建筑預應力混凝土工程新技術的應用

摘要：預應力混凝土就是在結構承受外荷載以前，在結構受拉區預先施加預壓應力，從而抵消一部分或全部由于結構使用階段外荷載產生的拉應力，推遲和限制構件裂縫的開展，充分利用鋼筋的抗拉能力，提高結構的抗裂度、剛度和耐久性，以及取得較好的綜合經濟指標，本文主要從三個方面探討預應力混凝土施工技術。

關鍵詞：民用建筑；預應力；混凝土；施工技術

預應力混凝土按預應力度大小可分為全預應力混凝土和部分預應力混凝土。全預應力混凝土是指在全部使用荷載下，受拉邊緣不允許出現壓應力，它適用于要求混凝土不開裂的結構；部分預應力混凝土是指在全部使用荷載下，受拉邊緣允許出現一定的拉應力或裂縫，由于其綜合性能好、費用低，因而在實際工程中應用十分廣泛，以下將探討三種施工技術方法。

一、先張法施工技術

先張法施工是在澆筑混凝土前，用張拉機械先張拉預應力筋并錨固，然后進行普通鋼筋的綁扎、支模板、澆筑混凝土，待混凝土養護達到規定強度后，放松預應力筋，借預應力筋彈性回縮，使混凝土與預應力之間產生粘結力，從而使鋼筋混凝土構件受拉區的混凝土承受預壓應力，為預應力混凝土臺座先張法生產示意圖，一般情況下，先張法施工適于生產中小型構件。

1、施工工藝

（1）臺座準備

臺座是先張法施工的主要設備之一，它隨預應力筋傳遞全部的拉力。因此，臺座應具有足夠的強度、剛度和穩定性。臺座按構件形式分為墩式和槽式兩類，具體選用時，根據張拉構件種類、噸位和施工條件而定。墩式臺座長度以100 m為宜，張拉一次可生產多根預應力混凝土構件，減少了張拉力和臨時固定的工作以及預應力筋滑移、橫梁變形引起的預應力損失，墩式臺座寬度一般為2～3 m，具體寬度視情況而定。

墩式臺座臺面是預應力混凝土構件成型的胎膜，要求表面光滑，無起灰、起砂、起毛、裂縫、起殼等現象。墩式臺座臺面平整度用2m直尺檢查不大于2 mm，伸縮縫視情況而定，盡量符合模數，排水坡度一般為0.3%一0.5%為宜。

夾具是預應力筋進行張拉和臨時固定的工具，要求夾具工作可靠、施工方便、成本低。根據施工特點，夾具一般分為張拉夾具和錨固夾具。張拉夾具是張拉預應力筋的機構，要求工作可靠，操作簡單，能以穩定的速率加荷。

（2）預應力筋張拉

張拉程序為減少松弛而引起的應力損失，在施工過程中張拉應力值通常超過規范規定的控制應力，即超張拉。預應力鋼絲超張拉應力為5%，由于鋼筋應力損失在最初幾分鐘內可完成40%～50%，故常持荷2 min。預應力筋的張拉程序：0→105%控制應力或0→103%控制應力。

（3）預應力筋的檢驗：

①位置：張拉后錨固位置偏差不得大于5 mm和構件截面最短邊長的4%。

②預應力：張拉后預應力的偏差不得大于或小于構件全部鋼筋預應力值總和的5%。張拉順序一般情況下，張拉多根鋼筋時，為避免臺座承受過大的偏心壓力，應先張拉靠近臺座截面重心處的預應力筋。

（4）混凝土的澆筑和養護

鋼筋張拉完畢，側模安裝好后，即澆筑混凝土，并且必須一次性澆筑完畢，不允許留設施工縫。構件應避免臺面溫度縫，若不能避開，必須在溫度縫上鋪設塑料薄膜或鋼板等，混凝土強度不低于C30。混凝土配合比應采用低水灰比，并控制混凝土水泥用量和粒徑級配。澆筑過程中，必須振搗密實，不得漏振，尤其是端部。對疊層混凝土構件，生產時，應待下層構件強度達到8～10 N/mm2后，再進行上層混凝土構件澆筑。混凝土的養護溫度一般不得超過20℃，但若防止因溫差引起的預應力損失，可按正常升溫制度加熱養護，不需二次升溫。

混凝土養護。

（5）預應力筋放張

預應力筋的放松是預應力建立的過程，放松方法和順序是否正確，直接影響構件的質量，因此，在放松之前應確定可靠的放松順序和放松方法，采取相應的技術措施確保工程質量。

預應力筋的放松必須待混凝土達到設計規定的強度以后才可以進行。當設計無要求時，應不低于設計的混凝土立方體抗壓強度標準值的75%。采用氧氣乙炔焰預熱粗鋼筋放松時，應在烘烤區輪換加熱每根鋼筋，使其同步升溫。此時，鋼筋內力徐徐下降，外形慢慢伸長，待鋼筋出現縮頸。即可切斷。此法應注意防止燒傷構件。

