应力混凝土浇筑与养护混凝土浇筑浇筑混凝土时,宜采用插入式、附着式或平板式振捣器振捣。锚固端及钢筋密集处应加强振捣,并应符合下列要求:对先张构件,钢筋张拉后应立即浇筑混凝土,若未能立即浇筑混凝土时,则在混凝土浇筑前应重新进行张拉,达到控制应力后,方允许浇筑混凝土。对后张构件,则应采取措施防止振捣棒碰撞成孔管道和张拉端的预埋件,浇筑中应经常检查管道与预埋件位置,如有错位应及时纠正。

振捣时应避免振捣棒碰撞预应力钢筋。预应力混凝土浇筑与养护混凝土养护完达到初凝后应立即进行养护。采取蒸汽养护时,应符合下列规定:对于先张构件应按设计给定的允许控制温差(即低温养护时的温度与张拉钢筋时温度之差)进行养护。采用粗钢筋的构件,当混凝土强度养护至7.5MPa以上时采用钢丝、钢绞线的构件,当混凝土强度养护至10MPa以上时,方可按一般构件蒸养规定进行。

对于后张法,养护温度应恒温控制在60℃以下。PART4预应力筋张拉施工预应力筋的张拉是制作预应力构件的关键,必须按规范及有关规定精心施工。张拉时构件或结构的混凝土强度应符合设计要求,当设计无具体要求时,不应低于设计强度标准值的75%,以确保在张拉过程中,混凝土不至于受压而破坏。块体拼装的预应力构件,立缝处混凝土或砂浆强度如设计无规定时,不应低于块体混凝土设计强度等级的40%,且不得低于15MPa,以防止在张拉预应力筋时,压裂混凝土块体或使混凝土产生过大的弹性压缩。1.混凝土张拉强度预应力张拉控制应力应符合设计要求,且其最大张拉控制应力不能超过设计规定。其中后张法控制应力值低于先张法,这是因为后张法构件在张拉钢筋的同时,混凝土已受到弹性压缩,张拉力可以进一步补足;而先张法构件,是在预应力筋放松后,混凝土才受到弹性压缩,这时张拉力无法补足,此外,对于混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失,后张法也比先张法小。为了减少预应力钢筋的松弛损失等,与先张法一样采用超张拉法,其张拉程序为2.张拉控制应力及张拉程序预应力筋张拉施工后张法是先浇筑混凝土构件,预留孔道,待混凝土达到一定强度后,在孔道内穿入预应力钢筋,进行张拉并锚固。在构件或块体上直接张拉预应力钢筋,不需要专门的台座。大型构件可分件制作,运到现场利用预应力钢筋连成整体。后张法灵活性大,现已逐渐从单个预应力构件发展到整体预应力结构。图3-16所示为后张构件张拉。选择合理的张拉顺序是保证质量的重要一环。当构件或结构有多根预应力筋(束)时,应采用分批张拉,此时按设计规定进行,如设计无规定或受设备限制必须改变时,则应经核算确定。张拉时宜对称进行,避免引起偏心。在进行预应力钢筋张拉时,可采用一端张拉法,亦可采用两端同时张拉法。当采用一端张拉时,为了克服孔道摩擦力的影响,使预应力钢筋的应力得以均匀传递,可以反复张拉2~3次,以达到较好的效果。采用分批张拉时,应考虑后批张拉预应力钢筋所产生的混凝土弹性压缩对先批预应力钢筋的影响,即应在先批张拉的预应力钢筋中增加张拉应力值。

张拉平卧重叠浇筑的构件时,宜先上后下逐层进行张拉,为了减少上下层构件之间的摩阻力引起的预应力损失,可采用逐层加大张拉力的方法。但底层张拉力值对于碳素钢丝、钢绞线和热处理钢筋而言,不宜比顶层张拉力大5%;对于冷拉HRB335、HRB400级钢筋,不宜比顶层张拉力大9%,但也不得大于预应力钢筋的最大超张拉力的规定。若构件之间隔离层的隔离效果较好,如用砖作为隔离层时,大部分砖应在张拉预应力筋时取出,仅有局部的支承点,构件之间基本上架空,也可自上而下采用同一张拉力值。3.张拉顺序①预留孔道必须畅通,如有漏浆及堵塞的情况应清除干净,同时清理干净喇叭口垫板内的污泥、灰浆,使喇叭口垫板表面无任何杂物。管道在进入喇叭口垫板的接口前,应有约1.5m的直线段。

②钢绞线穿束时,可采用逐根(用人工穿或用穿束机)穿入单线进入孔道的方法,也可以采用整束同时穿进(用卷扬机牵引)的方法。采用第一种方法时,穿束前钢绞线头上应套上—个“导向帽”;采用后一种方法时,可使用专用的“穿束牵引网套”或特制牵引头,用卷扬机牵引,此时应沿钢丝束长度方向,每隔1.5m用钢丝绑扎一道。圆筒用0.5mm钢板卷制,前面导向辊为ϕ5高强钢丝,端头圆形,全部焊制并打磨光滑。4.群锚后张施工预应力筋张拉施工①无黏结筋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。②无黏结预应力筋宜采用钢丝、钢绞线等预应力钢材制作。无黏结预应力钢绞线质量要求应符合《无黏结预应力钢绞线》(JG/T161—2016)标准的规定。③无黏结筋所用钢绞线和钢丝不应有死弯,当有死弯时必须切断。每一根钢丝均应通长,严禁有接头。其外包层材料应采用聚乙烯或聚丙烯,严禁使用聚氯乙烯。④制作单根无黏结筋时,宜优先选用防腐油酯作涂料层,塑料外包层宜采用塑料注塑成形。防腐油酯应充足饱满,外包层应松紧适度。制作成束无黏结筋可用防腐沥青或防腐油酯作为涂料层。当使用防腐沥青时,应用密缠塑料带作外包层,塑料带各圈之间的搭接宽度应不小于带宽的1/2,缠绕层数不应小于4层。⑤铺设无黏结筋所用锚具的性能应符合I类锚具的规定。铺设无黏结筋时,无黏结筋的曲率可垫铁马凳控制。其高度应根据设计要求的无黏结筋曲率确定,铁马凳的间隔不宜大于2m,并应用铁丝与无黏结筋扎牢。⑥铺设双向配筋的无黏结筋时,应先铺设标高低的无黏结筋,再铺设标高较高的无黏结筋。避免两个方向的无黏结筋相互穿插编结。⑦无黏结筋的张拉施工应符合有关规定。张拉过程中,当有个别钢丝发生滑脱或断裂时,经设计同意可相应降低张拉力,但滑脱或断裂的数量不应超过一截或无黏结预应力筋总量的2%。⑧无黏结筋的锚固区,必须有严格的密封防护措施,严防水蒸气进入并锈蚀预应力筋。对外露的预应力筋应分散弯折后浇筑在封端混凝土内。无黏结筋及端头锚固区的防护措施,应符合有关规定。预应力筋张拉施工5.无黏结预应力张拉法施工PART5孔道灌浆和封锚在孔道两端各安装压浆嘴一个,先检查阀门是否阻塞,然后对压浆设备进行安装检查。打开两端压浆嘴阀门,由一端压入水泥浆,当另一端压浆嘴或排气孔流出清水,出稀浆再出浓浆时关闭出浆口阀门,或卡死排气孔,再继续加大压力压浆,则水泥浆在