后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)分析及應(yīng)用

鄧開祿

引言

在建筑工程中運(yùn)用后張法施工技術(shù)，能夠有效提升工程施工質(zhì)量，由于該技術(shù)的使用不需要相應(yīng)的臺(tái)座設(shè)備，具有較大的靈活性，目前被廣泛應(yīng)用在大型預(yù)應(yīng)力混凝土的施工過程中。

1 后張法預(yù)應(yīng)力概述

1.1 后張法預(yù)應(yīng)力

所謂后張法的施工技術(shù)，其施工方式是首先對(duì)水泥混凝土澆筑，確保其強(qiáng)度達(dá)到要求后，再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼材張拉，進(jìn)而形成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的施工方式。后張法預(yù)應(yīng)力施工原理為先進(jìn)行構(gòu)件制作，根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋位置在構(gòu)件內(nèi)進(jìn)行一定孔道位置的預(yù)留，確保構(gòu)件混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)規(guī)定后，將預(yù)應(yīng)力筋穿入預(yù)留孔道進(jìn)行張拉作業(yè)，同時(shí)通過錨具在構(gòu)件端部錨固張拉后的預(yù)應(yīng)力筋，根據(jù)構(gòu)件端部錨具向混凝土傳遞預(yù)應(yīng)力筋預(yù)張拉力，等到出現(xiàn)預(yù)壓應(yīng)力后，將水泥漿灌入孔道內(nèi)，形成一個(gè)整體（預(yù)應(yīng)力筋和混凝土構(gòu)件組成）。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土為后張法預(yù)應(yīng)力的主要形式。

1.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具備的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：①結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度減小，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性；②構(gòu)件的截面的高度減小，同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)自重；③很好的利用了高強(qiáng)度鋼材的高強(qiáng)拉力；④具有非常好的裂縫封閉性能，同時(shí)對(duì)于活荷載卸荷后促進(jìn)構(gòu)件變形恢復(fù)的性能；⑤抗剪的承載力有所提升。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土后張法施工工藝要點(diǎn)

2.1 孔道預(yù)留

在實(shí)施孔道預(yù)留施工的過程中，對(duì)該工藝的基本要求為：保證孔道直徑中預(yù)應(yīng)力筋的順利通過；按照孔道設(shè)計(jì)的位置以及尺寸等要求進(jìn)行施工，在對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)不能發(fā)生變形或位移；在設(shè)計(jì)的預(yù)留位置附近一定要留設(shè)出灌漿孔；在孔道曲線的波峰位置處設(shè)置出可排氣也可排水的管道，在必要的情況下可以加設(shè)排水管，從而保證灌漿孔徑中漿液的順利流通。

2.2 空孔道預(yù)留方法

因孔道形狀有曲線、直線以及折線三種，因而孔道預(yù)留的方法可以包括以下幾種：

（1）鋼管抽芯法。可將表面光滑且平直的鋼管預(yù)埋在模板中預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道的具體位置上，在實(shí)施澆筑后或是拔管之前，要每隔15min 左右的時(shí)間勻速且緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管，等到混凝土發(fā)生初凝后，利用卷揚(yáng)機(jī)勻速拔出鋼管，就可在鋼管構(gòu)件中形成孔道。

（2）預(yù)埋管法。此種方法是利用鋼筋井字架將薄鋼管、金屬螺旋管等，固定在預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置上，并在混凝土構(gòu)件中埋管成型的一種施工方式。同時(shí)此種施工方式也適用于曲線預(yù)應(yīng)力筋的孔道埋設(shè)，然而在采用電熱后張法的施工過程中，不宜采用金屬管所埋設(shè)的管道。

（3）膠管抽芯法。在通常情況下，該方法是利用5～7 層帆布夾層，6～7mm 壁厚的橡膠管進(jìn)行折線、曲線或是直線的孔道成型。具體的操作方法為：將膠管的一段完全封閉，并在另一端安裝閥門，設(shè)置在孔道預(yù)先設(shè)計(jì)的位置附近，直到混凝土初凝后，將膠管一段的閥門進(jìn)行放水降壓處理，這時(shí)膠管發(fā)生回縮，就會(huì)和混凝土發(fā)生分離。其中抽出膠管的順序通常為先曲后直、先上后下，如圖1 所示。

圖1 膠管抽出順序示意圖

2.3 預(yù)應(yīng)力張拉

首先開始支架基礎(chǔ)施工，然后支架搭設(shè)，接著底腹模板安裝，再底腹板鋼筋安裝，然后波紋管安裝、定位，接著進(jìn)行混凝土澆注，再頂模安裝，然后頂翼板鋼筋安裝，再上層混凝土澆注，然后養(yǎng)護(hù)，接著鋼絞線編束、穿束，再預(yù)應(yīng)力張拉，然后封錨，接著繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，然后進(jìn)行模板支架拆除。

