民用建筑預(yù)應(yīng)力混凝土工程新技術(shù)

彭輝賢

摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土就是在結(jié)構(gòu)承受外荷載以前，在結(jié)構(gòu)受拉區(qū)預(yù)先施加預(yù)壓應(yīng)力，從而抵消一部分或全部由于結(jié)構(gòu)使用階段外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，推遲和限制構(gòu)件裂縫的開展，充分利用鋼筋的抗拉能力，提高結(jié)構(gòu)的抗裂度、剛度和耐久性，以及取得較好的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，本文主要從三個方面探討預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：民用建筑;預(yù)應(yīng)力;混凝土;施工技術(shù)

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

一、先張法施工技術(shù)

先張法施工是在澆筑混凝土前，用張拉機(jī)械先張拉預(yù)應(yīng)力筋并錨固，然后進(jìn)行普通鋼筋的綁扎、支模板、澆筑混凝土，待混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，放松預(yù)應(yīng)力筋，借預(yù)應(yīng)力筋彈性回縮，使混凝土與預(yù)應(yīng)力之間產(chǎn)生粘結(jié)力，從而使鋼筋混凝土構(gòu)件受拉區(qū)的混凝土承受預(yù)壓應(yīng)力，為預(yù)應(yīng)力混凝土臺座先張法生產(chǎn)示意圖，一般情況下，先張法施工適于生產(chǎn)中小型構(gòu)件。

1.施工工藝

（1）臺座準(zhǔn)備

臺座是先張法施工的主要設(shè)備之一，它隨預(yù)應(yīng)力筋傳遞全部的拉力。因此，臺座應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。臺座按構(gòu)件形式分為墩式和槽式兩類，具體選用時，根據(jù)張拉構(gòu)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(chǎn)多根預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，減少了張拉力和臨時固定的工作以及預(yù)應(yīng)力筋滑移、橫梁變形引起的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)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(xiàn)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(shù)，排水坡度一般為0.3%一0.5%為宜。

夾具是預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)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(jù)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(yù)應(yīng)力筋的機(jī)構(gòu)，要求工作可靠，操作簡單，能以穩(wěn)定的速率加荷。

（2）預(yù)應(yīng)力筋張拉

先張法預(yù)應(yīng)力筋的張拉有單根和成組張拉兩種。單根張拉力小，設(shè)備簡單;多根張拉力大，設(shè)備、錨固要求應(yīng)嚴(yán)格，張拉應(yīng)力預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力應(yīng)按照表1的規(guī)定：

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

（3）預(yù)應(yīng)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(gòu)件截面最短邊長的4%。

②預(yù)應(yīng)力：張拉后預(yù)應(yīng)力的偏差不得大于或小于構(gòu)件全部鋼筋預(yù)應(yīng)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(yīng)先張拉靠近臺座截面重心處的預(yù)應(yīng)力筋。

（4）混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)

鋼筋張拉完畢，側(cè)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(shè)施工縫。構(gòu)件應(yīng)避免臺面溫度縫，若不能避開，必須在溫度縫上鋪設(shè)塑料薄膜或鋼板等，混凝土強(qiáng)度不低于C30。混凝土配合比應(yīng)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(gòu)件，生產(chǎn)時，應(yīng)待下層構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)到8～10 N/mm?后，再進(jìn)行上層混凝土構(gòu)件澆筑。混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度一般不得超過20℃，但若防止因溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失，可按正常升溫制度加熱養(yǎng)護(hù)，不需二次升溫。

混凝土養(yǎng)護(hù)

用臺座法制作的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，一般采用自然養(yǎng)護(hù)，為了縮短混凝土的養(yǎng)護(hù)時間，加速臺座的周轉(zhuǎn)率，提高生產(chǎn)量，也可以采用蒸汽養(yǎng)護(hù)或加早強(qiáng)劑。

