建筑工程施工工艺-先张法施工的重要性

先张法预应力混凝土构件在台座上生产时，其工艺流程一般如图5.9所示。

图5.9　先张法工艺流程

预应力混凝土先张法施工工艺的特点：预应力筋在浇筑混凝土前张拉，预应力的传递依靠预应力筋与混凝土之间的黏结力，为了获得良好质量的构件，在整个生产过程中，除确保混凝土质量以外，还必须确保预应力筋与混凝土之间的良好黏结，使预应力混凝土构件获得符合设计要求的预应力值。

碳素钢丝因其强度很高、表面光滑，与混凝土黏结力较差，因此，必要时可采取刻痕和压波措施，以提高钢丝与混凝土的黏结力。压波一般分局部压波和全部压波两种，施工经验认为波长取39mm、波高取1.5~2.0mm比较合适。

1）张拉前的准备工作

（1）钢筋的接长与冷拉

①钢丝的接长。一般用钢丝拼接器将20~22号铁丝密排绑扎。绑扎长度的规定：冷拔低碳钢丝不得小于40倍钢丝直径，高强度钢丝不得小于80倍钢丝直径。

②预应力钢筋的接长与冷拉。预应力钢筋一般采用冷拉HRB400和RRB400热轧钢筋。预应力钢筋的接长及预应力钢筋与螺丝端杆的连接，宜采用对焊连接，且应先焊接后冷拉，以免焊接而降低冷拉后的强度。预应力钢筋的制作一般有对焊和冷拉两道工序。

③预应力钢筋铺设时，钢筋与钢筋、钢筋与螺丝端杆的连接可采用套筒双拼式连接。

（2）钢筋（丝）的镦头

预应力筋（丝）固定端采用镦头夹具锚固时，钢筋（丝）端头要镦粗形成镦粗头。镦头一般有热镦和冷镦两种工艺。热镦在手动电焊机上进行，钢筋（丝）端部在喇叭口紫铜模具内进行多次脉冲式通电加热、加压形成镦粗头。冷镦是利用模具在常温下对金属棒料镦粗（常为局部镦粗）成形的锻造方法。冷镦多在专用的冷镦机上进行，便于实现连续、多工位、自动化生产。

（3）张拉机具设备及仪表定期维护和校验

张拉设备应配套校验，以确定张拉力与仪表读数的关系曲线，保证张拉力的准确，每半年校验一次。设备出现反常现象或检修后应重新校验。张拉设备宜定岗负责，专人专用。

（4）预应力筋（丝）的铺设

长线台座面（或胎模）在铺放钢丝前，应清扫并涂刷隔离剂。一般涂刷皂角水溶性隔离剂，易干燥，污染钢筋易清除。涂刷均匀，不得漏涂，待其干燥后，铺设预应力筋，一端用夹具锚固在台座横梁的定位承力板上，另一端卡在台座张拉端的承力板上待张拉。在生产过程中，应防止雨水或养护水冲刷掉台面隔离剂。

2）预应力筋的张拉

预应力筋的张拉应根据设计要求，采用合适的张拉方法、张拉顺序和张拉程序，并应有可靠的质量保证措施和安全技术措施。

（1）张拉控制应力的确定

张拉控制应力是指在张拉预应力筋时达到的规定应力，应按设计规定采用。控制应力的数值直接影响预应力的效果。在施工中为了提高构件的抗裂性能，部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与台座之间温度因素产生的预应力损失，张拉应力可按设计值提高3%~5%，但其最大张拉控制应力不得超过表5.1的规定。

表5.1　最大张拉控制应力值

注：fptk为预应力筋的极限抗拉强度标准值，fpyk为冷拉钢筋的屈服强度标准值。

（2）张拉程序

预应力筋的张拉程序有超张拉和一次张拉两种。为了弥补预应力筋的松弛损失，一般采用超张拉程序的方法张拉预应力筋，可按下列两种张拉程序之一进行张拉：

其中，σcon为张拉控制应力，一般由设计而定。

为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用的张拉程序。预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次张拉程序0→1.03σcon。

所谓“松弛”，即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特性。松弛的数值与张拉控制应力和延续时间有关，控制应力高，松弛也大，因此钢丝、钢绞线的松弛损失比冷拉热轧钢筋大。松弛损失还随着时间的延续而增加，但在第一分钟内可完成损失总值的50%，24h内则可完成80%。先超张拉5%再持荷2min，则可减少50%以上的松弛应力损失。

（3）张拉力的计算

预应力筋张拉力FP可按式（5.1）计算：

式中　m——超张拉百分率，%；

σcon——张拉控制应力，N/mm2；

AP——预应力筋截面面积，mm2。

（4）预应力筋的校核

预应力筋张拉后，一般应校核其伸长值。其实际伸长值与理论伸长值的偏差应在规范允许范围±6%内（预应力筋实际伸长值受许多因素影响，如钢材弹性模量变异、量测误差、千斤顶张拉力误差、孔道摩阻等，故规范允许有±6%的误差）。若超过，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后方可继续张拉。