二、后張法施工技術與特點

后張法施工是在鋼筋混凝土結構成型時，在規定的設計位置預留孔道，待混凝土結構達到設計強度后，將預應力筋穿人孔道中張拉；亦可先穿筋，然后用錨具將預應力筋錨固在構件上后進行孔道灌漿。

1、后張法的施工特點：

①后張法施工適用于大型預應力混凝土構件、大跨度構件。

②后張法施工不需要固定的臺座設備，不受地點限制，廣泛適用于現澆混凝土結構及道路、橋梁等的拼裝作業。

③后張法施工工序多，工藝復雜，錨具永遠留置在構件內，不能周轉使用。

④后張法施工適用于單根粗鋼筋、鋼筋束、鋼絞線等。

后張法施工由于直接在混凝土構件上進行張拉，故不需要固定的臺座設備，不受地點限制，適用于在施工現場生產大型預應力混凝土構件，特別是大跨度構件。后張法施工工序較多，工藝復雜，錨具作為預應力筋的組成部分，將永遠留置在預應力混凝土構件上，不能重復使用。

2、錨具的使用

在后張法中，錨具是建立預應力值和保證結構安全技術的關鍵，要求錨具的形狀尺寸準確，有足夠的強度和剛度，受拉后變形小，錨固可靠，不致產生預應力筋的滑移和斷裂現象。此外，還應力求取材容易，加工簡單，成本低廉，使用方便。錨具或其附件上宜設置灌漿孔道，灌漿孔道應有使漿液通暢的截面積。

后張法所用錨具根據其錨固原理和構造形式不同，可分為螺桿錨具、夾片錨具、錐銷式錨具和鐓頭錨具四種體系；在預應力筋張拉過程中，按錨具所在位置與作用不同，又可分為張拉端錨具和固定端錨具；預應力筋的種類有熱處理鋼筋束、消除應力鋼筋束或鋼絞線束、鋼絲束。因此按錨具的錨固鋼筋或鋼絲的數量，可分為單根粗鋼筋錨具、鋼筋束和鋼鉸束錨具、鋼質錐形錨具等。

3、預應力筋的制作與安裝

預應力粗鋼筋的制作一般包括配料、對焊、冷拉等工作。預應力筋的下料長度由計算確定，計算時應考慮錨具的特點，對焊接頭的壓縮量，鋼筋的冷拉率、彈性回縮率、張拉伸長值和構件長度等影響。預應力鋼筋束在冷拉后進行，為了減少鋼鉸線的結構變形和應力松弛的損失，在下料前需經預拉。鋼絲束的制作比較復雜，隨錨具形式不同，制作方法也有差異，但一般需經過調直、下料、編束和安裝錨具等工序。鋼絲束、粗鋼筋、鋼筋束的安裝按照圖紙下料要求進行穿筋。穿筋過程中，注意清孔及孔的通暢，并注意調整兩端留出的長短，要保證張拉時錨具的工作長度。

4、預應力筋的張拉

①張拉時對混凝土構件強度的要求：后張法施工進行預應力筋張拉時，要求混凝土強度應符合設計要求或不得低于設計強度的75%。

②張拉順序和制度：根據《混凝土結構設計規范》（GB 50010--2002）確定張拉控制應力。對多根預應力筋應分批、對稱進行張拉。分批張拉時，由于后批張拉混凝土易產生彈性壓縮，從而引起前批張拉預應力筋的應力降低，因此應增加前批預應力筋的應力。對稱張拉是為了避免張拉構件截面呈現過大偏心受壓狀態。對平臥疊澆的預應力混凝土構件應自上而下逐層張拉。為減少上、下層之間的摩阻力引起的預應力損失，可逐層加大張拉力，但底層構件張拉力不應超過頂層的預應力筋的張拉力。

5、孔道灌漿

預應力筋張拉完畢，孔道應盡快灌漿，以防止預應力筋銹蝕，增加結構的整體性和耐久性。灌漿采用純水泥漿或水泥砂漿，水泥強度等級不低于32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥。由于純水泥漿收縮性較大，為增加灌漿的密實性和純水泥漿的流動性，可加入適量的微脹劑或其他對預應力筋無腐蝕作用的外加劑。灌漿順序應先下后上，以避免上層孔道漏漿阻塞下層孔道，灌漿要求緩慢均勻地進行，一次完成，不得中斷。