當(dāng)采用鋼模制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，將鋼筋直接錨固在鋼模上，溫度升高時，由于模板與鋼筋有同樣變形，因而不會引起應(yīng)力損失，可以采用一般的加熱養(yǎng)護(hù)制度。

（5）預(yù)應(yīng)力筋放張

預(yù)應(yīng)力筋的放松是預(yù)應(yīng)力建立的過程，放松方法和順序是否正確，直接影響構(gòu)件的質(zhì)量，因此，在放松之前應(yīng)確定可靠的放松順序和放松方法，采取相應(yīng)的技術(shù)措施確保工程質(zhì)量。

預(yù)應(yīng)力筋的放松必須待混凝土達(dá)到設(shè)計規(guī)定的強(qiáng)度以后才可以進(jìn)行。當(dāng)設(shè)計無要求時，應(yīng)不低于設(shè)計的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。采用氧氣乙炔焰預(yù)熱粗鋼筋放松時，應(yīng)在烘烤區(qū)輪換加熱每根鋼筋，使其同步升溫。此時，鋼筋內(nèi)力徐徐下降，外形慢慢伸長，待鋼筋出現(xiàn)縮頸。即可切斷。此法應(yīng)注意防止燒傷構(gòu)件。

二、后張法施工技術(shù)與特點

后張法施工是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成型時，在規(guī)定的設(shè)計位置預(yù)留孔道，待混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，將預(yù)應(yīng)力筋穿人孔道中張拉;亦可先穿筋，然后用錨具將預(yù)應(yīng)力筋錨固在構(gòu)件上后進(jìn)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、大跨度構(gòu)件。

②后張法施工不需要固定的臺座設(shè)備，不受地點限制，廣泛適用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)及道路、橋梁等的拼裝作業(yè)。

③后張法施工工序多，工藝復(fù)雜，錨具永遠(yuǎn)留置在構(gòu)件內(nèi)，不能周轉(zhuǎn)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(gòu)件上進(jìn)行張拉，故不需要固定的臺座設(shè)備，不受地點限制，適用于在施工現(xiàn)場生產(chǎn)大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，特別是大跨度構(gòu)件。后張法施工工序較多，工藝復(fù)雜，錨具作為預(yù)應(yīng)力筋的組成部分，將永遠(yuǎn)留置在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件上，不能重復(fù)使用。

2.錨具的使用

在后張法中，錨具是建立預(yù)應(yīng)力值和保證結(jié)構(gòu)安全技術(shù)的關(guān)鍵，要求錨具的形狀尺寸準(zhǔn)確，有足夠的強(qiáng)度和剛度，受拉后變形小，錨固可靠，不致產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力筋的滑移和斷裂現(xiàn)象。此外，還應(yīng)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(shè)置灌漿孔道，灌漿孔道應(yīng)有使?jié){液通暢的截面積。

后張法所用錨具根據(jù)其錨固原理和構(gòu)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋的種類有熱處理鋼筋束、消除應(yīng)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(shù)量，可分為單根粗鋼筋錨具、鋼筋束和鋼鉸束錨具、鋼質(zhì)錐形錨具等。

3.預(yù)應(yīng)力筋的制作與安裝

預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的制作一般包括配料、對焊、冷拉等工作。預(yù)應(yīng)力筋的下料長度由計算確定，計算時應(yīng)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(gòu)件長度等影響。預(yù)應(yīng)力鋼筋束在冷拉后進(jìn)行，為了減少鋼鉸線的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力松弛的損失，在下料前需經(jīng)預(yù)拉。鋼絲束的制作比較復(fù)雜，隨錨具形式不同，制作方法也有差異，但一般需經(jīng)過調(diào)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(jìn)行穿筋。穿筋過程中，注意清孔及孔的通暢，并注意調(diào)整兩端留出的長短，要保證張拉時錨具的工作長度。

