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单元5 预应力混凝土工程施工
5.3 后张法施工
将先张法和后张法对比可以看出，先张法的生产工序少，工艺简单，质量容易保证。同时，先张法不用工作锚具，生产成本较低，台座越长，一条长线上生产的构件数量越多，所以适合于工厂内成批生产中、小型预应力构件。但是，先张法生产所用的台座及张拉设备一次性投资费用较大，而且台座一般只能固定在一处，不够灵活。
后张法直接在混凝土构件或结构上进行预应力筋的张拉和锚固，故不需要固定的台座设备，现场生产时可避免构件的长途搬运，所以适宜于在现场生产的大型构件，后张法需要在钢筋两端设置专门的锚具，这些锚具永远留在构件上，不能重复使用，耗用钢材较多，且要求加工精密，费用较高；同时，由于留孔、穿筋、灌浆及锚具部分预压应力局部集中处需加强配筋等原因，使构件端部构造和施工操作都比先张法复杂，所以造价一般比先张法高。后张法又可作为一种预制构件的拼装手段，可先在预制厂制作小型块体，运到现场后，穿入钢筋，通过施加预应力拼装成整体。
图5-20 后张法主要工序示意图
a)制作混凝土构件 b)张拉钢筋
c)张拉端锚固并对孔道灌浆
5.3.1后张法施工的工艺流程
1、浇筑混凝土结构或构件（留孔），养护拆模；
2、混凝土达75%强度后穿筋张拉；
3、进行张拉端锚固并对孔道灌浆。
5.3.2锚具
1、单根钢筋锚具
单根粗钢筋的预应力筋，如果采用一端张拉，则在张拉端用螺丝端杆锚具，固定端用帮条锚具或镦头锚具；如果采用两端张拉，则两端均用螺丝端杆锚具。
图5-21 螺丝端杆锚具
1－螺丝端杆，2－螺母，3－垫板，4－焊接接头，5－钢筋
(1) 螺丝端杆锚具
螺丝端杆锚具
图5-23 帮条锚具
1－帮条 2－衬板 3－预应力钢筋
(2) 帮条锚具
一般用在单根粗钢筋作预应力筋的固定端。
图5-24 KT-Z型锚具
1－锚环 2－锚塞
2、预应力钢筋束锚具
（1）KT-Z型锚具(又称锻铸铁锥形锚具)由锚环与锚塞组成如图5-23所示，适用于锚固3～6根直径12mm的冷拉螺纹钢筋和钢绞线束。
(2)JM锚具 JM型锚具由锚环与六片夹片组成 (图5-24)，夹片呈扇形，用两侧的半圆槽靠夹片压紧的摩擦阻力锚固预应力筋。JM型锚具可用于锚固3～6根直径为12mm的光圆或变形的钢筋束，也可用于锚固5～6根直径为12mm或15mm的钢绞线束。JM型锚具也可作工具锚重复使用，但如发现夹筋孔的齿纹有轻度损伤时，即应改为工作锚使用。
图5-25 JM型锚具
(a)装配图；(b)锚环；(c)夹片
图5-26 XM型锚具
(a)单根XM型锚具，(b)多根XM型锚具
1—夹片，2—锚环，3—锚板
（3）XM型锚具
既可用于锚固钢绞线束，又可用于锚固钢丝束；既可锚固单根预应力筋，又可锚固多根预应力筋；当用于锚固多根预应力时，既可单根张拉，逐根锚固，又可成组张拉，成组锚固；它即可用作工作锚，又可用作工具锚。XM型锚具通用性好，锚固性能可靠，施工方便，且便于高空作业。在每个锥形孔内装一副夹片，夹持一根钢绞线。这种锚具的优点是每束钢绞线的根数不受限制；任何一根钢绞线锚固失效，都不会引起整束锚固失效。
（4）QM型锚具。
QM锚具由锚板与夹片组成，但与XM型锚具不同之点：锚孔是直的，锚板顶面是平的，夹片垂直开缝。这种锚具适用于锚固4～31根直径12mm或3～19根直径15mm的钢绞线。
图5-27 QM型锚具及配件
