后张法预应力施工应用

【摘要】预应力混凝土是在构件承受外部荷载前，张拉受拉区域的预应力钢筋，通过预应力钢筋和混凝土间的锚具，将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件中，并产生预压应力。构件在外荷载作用下产生的拉应力，首先要抵消预压应力，从而提高了构件的抗裂度和刚度。由于具备上述优点，预应力混凝土施工技术被越来越广泛的应用在大跨度混凝土结构上。预应力混凝土施工技术分为先张法和后张法两种，本文主要从工程实践角度阐述后张法预应力混凝土的实际应用。

【关键词】后张法；预应力；锚具；钢绞线；张拉；孔道灌浆；封锚

后张法是先浇筑混凝土，后张拉钢筋的方法。即在浇筑混凝土构件前，在放置预应力筋的部位预先留设孔道，待混凝土达到设计强度后，将预应力筋穿入预留孔道内，用千斤顶等张拉机具将预应力筋张拉到设计规定的控制应力后，借助锚具把预应力钢筋锚固在构件端部，并对孔道进行灌浆。下文笔者从后张法预应力混凝土的施工工序的角度，逐一介绍各道工序施工工艺及主要注意事项。

1、后张法工艺流程： 埋管制孔

2、 埋管制孔及成孔

孔道留设是后张法预应力施工的关键工序之一。后张法预应力筋预留孔道的规格、数量、位置和形状应符合下列规定：预留孔道的定位应牢固，在浇筑混凝土时不应出现移位和变形；孔道应平顺，端部的预埋锚垫板应垂直于孔道中心线；成孔用管道应密封良好，接头应严密不漏浆；灌浆孔的孔径应能保证浆液畅通；灌浆孔的间距应符合规范要求，不得大于设计要求。孔道留设的常用方法主要有以下两种：

（1）胶管抽芯法。用间距不大于0.5m的钢筋井字架固定位置，在浇筑混凝土前胶管内充入压力为0.6-0.8MPa的压力水，使胶管直径增大约3mm。待混凝土浇筑初凝后，放出压力水，胶管缩小而与混凝土脱离，随机抽出胶管，形成孔道。

（2）预埋波纹管法。预埋波纹管可采用金属波纹管或高密度聚乙烯树脂塑料波纹管，波纹管的直径根据预应力筋的直径确定。波纹管的固定施工与钢筋安装施工同步进行，采用间距不大于0.8mm的定位钢筋井字架固定，注意在曲线孔道处定位间距需适当加密。安装波纹管过程中接头处务必包裹严密防止漏浆，线型平顺、安装牢固。波纹管预埋在构件中，浇筑混凝土后永不抽出。

3、张拉端锚垫板与固定端锚具安装

1）张拉端锚垫板安装：波纹管安装就位后，将锚垫板颈部套在波纹管上，波纹管与锚垫板的搭接长度不得小于30mm，搭接处外缘用胶布缠紧，并用软钢丝绑扎在固定锚垫板上。在安装前将螺旋筋套入，安装锚具后，螺旋筋紧贴锚垫板固定在钢筋上，锚垫板的孔道出口端必须与波纹管中心线垂直，其端面的倾角必须符合设计要求。

2）固定端型锚具安装：安装需要在钢绞线穿束前装配完毕，锚具装配是将固定端的预应力筋穿过锚垫板及锚板的小孔做挤压套、封压板。当张拉端穿预应力筋时，将固定端锚垫板的小孔端套在波纹管上，并将螺旋筋套入锚具的颈部。装配好的锚具安装到位，用钢筋架固定在附近的钢筋上。

4、 预应力筋下料与穿束

1）预应力筋下料：预应力筋的下料长度根据设计尺寸及锚具、张拉机具的性能要求确定。两端张拉下料长度：L（cm）=L0+2×（L1+L2）；单端张拉下料长度：L（cm）=L0+2×L1+L2

式中 L0――预留孔道直线或曲线长度（cm）

L1――锚板厚度（cm）

L2――千斤顶工作长度（cm）

有测力计的预应力筋，另加测力计高度及其垫板厚度。

下料用砂轮锯或切断机切割，不得采用电弧切割。切割前先用铁线绑扎切口两侧，以免切后钢绞线松散。严重锈蚀的预应力筋不能使用。有轻微锈蚀的，经试验合格后方可使用，但必须进行除锈，除锈方法可用钢刷和砂布等。

2）预应力筋的存放：预应力筋的存放必须用专门的架子架起，确保离地30cm以上； 对开封后的预应力筋要进行覆盖，避免锈蚀；需避免细砂石、焊渣等碰伤预应力筋；如用钢绞线，则端头不可散花，散花部分用切割机切除。