一般來說，其在施工中具有如下特點(diǎn)：橋型構(gòu)件在建造時(shí)不因季節(jié)的變化而受到影響，上部和下部的施工可以同時(shí)進(jìn)行，減少了施工時(shí)間，降低了工程的建設(shè)時(shí)間成本；節(jié)約施工材料的消耗；構(gòu)件型式在各項(xiàng)尺寸長(zhǎng)度上趨向于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，為規(guī)模化施工成為現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造了條件。

3 后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)在城建工程中應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 工程概況

某工程屬于框剪結(jié)構(gòu)，地下為1 層、地上為7 層。該建筑的總高度為29.45m，東西寬度、南北長(zhǎng)度分別為72m、101.2m，總面積為37329.5m2。該工程后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要應(yīng)用于大跨度框架梁、雨篷梁與頂層柱子等位置。因工程屬于大跨度混凝土構(gòu)件，在溫度作用下超長(zhǎng)無縫混凝土結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)應(yīng)力現(xiàn)象，將造成結(jié)構(gòu)開裂、裂損等問題，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)正常使用情況造成嚴(yán)重的影響。

3.2 工程方案

針對(duì)這種情況可將粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋合理配置到梁內(nèi)，利用張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，把鋼筋預(yù)拉應(yīng)力進(jìn)行混凝土壓應(yīng)力的轉(zhuǎn)變，并對(duì)混凝土構(gòu)件的抗裂能力、剛度進(jìn)行有效提升。粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置到連續(xù)梁內(nèi)，不僅能夠?qū)︿摻罨炷翗?gòu)件性能進(jìn)行有效改善，更能達(dá)到避免材料浪費(fèi)、降低成本等作用。

3.3 施工準(zhǔn)備

3.3.1 施工人員控制

工程質(zhì)量控制必須“以人為核心”，以提高施工人員的技術(shù)素質(zhì)為前提。根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況和質(zhì)量控制、保證管理體系，建立各崗位責(zé)任制，嚴(yán)禁無證上崗。很多工程質(zhì)量事故往往出現(xiàn)在人為施工失誤上。為此，施工前應(yīng)反復(fù)交底，盡量避免人為失誤。

3.3.2 材料控制

預(yù)應(yīng)力混凝土用的鋼材種類有：甲級(jí)冷拔低碳鋼絲、冷拉Ⅱ～Ⅲ級(jí)鋼筋、碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋及精軋螺紋鋼筋等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理選擇鋼材種類和規(guī)格及錨具的型號(hào)，對(duì)選用材料必須具有出廠合格證、質(zhì)量保證書及材質(zhì)化驗(yàn)單，并依照規(guī)范要求進(jìn)行抽樣檢查，嚴(yán)禁無證和不合格材料用于工程中。

3.3.3 張拉設(shè)備的選擇和校正

后張法常用的張拉設(shè)備有拉桿式千斤頂、錐錨式千斤頂和YC-60 穿心式千斤頂以及供油用的高壓油泵。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)所用預(yù)應(yīng)力筋的種類及其張拉錨固工藝情況選用張拉設(shè)備。預(yù)應(yīng)力筋的張拉力不應(yīng)大于設(shè)備額定張拉力，預(yù)應(yīng)力筋的一次張拉伸長(zhǎng)值不應(yīng)超過設(shè)備的最大張拉行程。當(dāng)一次張拉不足時(shí)，可采取分級(jí)重復(fù)張拉的方法，但所用的錨具與夾具應(yīng)適應(yīng)重復(fù)張拉的要求。施加預(yù)應(yīng)力用的機(jī)具設(shè)備及儀表，應(yīng)由專人使用和管理，并應(yīng)定期維護(hù)和校驗(yàn)。對(duì)高空張拉作業(yè)的工程，宜選用體積小、重量輕的千斤頂，以防安全事故的發(fā)生。

3.4 施工流程

3.4.1 施工前期

（1）由于框架梁存在較大自重，所以支底模過程要求頂撐下的地基、墊板具有平整性。因反拱產(chǎn)生于預(yù)應(yīng)力梁張拉施工后，在支梁底模時(shí)，與一般混凝土框架梁相比，起拱值較小，通常情況下，起拱根據(jù)跨度0.5～1.0%施工。施工順序則遵循“逐層澆筑、逐層張拉”原則，為達(dá)到工期縮短的目的，應(yīng)不斷提升周轉(zhuǎn)模板的速度，支模時(shí)，將相鄰2 根梁作為一組，先支每組內(nèi)側(cè)模板，隨著螺旋管鋪設(shè)，進(jìn)行底板模板安裝，并做好鋼筋綁扎。張拉預(yù)應(yīng)力前，必須將梁側(cè)模與現(xiàn)澆板底模拆除，以減小預(yù)應(yīng)力施加的影響。完成預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)后，如水泥漿在孔道灌漿后強(qiáng)度符合1.5N/mm2時(shí)，可將梁底模與支撐拆除。

