预应力砼折线型屋架张拉及孔道灌浆施工技术

摘要:本工程梁采用一端固定锚，一端夹片锚的方式，屋架预留灌浆孔道成型采用金属波纹管，预制过程中为三或四榀叠打。

关键词：折线形屋架 预应力 单端张拉 叠打

兖矿高性能铝材项目挤压车间工程为预应力混凝土折线型屋架，共包括30m屋架二跨及24m屋架六跨，共计190榀，其中30m 跨Y-WJ-2共计54榀，24m跨Y-WJ-2共计108榀，24m跨Y-WJ-1屋架共计28榀，混凝土强度等级为C55,水泥浆强度等级为M30，封端混凝土强度等级为C40。屋架采用1×7标准型公称直径15.2mm，抗拉强度级别为1860N/mm2，高强度低松弛预应力钢绞线。预留孔采用直径55的金属波纹管贯穿。锚具选用的型号为TYM15-3和TYM15-4两种。夹片选用的型号为TYM15-J一种。

一、施工方案确定

本工程每榀屋架预留两个直径55的孔道，每孔道内分别穿有4根及3根直径15.2mm钢绞线。在张拉端选择方式，常规一端为固定端，另一端为张拉端。本工程为三跨等高结构，在锚具选择方式上两端必须采用夹片锚，原因为：屋架安装中，中间只留有200mm空隙，而为梁采用一端固定锚，一端夹片锚的方式。则由于固定锚预留钢绞线最终露出长度尺寸为120mm，会造成屋架吊装无法就位情况，而夹片锚钢绞线露出长度为80mm，两榀屋架之后，中间可留有40mm空隙。屋架在预制过程中为三或四榀叠打，张拉顺序要求采用从上到下两端对称张拉方法。

二、原材料的要求

1．钢绞线：

本工程选用天津第一预应力厂生产的产品。钢绞线进场要求如下：

（1）钢绞线进场必须有产品合格证，并且还应有出厂质量证明书。

（2）预应力钢绞线进厂应成批验收，每批由同一钢号、同一规格、同一生产工艺制度的钢绞线组成。每批重量不大于60吨。从每批钢绞线中选取3盘进行表面质量、力学性能的试验。

（3）每盘钢绞线应由一整根钢绞线组成，如无特殊要求，每盘钢绞线的长度不小于200m。钢绞线盘的内径不小于1000mm，钢绞线内不应有折断，横裂和相互交叉的钢丝。

（4）成品钢绞线表面不得带有剂、油渍、浮锈等降低钢绞线与混凝土粘结力的物质。

2．锚具及夹片：

本工程选用河南开封生产的锚具及夹片。其进场要求如下：

（1）锚具及夹片进场应有出厂合格证、质量证明书及静载锚固性能试验报告。

（2）外观检查： 应从每批中抽取10%的锚具且不少于10套，检查其外观和尺寸。

（3）锚具及夹片进场必须做硬度检验：应从每批中抽取5%的锚具且不少于5套，。

原材检验送至济南山东大学试验站进行检测。

3．金属波纹管：

屋架采用金属波纹管厚度为0.2mm ,进场应有出厂合格证及出厂检测报告，进场时需做外观检查，波纹管的接头连接选用比设计大一规格类型的。

4．堆放要求：

进场的锚具应存放在室内货架上，钢绞线、金属波纹管放置平坦，并垫离地面，加以覆盖，确保钢铰线置于干燥环境中。

三、施工准备

1．人员准备：分为准备阶段人员准备、张拉阶段人员准备及注浆及封锚阶段人员准备，各阶段人员可形成流水。准备阶段完成一批后即可开始张拉。张拉完毕后验收合格，应及时注浆。各阶段人员准备如下：

2．材料准备：

千分表的使用正常需用5块，由于拉坏情况，需多准备。同时，张拉锚具及夹片除准备工作锚具及工作夹片外，实际张拉中，还需准备两套工具锚具及工具夹片周转使用，一般周转次数为50~60次左右。具体材料如下：千分表、0.5T倒链、大锤、小锤、内径20mm钢管、L形钢尺、千分表架、三角架、P.O42.5R水泥、铝粉、JM15-3及JM15-4夹片锚具、大小头10-35mm木楔等。