3）预应力钢束的穿束：浇筑完混凝土后，采用卷扬机牵引的方法对预应力筋进行穿束张拉；对于钢绞线，可用单根钢绞线牵引的方法进行钢绞线穿束，；端部做成尖锥形状，并用铜焊焊死后，套上牵引接头；当钢丝绳从另一端伸出孔道后通过特殊设备和钢束的牵引接头相连，用卷扬机缓缓将钢束拉进管内。

5、预应力设备选用与校验

1） 选用的张拉千斤顶须保证预应力筋在张拉过程中的安全可靠和准确性并且便于处理在张拉过程中产生的滑丝、断丝现象。千斤顶的工作能力为最大张拉力的1.3倍，千斤顶最大行程根据张拉时预应力筋的伸长量，并考虑初始张拉时预留行程量等因素决定，其张拉行程由下式决定：S=L+（3-5）cm

式中 S为千斤顶最大张拉行程 （cm）

L为预应力筋伸长量（cm）

2） 张拉油压表采用防震型，其精度等级采用0.4级。量程0～60Mpa，直径150L，每月校定一次。

3） 张拉设备（千斤顶、油泵、油压表）配套检定，张拉千斤顶、油表要定期校正，其千斤顶期限不超过一个月（或张拉200次），校正系数不得大于1.05，0.4级油压表检定的有效期不得超过1个月。到期后，必须重新进行检定，得出回归方程，并做好更换使用记录。

4） 在使用中发现指针无油压不回零，油表玻璃破损或其它不正常情况，对其准确性有怀疑时，不得继续使用，必须送试验室进行修复，经重新校正合格后方可投入使用。

5） 选用的油泵额定油压数为使用油压数的1.4倍，油泵箱容量为张拉千斤顶总输油量的150%以上。

6） 张拉油泵及油压表与张拉千斤顶配套。两者的选用与预应力筋的张拉力和千斤顶油压面积（活塞面积）有关。即：PU =P/FU

式中PU―计算油压表的读数或油泵的最大使用油压数（MPa）

P―预应力筋张拉力（N）

FU―张拉千斤顶工作油压面积（mm）

6、预应力筋张拉

在预应力张拉施工前，必须满足以下条件：①千斤顶及配套的油表已到有资质的检测单位进行标定；②砼抗压强度达到设计规定，如无设计规定则不低于抗压强度的75%。

预应力施工采用双控法，以应力控制为主，伸长值作校核，其张拉程序为：00.1σcon（持荷2min、作伸长量标记）0.25σcon（持荷2min、作伸长量标记）0.5σcon（持荷2min、作伸长量标记）0.75σcon（持荷2min、作伸长量标记）1.0（1.3）σcon（静停10min、作伸长量标记）补拉到σcon（测伸长量）锚固。

千斤顶的中心与锚垫板中心在同一中心线上，并相互密贴。千斤顶安装到位后，给张拉油缸供油，按照设计的张拉顺序，两端两侧同时对称张拉（即四台张拉千斤顶同时工作），当油表读数达到0.1σcon时，测量出各千斤顶活塞伸出长度，当油表读数达到0.25σcon时，测量出各千斤顶活塞伸出长度，待梁体受力稳定后，四台千斤顶分三阶段张拉到σcon，每阶段应力达到相应的规定后，四台千斤顶全部停止工作待梁体受力稳定后，才可进行下一次张拉，通过计算得出工作锚夹片回缩及自由长度的伸长值，从而与理论伸长值进行校核。

按每束根数与相应的锚具配套，带好夹片，将预应力筋从千斤顶中心穿过。检查工具夹片情况完好后，画线做标记。向千斤顶油缸供油并对钢绞线进行张拉，张拉力的大小以油压表的读数为主，以预应力筋的伸长值加以校核，实际张拉伸长值与理论伸长值的误差控制在±6%范围内，每端预应力筋回缩量控制在6mm以内。油压达到张拉吨位后，关闭主油缸的油路，并持荷10min，测量伸长量加以校核，检查夹片外露量、平整度、钢丝滑动、断丝情况并记录。若油压有所下降，须补油到设计吨位的油压值，千斤顶回油，夹片自动锁定则该束张拉结束，及时作好记录。