1-锚板；2-夹片；3-钢绞线；4-喇叭形铸铁垫板； 5-螺旋筋；
6-预留孔道用的螺旋管；7-灌浆孔；8-锚垫板
(5)镦头锚具
图5-28 镦头锚具
1－预应力筋 2－镦粗头 3－锚固板
钢筋镦头
3、预应力钢丝束锚具
固定端采用钢丝束镦头锚具，张拉端锚具可采用钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具、XM型锚具。
(1)钢丝束镦头锚具
常用的镦头锚具为A型和B型(见图5-29)。A型由锚环与螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端；利用钢丝两端的镦头进行锚固。
图5-29 钢丝束镦头锚具
1－A型锚杯，2－螺母， 3－钢丝束，4－B型锚板
(2)锥形螺杆锚具
由锥形螺杆、套筒、螺母、垫板组成(见图5-30)。
图5-30 锥形螺杆锚具
1－钢丝 2－套筒 3－锥形螺杆 4－垫板 5－螺母 6－排气槽
（3）钢质锥型锚具(又称弗氏锚具)
钢质锥型锚具由锚环和锚塞组成(见图5-31)。适用锚固6根、12根、18根与24根 s5钢丝束。
图5-31 钢质锥形锚具
1－锚塞，2－锚环，3－钢丝束
5.3.3张拉机械
1、拉杆式千斤顶
适用于张拉以螺纹端杆锚具为张拉锚具的粗钢筋，锥形螺杆锚具钢丝束及镦头锚具钢丝束。
2、穿心式千斤顶
它既适用于JM12型、XM型和KT-Z型锚具，配上撑脚、拉杆等附件后，也可作为拉杆式千斤顶使用。
3、锥锚式双作用千斤顶
锥锚式千斤顶具有张拉、顶锚和退楔功能的千斤顶,主要适用于钢质锥形锚具。
图5-35 粗钢筋下料长度计算示意图
a)两端用螺纹端杆锚具 b)一端用螺纹端杆锚具
1－螺纹端杆 2－预应力钢筋 3－对焊接头 4－垫板
5－螺母 6－帮条锚具 7－混凝土构件
5.3.4预应力筋的制作
1、单根预应力粗钢筋的制作
（1）当预应力筋两端采用螺纹端杆锚具(见图5-35)时，其成品全长 (包括螺纹端杆在内冷拉后的全长)
L1＝l +2l2　　　　　(5-2)
预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉后需达到的长度L0：
L0 = L1 - 2l1　　　　　 (5-3)
预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉前的下料长度L：
(5-4)
式中 l——构件孔道长度；
l2——螺丝端杆伸出构件外的长度；
张拉端 l2＝2H+h+5mm 锚固端 l2＝H+h+10mm
l1 ——螺丝端杆长度(一般为320mm)；
r——预应力筋的冷拉率(由试验确定)；
δ——预应力筋的冷拉弹性回缩率(一般为0.4％～0.6％)；
n——对焊接头数量，
Δ——每个对焊接头的压缩量(一般为20mm～30mm)；
H——螺母高度； h——垫板厚度。
（2）当预应力筋一端用螺纹端杆，另一端用帮条(或镦头)锚具(见图5-35)时
L1 = l+l2+l3
L0 = L1 - l1
(5-5)
式中 l3——镦头或帮条锚具长度(包括垫板厚度h)。
2、预应力钢丝束的制作
钢丝束制作随锚具的不同而异，一般需经调直、下料、编束和安装锚具等工序。
图5-36 采用钢质锥形锚具时钢丝下料长度计算简图
1一混凝土构件 2一孔道 3一钢丝束 4一钢质锥形锚具 5一锥锚式千斤顶
（1）采用钢质锥形锚具 以锥锚式千斤顶张拉(见图5-36)时，钢丝的下料长度L为：