（2）按照預(yù)應(yīng)力筋施工規(guī)定，定位架立筋應(yīng)每隔1～1.5m 進(jìn)行設(shè)置，選用10mm 鋼筋點(diǎn)焊梁附加筋的方式作為定位架立筋，其高度為波紋管中心線與梁底高度距離減去波紋管半徑，同時(shí)在架立筋上綁扎及固定波紋管。與管道直徑相比，波紋管連接接頭的管徑應(yīng)大一點(diǎn)，300mm 為接頭管的最小長(zhǎng)度，通過塑料膠帶將接頭位置外套管擰緊并封閉，以此防止?jié){液流漏現(xiàn)象的出現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力筋束形將對(duì)預(yù)應(yīng)力的施工效果造成極大的影響，如降低結(jié)構(gòu)件的承載力等?；诖耍诓y管鋪設(shè)過程中，要求必須遵循設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行定位，確保其各項(xiàng)指標(biāo)符合施工要求，垂直誤差一般在-10～+10mm 之間進(jìn)行有效控制。

3.4.2 后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工階段

（1）選用砂輪鋸對(duì)鋼絞線進(jìn)行切割。選取人工分束的方式在澆筑混凝土前穿入。在孔道內(nèi)穿入鋼絞線后，如利用電氣焊施工，將降低預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度。綁扎頂層柱子后，通過人工方式在綁扎屋面梁前將制作完成的鋼絞線由柱底平順地向波紋管內(nèi)穿入，在設(shè)計(jì)規(guī)定的梁柱節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置固定端擠壓錨與承壓板，在柱頂臨時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋固定，避免下移現(xiàn)象出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力筋位置。

（2）固定套管位置后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨墊板與螺旋筋的安裝。利用一般鋼筋對(duì)端部錨墊板固定，避免移位現(xiàn)象出現(xiàn)在混凝土澆筑、振搗施工中。完成安裝錨墊板施工后，必須加強(qiáng)墊板工作長(zhǎng)度內(nèi)外露鋼絞線保護(hù)，并封閉預(yù)應(yīng)力孔道、墊板灌漿孔。

（3）混凝土澆搗施工中，必須防止振動(dòng)棒對(duì)金屬套管造成強(qiáng)烈沖擊。在澆筑張拉端、固定端鋼筋集中位置混凝土，為避免漏振、空洞等情況的出現(xiàn)，必須對(duì)端部預(yù)埋件加以保護(hù)。在澆筑混凝土后，必須立即清理孔道，防止漏漿情況出現(xiàn)在張拉施工中。

（4）在混凝土強(qiáng)度符合施工規(guī)定后，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件即可進(jìn)行張拉作業(yè)。為避免因預(yù)應(yīng)力束內(nèi)各根鋼絞線長(zhǎng)度參差不齊，導(dǎo)致產(chǎn)生的張拉應(yīng)力不同情況的出現(xiàn)，張拉錢應(yīng)先預(yù)張拉各鋼絞線。張拉預(yù)應(yīng)力梁柱時(shí)，必須嚴(yán)格按照“對(duì)稱”原則進(jìn)行施工，張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，可由預(yù)應(yīng)力筋中間位置進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)，確保張拉對(duì)稱。

（5）完成預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)后，可進(jìn)行孔道灌漿施工，孔道沖洗工作可在灌漿前進(jìn)行，以此確?？椎赖臐駶?rùn)度及整潔性。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011），采用壓漿材料進(jìn)行灌漿施工，要求漿體材料強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)規(guī)定，設(shè)計(jì)無具體規(guī)定時(shí)，應(yīng)不低于30MPa。對(duì)于截面較大的孔道，漿體中可摻人適量的細(xì)砂。漿體中一般應(yīng)摻入適量的減水劑、緩凝劑、引氣劑和鋼筋阻銹劑等外加劑，也可摻入粉煤灰、微膨脹劑，但不得加入鋁粉或含有氯化物等有害成分的外加劑。漿體的技術(shù)條件應(yīng)符合下列規(guī)定：①漿體的水膠比應(yīng)低于本體混凝土，同時(shí)宜不大于0.4；②拌和后3h，漿體泌水率不宜大于2%，最終不超過3%，泌水應(yīng)在24h 內(nèi)重新全部被漿體吸收；③通過試驗(yàn)后，漿體摻人適量膨脹劑后，其自由膨脹率應(yīng)小于10%。壓漿時(shí)注意工孔道的最低點(diǎn)的壓漿孔壓入，由最高點(diǎn)排氣孔排氣和泌水。統(tǒng)一管道的壓漿應(yīng)當(dāng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成。

4 結(jié)語

綜上所述，后張法預(yù)應(yīng)力施工作為城建工程建設(shè)的重要技術(shù)之一，其施工效果的優(yōu)劣直接影響著城建工程的整體質(zhì)量，基于此，在我國城建工程建設(shè)中必須重視后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，并根據(jù)工程具體情況，規(guī)范施工流程，有效提升城建工程施工的整體質(zhì)量水平。

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