3．机具准备：

主要机具准备如下：砂轮切割机、手提砂轮机、 YBZ2*2-50张拉油泵、YDC-1100千斤顶、YDC-270千斤顶、灰浆搅拌机、注浆机、电焊机等。

为了保证张拉安全及数据准确，合理选择张拉机具非常关键。对于张拉最基本的千斤顶和油泵、压力表的选择要求如下：

千斤顶选用吨位数一般为张拉力的1.5倍左右，本工程钢绞线最大张拉力为690KN，选用1100KN穿心式千斤顶。另外准备一套270KN穿心式千斤顶，进行单根钢绞线的张拉。

为保证压力表的使用安全，压力表读数一般为实际压力值最大读数的1/2~2/3，压力表读数是经过校泵时千斤顶的拉力转换为压力表

读数测定的。本工程选用精度为1.5级的耐震压力表。其表盘直径为15cm，读数分格为0.5MPa，最大读数为60Mpa。

油泵应与千斤顶、压力表配套选用，本工程采用电动高压油泵，型号为YBZ2*2-50。

4．技术准备

（1）预应力筋张拉前，应待屋架砼的立方体强度满足设计要求后，并提供砼的强度试压报告，方可施加预应力。

（2）已进行技术交底，并应将预应力筋的张拉吨位与相应的压力表指针读数、钢筋计算伸长值写在牌上，并挂在明显位置处，以便操作时观察掌握。

（3）灌浆用的水泥浆的配合比以及封端混凝土的配合比已经试验确定。

（4）预应力筋张拉所需用的各种施工记录表格准备完毕。

（5）除做好作业指导书、技术交底及图纸审核等外，还需要做好下料长度及张拉伸长值的计算。在进行计算中，下料长度要依据张拉工艺，应考虑工作锚、千斤顶及工具锚的长度和厚度，并在工具锚后留出100mm。本工程下料长度计算如下：

24m跨屋架钢绞线下料长度为

钢绞线下料长度=孔道长度+工作锚厚度+千斤顶长度+工具锚厚度+工具锚后留出的长度

L=23.8+0.1+0.32+0.1+0.1+0.1=24.52m

实际下料长度按24.6m下料

30m跨屋架钢绞线下料长度为

钢绞线下料长度=孔道长度+工作锚厚度+千斤顶长度+工具锚厚度+工具锚后留出的长度

L=29.8+0.1+0.32+0.1+0.1+0.1=30.52m

实际下料长度按30.6m下料

（6）张拉伸长值计算分为曲线和直线两种。本工程为直线，计算较为简单，弹性模量理论为1.95×105Mpa。为确保精确计算，需根据试验确定实测值为准，本工程采用理论弹性伸长值计算如下：

L=PpL/ApEp

式中:L―预应力钢绞线长度（m）。

Ap―预应力钢绞线的公称面积（mm2）。

Ep―预应力钢绞线的弹性模量。

Pp―预应力钢绞线的平均张拉力。

30跨Y-WJ-2 30.05 560 1.95×105 690 180.8 170.0―191.6

（7）张拉设备的校验

千斤顶作用力一般是直接用压力表测定的。在张拉前，应将千斤顶及配套使用的油泵、压力表一起进行校验，并配套编号，专表专用，不能混用。

4．现场准备

（1）对屋架作全面检查，屋架端头砼及波纹管道扩大部分的残余干净。

（2）屋架按照设计图纸进行编号，并按照张拉顺序对预留波纹管洞从上到下进行编号。

（3）对张拉预留洞逐孔检查，并采用直径48mm钢管进行通孔疏通。

（4）张拉场地应平整、通畅，张拉的两端有安全防护措施。

四、施工工艺

1．工艺流程

2．钢绞线下料

（1）由于钢绞线的盘重大、盘卷小、弹力大，为防止在下料过程中钢绞线乱并弹出伤人。

（2）为确保下料尺寸准确，钢绞线应在固定的平台上进行下料，下料时应进行编束、编号，钢绞线下料长度误差为±20mm，如果下料长度很长应考虑温度对下料的影响，最好同一时间下的料放在一起。