两端张拉 L= l +2(l4 +l5 + 80) (5-6)
一端张拉 L= l +2(l4 + 80) +l5 (5-7)
式中 l4 ——锚环厚度；
l5——千斤顶分丝头至卡盘外端距离。
图5-37 采用镦头锚时钢丝下料长度计算简图
1-混凝土构件 2-孔道 3-钢丝束 4-锚环 5-螺母 6-锚板
（2）采用镦头锚具，以拉杆式或穿心式千斤(见图5-37)时，钢丝的下料长度L为
L = l + 2a + 2b -K（H1–H）- L- c (5-8)
式中 a——锚环底部厚度或锚板厚度
b——钢丝镦头留量，对 s5取10mm
H——锚环高度
H1——螺母高度
L——钢丝束张拉伸长值
c——张拉时构件混凝土的弹性压缩值
K—— 系数，一端张拉时取0.5，两端张拉时取1.0
（3）采用锥形螺杆锚具，以拉杆式千斤顶在构件上张拉(图5-38)时，钢丝的下料长度L为:
L = l +2l2 - 2l1 + 2（l6 +a） (5-9)
式中 l6 ——锥形螺杆锚具的套筒长度
a ——钢丝伸出套筒的长度，取a = 20mm
图5-38 采用锥形螺杆锚具时钢丝下料长度计算简图
1—螺母 2—垫板 3—锥形螺杆锚具 4—钢丝束
5—孔道 6—混凝土构件
3、钢筋束或钢绞线束的的制作
预应力筋制作过程包括:开盘冷拉、下料和编束等工序。下料是在钢筋冷拉后进行。钢筋束所用的钢筋一般成盘状供应，长度较长，无需对焊接长。钢绞线下料前应在切割口两侧各50㎜处用铁丝绑扎,切割后对切割口应立即焊牢，以免松散。钢筋束由直径10㎜的热处理钢筋编束而成，钢绞线束由直径为12㎜或15㎜的钢绞线编束而成，每束3～6根。编束时一般把预应力筋理顺后，用18～22号铁丝，每隔1m左右绑扎一道，形成束状，在穿筋时尽可能注意防止扭结。
当采用夹片式锚具，以穿心式千斤顶在构件上张拉时（见图5-39），钢筋束钢绞线束的下料长度L为
两端张拉 L = l +2（l7 + l8 + l9+100） (5-10)
一端张拉 L = l +2（l7 +100）+ l8 + l9 (5-11)
式中 l7——夹片式工作锚厚度；
l8——穿心式千斤顶长度；
l9——夹片式工具锚厚度。
图5-39 钢筋束下料长度计算简图
1—混疑土构件 2— 孔道 3— 钢筋束 4— 夹片式工作锚
5—穿心式千斤顶 6—夹片式工具锚
5.3.4后张法施工
1、孔道的留设
① 孔道直径应保证预应力筋（束）能顺利穿过。
② 孔道应按设计要求的位置、尺寸埋设准确、牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形。
③ 在设计规定位置上留设灌浆孔。
④ 在曲线孔道的曲线波峰部位应设置排气兼泌水管，必要时可在最低点设置排水管。
⑤ 灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。
对粗钢筋，孔道的直径应比预应力筋直径、钢筋对焊接头处外径或需穿过孔道的锚具或连接器外径大10~15mm。对钢丝或钢绞线，孔道的直径应比预应力钢丝束外径或锚具外径大5~10mm，且孔道面积应大于预应力筋面积的两倍。预应力筋孔道之间的净距不应小于50mm,孔道至构件边缘的净距不应小于40mm，凡需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。