三、無粘結預應力混凝土的后張法施工工藝

無粘結預應力混凝土是預應力筋體系中一個分支體系，也是一項后張法新工藝。其工藝原理是利用無粘結鋼筋與周圍混凝土不粘結的特性，把預先組裝好的無粘結預應力筋（簡稱無粘結筋）在澆筑混凝土之前與非預應力筋一起按設計要求鋪放在模板內，然后澆筑混凝土。待混凝土強度達到設計強度的75%后，利用無粘結預應力筋在結構可做縱向滑動的特性，進行張拉錨固，借助兩端錨具，達到對結構產生預應力的效果，其工藝流程如圖1所示：

圖1：無粘結預應力混凝土的后張法施工工藝流程圖

而無粘結預應力的施工工藝有以下幾種：

1、無粘結預應力筋鋪設

在單向連續板中與非預應力筋鋪設基本相同，在雙向連續板中，應事先編出鋪設順序，先鋪設搭接點標高較低部分的無粘結筋，后鋪設標高較高部分的無粘結筋。

2、無粘結預應力筋就位固定

無粘結預應力筋應嚴格按設計要求的曲線形狀就位并固定牢靠。在連續梁的支座處，用墊鐵馬凳（間距1～2m）將無粘結曲線筋架立起來，并用鐵絲與無粘結筋綁扎或用鐵絲將曲線筋吊在上部的非預應力筋骨架上；跨中部位用混凝土墊塊控制標高，位置正確后用鐵絲固定在非預應力的鋼筋骨架上，間距0.7—1.0 m，并與箍筋扎牢。在雙向連續板中，無粘結曲線筋標高可采用鐵馬凳（A形鋼筋架、間距1.25—2.0 m）墊好扎牢；在支座部位，無粘結筋可直接綁扎在梁或墻的頂部鋼筋上；在跨中部位，無粘結筋可直接綁扎在板的底部鋼筋上。

3、無粘結預應力筋張拉端固定

張拉端模板應按施工圖中規定的無粘結筋的位置鉆孔，張拉端的承壓板采用釘子固定在端模板上或用點焊固定在鋼筋上。無粘結曲線筋或折線末端的切線應與承壓板相垂直，曲線端的起始點至張拉錨固點應有不小于300 mm的進線段。當張拉端采用凹人工作法時，可采用塑料穴模或泡沫穴模（如圖4所示）、木塊等形成凹口。澆筑混凝土時，嚴禁踏壓撞碰無粘結預應力筋、支撐鋼筋及端部預埋件，張拉端與固定端混凝土必須振搗密實。

（a）泡沫穴位；（b）塑料穴模

（1——無粘結預應力筋；2——螺旋筋；3——承壓鋼板；4——泡沫穴模；5——錨環；6——帶杯口的塑料套管；7——塑料穴模；8——模板。）

4、無粘結預應力筋張拉與錨固

①無粘結預應力混凝土樓蓋結構的張拉順序，宜失張拉樓板，后張拉樓面梁；

②無粘結曲線筋的長度超過25 m時，宜采取兩端張拉；當筋長超過60 m時，應采取兩端張拉。如遇到摩擦損失較大，則宜先松動一次再張拉；

③無粘結預應力筋張拉伸長值校核與有粘結預應力筋相同。對超長無粘結預應力筋由于張拉時阻力大，應力作用下的伸長值比常規推算伸長值小，應通過試驗修正。

5、無粘結預應力筋端部處理

①張拉端處理按所采用的無粘結筋與錨具不同而異。在雙向連續板中，

采用鋼絲束鐓頭錨具時，其張拉端頭處理如圖5（a），（b）所示；其中塑料套筒供鋼絲束張拉時，錨環從混凝土中拉出來用，塑料套筒內空隙用油槍通過錨環的注油孔注滿防腐油，最后用鋼筋混凝土圈梁將板端外露錨具封閉。采用無粘結鋼絞線夾片錨具時，張拉后端頭鋼絞線預留長度應不小于15 cm，多余部分割掉，并將鋼絞線散開打彎，埋在圈梁內進行錨固：

（l——錨環；2——螺母；3——承壓板；4——塑料保護套筒；5——油脂；6——無粘結鋼絲束；7——錨體；8——夾片；9——鋼絞線；l0——散開打彎鋼絲；11——圈梁）

四、結束語

總而言之，預應力混凝土施工中，只有熟練掌握先張法施工技術、后張法技術與無粘結預應力筋施工工藝，才能提高施工質量與水平。

參考文獻：

[1]王洪健等主編，《建筑施工技術》，黑龍江科學技術出版社，2000 年

[2]彭勍，淺析土方工程施工要點，[J]今日科苑，2009-11-08