（3）钢绞线应采用砂轮切割机切断，以保证切口平正，线头不散，不允许用电、气切割，以防损伤钢绞线和发生意外事故。

（4）切割完成后，钢绞线端部用黄胶带缠好，避免钢绞线穿束时损伤钢绞线。

（5）预应力钢绞线应梳整分根、编束，每隔1~1.5m 用18~22# 镀锌铅丝密缠20mm 固定使之编扎成束顺直不扭转。其目的是防止钢绞线扭曲，在张拉时出现钢绞线损伤及拉断现象。

（6）同束各根钢绞线的下料长度相对误差，应尽可能严格控制。

（7）钢绞线编成束后不得已需要盘放时，盘径应大于3m，并应放在木垫上。搬运时支距不得大于3m，两端悬出长度不得大于1.5m，并保持顺直不得扭转。

（8）钢绞线在下料前应进行表面清理、除锈，钢绞线不允许焊接，或焊渣灼伤，凡有以上缺陷的钢绞线不准使用。

4．穿束

本工程预应力筋穿入孔道采用后穿束法，即在浇筑混凝土之后穿束，穿束后即行张拉，易于防锈。其具体要求如下：

（1）穿筋前，应检查钢筋的规格、总长是否符合要求。

（2）穿筋前，应采用高压水冲洗孔道内的杂物和检查孔道有无串孔现象，再用高压风冲出积水和冲干孔道。

（3）钢绞线穿筋应在张拉前一周完成，防止穿筋过早造成钢绞线锈蚀或损坏。

（4）穿筋采用整束穿入方案，钢绞线应排列理顺，钢绞线不得在孔道内交叉叠绕。

（5）钢筋穿好后将束号在构件上注明，以便核对。

5．安装锚具及仪表

为防止张拉时锚具偏心造成张拉受力不均匀情况，应具体做法在孔道四周用红漆标出中心线。

钢绞线穿束后，将工作锚穿过钢绞线与屋架端部预埋件靠拢，再用Ø20mm钢管将工作夹片与工作锚捣紧，并使工作锚与屋架端部预埋件靠紧，无缝隙。

工作锚具及夹片安装完后，将工具锚及千斤顶（千斤顶编号与油泵编号相对应）穿过钢绞线与工作锚靠紧，用Ø20mm钢管将工具夹片与工具锚捣紧。

工具锚及千斤顶安装完后，再安装千分表，将千分表的指针与屋架端部的预埋件贴紧，并调动指针将千分表读数调整到整数。在张拉时，千分表读法采用倒读数法。

6．张拉：

（1）张拉方案：本工程屋架张拉采用先上后下两端对称张拉的施工方法。张拉采用应力与应变进行双控，以应力作为主要控制因素，应变作为校核。

（2）张拉操作顺序：

0初应力---0.1σk（量测伸长值----两边同时张拉到75％σk（量测伸长值和读千分表）-----两边同时回顶到0 两边同时张拉到75％（量测伸长值）两边同时张拉到103％σk（量测伸长值和读千分表）-----复核实际伸长值，无误后两边同时回油卸顶到0 。

（3）张拉要求：

①伸长值在实际量测中，由于钢绞线在孔道内有下垂和弯曲情况，必须给予钢绞线一定力消除钢绞线下垂、弯曲后方可做为理论伸长值的0点值。参考相关工程施工经验，本工程以10％σk（σk为计算张拉力）的长度做为0量测点。

②两端同时张拉时，两端千斤顶升压、降压、插垫等工作应基本一致。千斤顶张拉时升压，应观察有无漏油和千斤顶位置是否偏斜，升压必须徐缓、均匀、平稳进行，回油降压时应缓慢松开回油阀。

③实际伸长值除张拉时量侧的伸长值外，还应加上初应力时的推算伸长值，尚应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值，理论伸长值与实际伸长值之间差值控制在±6%以内。

④张拉时，应注意工具锚夹片保持清洁和良好的状态。新的工具锚夹片第一次使用前，应在夹片背面涂上石蜡。以后每使用5~10次，应向工具锚的锥形孔中和工具锚夹片背面重新涂上一层石蜡，以防夹片在退楔时卡住。