孔道留设方法：有钢管抽芯法，胶管抽芯法，预埋管法。预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种。钢管抽芯法只用于直线孔道，胶管抽芯法和预埋管法则适用于直线、曲线和折线孔道。
（1）钢管抽芯法
图5-40 固定钢管或胶管位置的井字架 图5-41　薄钢板套管 1—硬木塞　2—镀锌薄钢板套管　3—钢管
钢管表面必须圆滑，预埋前除锈、刷油。钢管的位置固定一般用钢筋井字架，井字架间距一般为1～2m左右。钢管一端钻16mm的小孔，以备插入钢筋棒，转动钢管。在开始浇筑至浇筑后拔管前，间隔10~15min要缓慢匀速地转动钢管；待混凝土初凝后至终凝之前（手按混凝土不显指纹），常温下抽管时间约在混凝土灌筑后3~5h。抽管过早，易造成塌孔事故；太晚，混凝土与钢管粘结牢固，抽管困难，甚至抽不出来。用人工或卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。抽管顺序宜先上后下进行，抽管时速度要均匀，边抽边转，并与孔道保持在一直线上。抽管后清理孔道。
钢管长度不宜超过15m，钢管两端各伸出构件500mm左右，以便转动和抽管。构件较长时，可采用两根钢管，中间用木塞及套管连接。
（2）胶管抽芯法
所用胶管有采用5～7层帆布夹层，壁厚6mm～7mm的普通橡胶管，及供预应力混凝土专用的钢丝网胶皮管两种。前者质软，必须在管内充水后才能使用；后者质硬，且有一定弹性，预留孔道时与钢管一样使用，所不同的是浇筑混凝土后不需转动。
胶管一端密封（图5-42），另一端接上阀门（图5-43）。抽管时间比抽钢管时间略迟。一般按先上后下、先曲后直的顺序将胶管抽出。抽管后，应及时清理孔道内的堵塞物。胶管的固定用钢筋井字架，间距不宜大于0.5m，并与钢筋骨架绑扎牢。然后充水（或充气）加压到0.5～0.8N/㎜2，此时胶管直径可增大约3㎜。水压表的压力如有变化必须补压。放水降压抽管。
图5-42 胶管的封端处理 图5-43 胶管与阀门连接
（3）预埋管法
图5-45 波纹管的连接
1—波纹管；2—接头管；3—密封胶带
用钢筋井字架将薄钢管、镀锌钢管与金属螺旋管（波纹管）固定在设计位置上，在混凝土构件中埋管成型的一种施工方法。适用于预应力筋密集或曲线预应力筋的孔道埋设，但电热后张法施工中，不得采用波纹管或其他金属管埋设的管道。
金属螺旋管重量轻、刚度好、弯折方便、连接容易、与混凝土粘结良好，可做成各种形状的预应力筋孔道，是现行后张预应力筋孔道成型用的理想材料。
波纹管的连接（图5-45），可采用大一号同型波纹管，接头管长度应大于200㎜,用密封胶带或塑料热塑管封口。
2、预应力筋张拉
（1）穿筋
（2）预应力筋的张拉顺序
图5-46 穿束器 图5-47 屋架下弦杆预应力筋张拉顺序
(a)两束；(b)四束
1、2为预应力筋分批张拉顺序
预应力筋张拉顺序应按设计规定进行；如设计无规定时，应采取分批分阶段对称地进行，以免构件受过大的偏心压力而发生扭转和侧弯。
安装张拉设备时，对于直线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线重合；对于曲线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线方向重合。
1)抽芯成形孔道:曲线预应力筋和长度＞24m的直线预应力筋，应在两端张拉；对长度≤24m的直线预应力筋，可在一端张拉；