4.預(yù)應(yīng)力筋的張拉

①張拉時對混凝土構(gòu)件強(qiáng)度的要求：后張法施工進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉時，要求混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計要求或不得低于設(shè)計強(qiáng)度的75%。

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

5.孔道灌漿

預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢，孔道應(yīng)盡快灌漿，以防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，增加結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。灌漿采用純水泥漿或水泥砂漿，水泥強(qiáng)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(yù)應(yīng)力筋無腐蝕作用的外加劑。灌漿順序應(yīng)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(jìn)行，一次完成，不得中斷。

三、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的后張法施工工藝

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土是預(yù)應(yīng)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(jié)鋼筋與周圍混凝土不粘結(jié)的特性，把預(yù)先組裝好的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（簡稱無粘結(jié)筋）在澆筑混凝土之前與非預(yù)應(yīng)力筋一起按設(shè)計要求鋪放在模板內(nèi)，然后澆筑混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后，利用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在結(jié)構(gòu)可做縱向滑動的特性，進(jìn)行張拉錨固，借助兩端錨具，達(dá)到對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的效果，其工藝流程如圖2所示：

圖2：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的后張法施工工藝流程圖

而無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的施工工藝有以下幾種：

1.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)

在單向連續(xù)板中與非預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)基本相同，在雙向連續(xù)板中，應(yīng)事先編出鋪設(shè)順序，先鋪設(shè)搭接點標(biāo)高較低部分的無粘結(jié)筋，后鋪設(shè)標(biāo)高較高部分的無粘結(jié)筋。

2.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋就位固定

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求的曲線形狀就位并固定牢靠。在連續(xù)梁的支座處，用墊鐵馬凳（間距1～2m）將無粘結(jié)曲線筋架立起來，并用鐵絲與無粘結(jié)筋綁扎或用鐵絲將曲線筋吊在上部的非預(yù)應(yīng)力筋骨架上;跨中部位用混凝土墊塊控制標(biāo)高，位置正確后用鐵絲固定在非預(yù)應(yīng)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(xù)板中，無粘結(jié)曲線筋標(biāo)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(jié)筋可直接綁扎在梁或墻的頂部鋼筋上;在跨中部位，無粘結(jié)筋可直接綁扎在板的底部鋼筋上。

3.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端固定

張拉端模板應(yīng)按施工圖中規(guī)定的無粘結(jié)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(jié)曲線筋或折線末端的切線應(yīng)與承壓板相垂直，曲線端的起始點至張拉錨固點應(yīng)有不小于300 mm的進(jìn)線段。當(dāng)張拉端采用凹人工作法時，可采用塑料穴模或泡沫穴模、木塊等形成凹口。澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)禁踏壓撞碰無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋、支撐鋼筋及端部預(yù)埋件，張拉端與固定端混凝土必須振搗密實。

4.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉與錨固

①無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)的張拉順序，宜失張拉樓板，后張拉樓面梁;

②無粘結(jié)曲線筋的長度超過25 m時，宜采取兩端張拉;當(dāng)筋長超過60 m時，應(yīng)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(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長值校核與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋相同。對超長無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由于張拉時阻力大，應(yīng)力作用下的伸長值比常規(guī)推算伸長值小，應(yīng)通過試驗修正。

5.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋端部處理

①張拉端處理按所采用的無粘結(jié)筋與錨具不同而異。在雙向連續(xù)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(huán)從混凝土中拉出來用，塑料套筒內(nèi)空隙用油槍通過錨環(huán)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(jié)鋼絞線夾片錨具時，張拉后端頭鋼絞線預(yù)留長度應(yīng)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(nèi)進(jìn)行錨固。

四、結(jié)束語

總而言之，預(yù)應(yīng)力混凝土施工中，只有熟練掌握先張法施工技術(shù)、后張法技術(shù)與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋施工工藝，才能提高施工質(zhì)量與水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪健等主編，《建筑施工技術(shù)》，黑龍江科學(xué)技術(shù)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