(4)张拉验收：

张拉完成后，检查全部钢绞线束应符合下面要求。

①预应力筋张拉锚固后实际建立的预应力值与工程设计规定检验的相对允许偏差为±5%，在同一检验内，抽检预应力筋总数的3%，且不少于5束。

②每端预应力筋回缩量在6mm以内；

③夹片外露量不得大于5mm。

④实测伸长值与理论伸长值相差不大于±6％。

⑤张拉过程中应避免预应力筋断裂或滑脱，当发生断裂或滑脱时，必须符合下列规定:对后张法预应力结构构件，断裂或滑脱的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一根。

（5）填写施加预应力记录。

7．孔道灌浆

（1）一般规定：

①预应力筋锚固后的外露长度，不宜小于30mm，锚具应用封端混凝土保护，当需长期外露时，应采取防止锈蚀的措施。

②孔道在压浆前用高压水冲洗，以排除孔内粉渣等物，保证孔道畅通，冲洗后的孔道再用高压风吹去孔内积水，但要保持孔道湿润，以使水泥浆与孔壁的结合良好。

③预应力筋张拉完后应尽早进行孔道灌浆，以减少预应力损失。

④对于多跨预应力筋的孔道灌浆，应张拉完一跨随即灌注一跨，不得在各跨全部张拉完毕后，一次连续灌浆。

⑤灌浆压力一般为0.4～0.6Mpa。

(2)配合比的材料准备

①水泥品种及性能：孔道灌浆采用强度等级PO42.5级的普通硅酸盐水泥，

水泥浆的水灰比不应大于0.45，水泥浆应有足够的流动性，采用流动度为150～

200mm，即可满足灌浆要求,水泥浆3h泌水率宜控制在2%，最大不得超过3%。

②水： 可饮用的清洁水，不含对水泥或预应力筋有害的物质。

③外加剂： 本工程掺入UEA膨胀剂，根据实验站的配合比报告，现场进

行了调整，掺量为水泥量的10%，外加剂不含有对预应力筋有侵蚀性的氯化物、硫化物及硝酸盐等。

（3）水泥浆的搅拌

①灌浆用水泥浆水灰比本工程按0.45进行配置。

②为防止水泥浆搅拌时水灰比偏差大，本工程水泥采用袋装硅酸盐水泥，水和外加剂采用固定的水桶来计量用量。水量和外加剂用量应以水泥重量50kg的整数倍计算，先装上一桶水和外加剂，在磅秤在秤取重量，再按照实验室的配合比报告换算出水用几桶、外加剂用几桶。所需材料确定用量后，再开始进行水泥浆搅拌。

（4）注浆要求：

①灌浆操作前把灰浆泵试开一次，检查其运转是否正常，是否满足灌浆时所需要的压力，然后才能正式开始灌浆。灌浆必须连续进行，一次灌完。如中间因故停顿时，应立即将已灌入孔道的灰浆用水冲洗干净，以后在重新灌入。

②灌浆顺序宜先灌注下层孔道，后灌注上层孔道，并应缓慢均匀地

进行，不得中断，排气应通顺，在灌满孔道封闭排气孔后，应继续加压至0.5～0.7MPa，稳压1～2min，稍后封闭灌浆孔。

③灰浆一般从构件中部的灌浆孔灌入，当构件两端的排气孔排出空气一水一浆（稠度与灌入的浆体相当）时，用准备好的木塞将两端的灌浆孔及排气孔塞住，并稍加大压力，稍待一些时间，再从中部灌浆孔拔出喷嘴，立即用木塞塞住。如发现中部的灌浆孔堵塞时，也可从两端的灌浆孔灌入。

本工程在孔道灌浆完后、张拉应力达到稳定后，对两端端头多余的预应力钢绞线应进行切割，切割后的外露长度为3cm，只允许用砂轮机切割。

8．封端

（1）封锚前应将端部水泥浆、支承垫板、锚具及端面砼的污物清除干净， 并凿毛端面砼。

（2）设置端部钢筋网，固定好端模板，在浇筑封端细石混凝土时，应严格控制细石砼的厚度为80mm以内，防止由于厚度过大影响中部屋架吊装时的就位。

结束语：本工程采用上述措施进行控制，190榀屋架预制、张拉、灌浆、养护已全部完成，从已施工的情况来看，未出现质量问题、全部合格，有利于保证工程质量 ,加快施工进度 ,同时降低工程造价。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。