张拉工艺中应注意以下几个问题：

1） 张拉之前，对混凝土强度、外观质量做全面检查，如有缺陷，须修补完好且达到设计强度，并将锚垫板及锚下管道扩大部分的残余灰浆铲除干净，否则不得进行张拉。

2） 锚环定位。将工作锚环套在预应力筋上放入锚垫板的凹槽内，装入工作夹片，并使工作夹片的尾部大致相平（位于同一平面内），工作夹片处的间隙大致相等，此时不能用过大的力敲打夹片，以免夹片破裂，从而造成滑丝。

3） 千斤顶定位：张拉正常的关键之一在于“三轴”同心：即锚环中心、预留孔道中心与千斤顶中心保持同心，这样才能减少钢绞线的滑丝和断丝。

4） 压油表必须经过校验合格后方可允许使用，使用期间校验期限不得超过六个月。

5） 张拉千斤顶和压力表必须经过校验合格后方可允许使用，使用期间校验期限不得超过六个月。

6） 每孔梁张拉时，必须有专人负责及时填写张拉记录。

7） 千斤顶不准超载，不准超出规定的行程。转移油泵时必须将油压表拆卸下来另行携带转送。

8） 张拉期间对锚具进行遮盖，以避免锚具、预应力筋受雨水、养护用水浇淋，而造成锚具及预应力筋出现锈蚀。

9）伸长值校核是检验张拉工序成败的有效手段，张拉应力控制为主、伸长量控制为辅的双向控制已在预应力中普遍应用，若控制应力已达到设计值，并实际量测伸长值在计算伸长值的±6%范围内，则认为合格；否则要暂停张拉，查明原因，采取措施后，方可继续张拉。

7、孔道灌浆与封端

预应力筋张拉后，应立刻进行孔道灌浆。孔道内水泥浆应饱满密实，以防预应力筋锈蚀，同时增加架构的抗裂性和耐久性。

1）孔道灌浆：灌浆用灰浆应满足强度和粘结力要求外，尚应具较大的流动性和较小的干缩性、沁水性。一般用标号不低于42.5的普通硅酸盐水泥配置水泥浆，水灰比不应大于0.45，搅拌后3小时沁水率不宜大于2%，沁水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收。灌浆用水泥浆的抗压强度不应小于30N/mm2。为增加孔道灌浆的密实性，可在水泥中掺入一定量的减水剂。灌浆前，混凝土孔道应用压力水冲刷干净并润湿孔壁，可用电动压浆泵进行灌浆。水泥浆应均匀缓慢地注入，不得中断。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；曲线孔道灌浆，宜由最低点压入水泥浆，至最高点排出空气及溢出浓浆为止。

非直线型预应力筋采用塑料波纹管成孔时，一般采用真空辅助压浆，该工艺是在传统压浆的基础上将原有的金属波纹管改进成塑料波纹管，将孔道系统密封；一端用抽真空机将孔道内的空气抽出，同时压浆端压入水泥浆。当水泥浆从真空端流出且稠度与压浆端基本相同，再经过特定的排浆（排水及微末浆）、保压以保证孔道内水泥浆体饱满。与普通压浆相比，真空辅助压浆具备消除浆体气泡、避免浆体析水及干硬收缩等优点，有利于浆体充盈整个孔道，尤其是一些关键部位，所以在弯型、曲线型预应力筋中较为广泛应用。

2）封端混凝土浇筑：封端前对锚具、锚垫板表面及外露钢绞线用聚氨酯防水涂料进行防水与防锈处理。封端必须在孔道压浆结束并检查合格后，才允许进行施工；封锚混凝土采用无收缩混凝土，抗压强度不低于设计要求，标号同构件混凝土；浇注构件封锚混凝土之前，先将锚垫板表面的粘浆和锚环外面上部的灰浆铲除干净，并对锚圈与锚垫板之间的交接缝进行防水处理，同时检查无漏浆的管道后，才允许浇注封锚混凝土。为保证接合良好，将混凝土表面凿毛，并放置钢筋网片。

总结：预应力混凝土是一种具有良好结构性能和综合经济效益的现代结构形式，已被越来越广泛的应用于大跨度桥梁施工。相对于世界建筑领域而言，我国预应力技术研究起步较晚，而且应用尚不广泛，尤其是预应力设计及施工控制方面，故此，对预应力的研究是十分紧迫而必要的。本文主要对后张法预应力施工工艺进行了较为详尽的阐述，对实际工程操作有一定的指导作用。对于后张法预应力施工中采用波纹管预留孔道容易破损导致孔道堵塞的问题，由于破损时不易被发现，造成在预应力筋穿束及张拉中耗费大量人力、财力及时间来解决，笔者有亲历，希望能摸索出一套预先控制、及时发现、简单补救的方法来弥补上述问题，值得在今后施工中继续探讨研究。