2)预埋波纹管孔道:对于曲线预应力筋和长度＞30m的直线预应力筋，宜在两端张拉；对于长度≤30m的直线预应力筋可在一端张拉。
3)当同一截面中有多根一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设在构件的两端，以免构件受力不均匀。
(3)预应力筋张拉程序
普通松弛预应力筋采用0→σcon或0→1.05σcon（持荷2min）→σcon；低松弛预应力筋采用0→σcon或0→1.01σcon。
张拉控制应力越高，建立的预应力值就越大，构件抗裂性越好。但是张拉控制应力过高时构件破坏前没有明显警示，且构件混凝土预压应力过大而导致混凝土的徐变应力损失增加。工地上大型后张法构件一般采用平卧重叠制作，以节省场地，但是重叠一般限制在3～4层。
预应力值的校核和伸长值的测定
检验应力损失办法：在预应力筋张拉24小时后孔道灌浆前重拉一次，测读前后两次应力值之差，即为钢筋预应力损失。
预应力筋张拉锚固后，实际预应力值与工程设计规定检验值的相对允许偏差为±5%。
(4)张拉注意事项
在张拉构件的两端应设置保护装置，如用麻袋、草包装土筑成土墙，以防止螺帽滑脱、钢筋断裂飞出伤人；在张拉操作中，预应力筋的两端严禁站人，操作人员应在侧面工作。
3、孔道灌浆
目的：
防锈蚀
增加整体性、耐久性
提高抗裂性和承载能力
材料要求：
水泥要不低于42.5的普通硅酸盐水泥
水灰比为0.4左右
不宜用纯水泥浆（干缩性较大）
砂浆宜选用细砂，加水泥量的万分之一铝粉或0.25％的木质素磺酸钙，以增加灌浆的密实性和灰浆的流动性。
预应力筋张拉后，应尽快地用灰浆泵将水泥浆压灌到预应力孔道中去。施工要点：
(1)灌浆用水泥浆应有足够的粘结力，且应有较大的流动性，较小的干缩性和泌水性；
(2)灌浆前，用压力水冲洗和湿润孔道；
(3)用电动或手动灰浆泵进行灌浆；灌浆工作应连续进行，不得中断，并防止空气压入孔道而影响灌浆质量。排气通畅直至气孔排出空气→水→ 稀浆 →浓浆时为止。对较大的孔道或预埋管孔道，二次灌浆有利于增强孔道的充实率；
(4)直线孔道从一端到另一端灌浆，曲线的从低端向两端；
(5)灌浆压力以0.5～0.6N/mm 为宜，过大易胀裂孔壁；
(6)灌浆顺序应先下后上，以免上层孔道漏浆把下层孔道堵塞；
(7)当灰浆强度达到15N/㎜2时,方能移动构件，灰浆强度达到100%设计强度时，才允许吊装。
张拉完后
5.4 无黏结预应力混凝土施工

指预应力构件中的预应力筋与混凝土没有粘结力，预应力筋张拉力完全靠构件两端的锚具传递给构件。施工时预应力筋表面刷涂料并包塑料布（管）后，将其铺设在支好的构件模板内，并浇筑混凝土，待混凝土达到规定强度后进行张拉锚固。
5.4.1无粘结预应力的特点
特点：无粘结预应力具有不需要预留孔道、穿筋、灌浆等复杂工序，施工速度快。摩擦力小，易弯成多跨曲线型。
适用范围：适用于大跨度的单、双向连续多跨曲线配筋梁板结构和屋盖。
5.4.2无黏结预应力施工
无黏结预应力施工工艺主要分为以下五个阶段：
无黏结预应力筋的制作→预应力筋的铺设→混凝土构件制作→预应力筋的张拉→锚头端部处理。
1、无黏结预应力筋的制作
无粘结预应力筋一般由钢绞线或7根φ5高强钢丝组成的钢丝束，通过专用设备涂包防腐油脂和塑料套管而成，它由预应力钢材、涂料层和包裹层组成，图5-49，图5-50。
图5-49 无粘结预应力筋 图5-50 无粘结筋横截面示意图
(a)无粘结钢绞线束；(b) 无粘结钢绞线束或单根钢绞线
1－塑料护套 2－油脂 3－钢绞线或钢丝 1-钢绞线；2-沥青涂料；3-塑料布外包层
4-钢丝；5-油脂涂料；6-塑料管、外包层
涂料作用：
是预应力筋与混凝土分离，减少张拉时的摩擦应力损失；
防止预应力筋锈蚀
涂料要求：
不流淌，不变脆，润滑性能好；
化学成分稳定，防腐性能好；
对周围材料无腐蚀；
不透水，不吸潮。
外包层要求：
高温时，化学稳定；低温时，不变脆；
韧性和耐磨性强；
对周围材料无腐蚀作用。
无黏结预应力筋一般有挤压涂层工艺和涂包成型工艺两种制作方法。
（1）挤压涂层工艺。挤压涂塑工艺主要是钢丝通过涂油装置涂油，涂油钢丝束通过塑料挤压机涂刷聚乙烯或聚丙烯塑料薄膜，再经冷却筒模成型塑料套管。
图5-51 挤压涂层工艺流水线图
1-放线盘；2-钢丝；3-梳子板；4-给油装置；5-塑料挤压机机头
6-风冷装置；7-水冷装置；8-牵引机；9-定位支架；10-收线盘
(2)涂包成型工艺。
涂包成型工艺可以采用手工操作完成内涂刷防腐沥青或防腐油脂，外包塑料布。也可以在缠纸机上连续作业。
2、预应力筋的铺设
无粘结预应力筋铺设前应检查外包层完好程度，对有轻微破损者，用塑料带补包好，对破损严重者应予以报废。铺设双向配筋的无粘结预应力筋时，应先铺设标高低的钢丝束，再铺设标高较高的钢丝束，以避免两个方向钢丝束相互穿插。
无粘结预应力筋的铺设，通常是在底部钢筋铺设后进行。水电管线一般宜在无粘结筋铺设后进行，且不得将无粘结筋的竖向位置抬高或压低。
无黏结预应力筋张拉完毕后，应及时对锚固区进行保护。无粘结预应力构件中，预应力筋的张拉力完全借助于锚具传递给混凝土，当外荷载作用时，引起的预应力筋应力变化也全部由锚具承担，因此，无粘结预应力筋用的锚具不仅受力比有粘结预应力筋的锚具大，而且承受重复荷载。
曲线筋形状的固定：
无粘结预应力筋应严格按设计要求的曲线形状就位固定牢固。无粘结筋的垂直位置，宜用支撑钢筋或钢筋马凳控制，其间距为1～2m。无粘结筋的水平位置应保持顺直。
在双向连续平板中，各无粘结筋曲线高度的控制点用铁马凳垫好并扎牢。在支座部位，无粘结筋可直接绑扎在梁或墙的顶部钢筋上；在跨中部位，无粘结筋可直接绑扎在板的底部钢筋上。
3、混凝土浇筑
4、无粘结预应力筋张拉
无粘结预应力混凝土楼盖结构的张拉顺序，宜先张拉楼板，后张拉楼面梁。板中的无粘结筋，可依次张拉。梁中的无粘结筋宜对称张拉。
5、锚固区防腐蚀处理
无粘结预应力筋张拉完毕后，应及时对锚固区进行保护，必须有严格的密封防护措施，严防水汽进入锈蚀预应力筋。
无粘结预应力筋锚固后的外露长度不小于30mm，多余部分宜用手提砂轮锯切割，但不得采用电弧切割。
在锚具与承压板表面涂以防水涂料。为了使无粘结筋端头全封闭，在锚具端头涂防腐润滑油脂后，罩上封端塑料盖帽。
对凹入式锚固区，锚具表面经上述处理后，再用微胀混凝土或低收缩防水砂浆密封。
对镦头锚具，应先用油枪通过锚杯注油孔向连接套管内注入足量防腐油脂（以油脂从另一注油孔溢出为止），然后用防腐油脂将锚杯内充填密实，并用塑料或金属帽盖严，见图5-52（ａ），再在锚具及承压板表面涂以防水涂料；对夹片锚具，可先切除外露无黏结预应力筋多余的长度，然后在锚具及承压板表面涂以防水涂料，见图5-52（ｂ）。
(a)镦头锚具的保护 (b)夹片锚具的保护
图5-52　锚固区保护措施
1-涂黏结剂；2-涂防水涂料；3-后浇混凝土；4-塑料或金属帽

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