预应力筋的理论伸长值∆L按式（5.2）计算：

式中　FP——预应力筋张拉力（N），轴线张拉取张拉端的拉力，两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；

l——预应力筋的长度，mm；

AP——预应力筋的截面面积，mm2；(www.xing528.com)

Es——预应力筋的弹性模量，N/mm2。

预应力筋的实际伸长值宜在初应力约为10%σcon时测量（初应力取值应不低于10%的σcon，以保证预应力筋拉紧），但必须加上初应力以下的推算伸长值。对于后张法，尚应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。

式中　∆L′——预应力筋张拉时的实际伸长值，mm；

∆L1——初应力至最大张拉控制应力之间的实际伸长值，mm；

∆L2——初应力以下的推算伸长值，mm；

C——施加预应力时，后张法预应力混凝土构件弹性压缩值，mm。

图5.10　图解法

预应力筋初应力以下的推算伸长值∆L2可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系，用计算法或图解法确定。

计算法是根据张拉时预应力筋应力与伸长值的关系来推算。如某预应力筋张拉应力从0.3σcon增加到0.4σcon，钢筋伸长量4mm，若初应力确定为10%σcon，则其∆L′为4mm。

图解法是建立直角坐标，伸长值为横坐标，张拉应力为纵坐标，将各级张拉力的实测伸长值标在图上，绘制张拉力与伸长值关系曲线CAB，然后延长此线与横坐标交于O1点，则OO1段即为推算伸长值，如图5.10所示。

先张法预应力筋张拉后与设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面最短边长的4%。当同时张拉多根预应力筋时，应预先调整初应力，使各根预应力筋均匀一致。

对于长线台座生产，构件的预应力筋为钢丝时，一般常用弹簧测力计直接测定钢丝的张拉力，伸长值可不作校核，钢丝张拉锚固后，应采用钢丝测力仪检查钢丝的预应力值。

（5）张拉方法与要求

预应力筋的张拉可采用单根张拉或多根同时张拉，当预应力筋数量不多、张拉设备拉力有限时，常采用单根张拉；当预应力筋数量较多且密集布筋，张拉设备拉力较大时，则可采用多根同时张拉。在确定预应力筋张拉顺序时，应考虑尽可能减少台座的倾覆力矩和偏心力，先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。

多根预应力筋同时张拉时，应预先调整初应力，使其相互之间的应力一致。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误差应在±5%以内。在张拉过程中，预应力筋断裂或滑脱的数量严禁超过结构同一截面预应力筋总根数的5%，且严禁相邻两根断裂或滑脱，在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。预应力筋张拉描固后，预应力筋位置与设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面最短边长的4%。

施工中应注意安全。张拉时，正对钢筋两端禁止站人；敲击锚具的锥塞或楔块时，不应用力过猛，以免损伤预应力筋而断裂伤人，但又要锚固可靠。冬期张拉预应力筋时，其温度不宜低于-15℃，且应考虑预应力筋容易脆断的危险。

3）混凝土的浇筑与养护

混凝土的收缩是水泥浆在硬化过程中脱水密结和形成的毛细孔压缩的结果。混凝土的徐变是荷载长期作用下混凝土的塑性变形，因水泥石内凝胶体的存在而产生。为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失，在确定混凝土配合比时，应优先选用干缩性小的水泥，采用低水胶比、控制水泥用量、对骨料采取良好的级配等技术措施。

预应力钢丝张拉、绑扎钢筋、预埋铁件安装及立模工作完成后，应立即浇筑混凝土，每条生产线应一次连续浇筑完成，不允许留设施工缝。采用机械振捣密实时，要避免碰撞钢丝。混凝土未达到一定强度前，不允许碰撞或踩踏钢丝。

采用重叠法生产构件时，应待下层构件的混凝土强度达到5.0MPa后，方可浇筑上层构件的混凝土。

预应力混凝土可采用自然养护或湿热养护，自然养护不得少于14d。干硬性混凝土浇筑完毕后，应立即覆盖进行养护。但必须注意，当预应力混凝土构件进行湿热养护时，应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。当预应力筋张拉后锚固在台座上时，温度升高使预应力筋膨胀伸长，而混凝土逐渐硬结，将引起预应力筋的应力减小且永远不能恢复，并引起预应力损失。因此，先张法在台座上生产预应力混凝土构件时，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差（张拉钢筋时的温度与台座养护温度之差）计算确定。当混凝土强度达到7.5MPa（粗钢筋配筋）或10MPa（钢丝、钢绞线配筋）以上时，则可不受设计规定的温差限制。以机组流水法或传送带法用钢模制作预应力构件，湿热养护时，钢模与预应力筋同步伸缩，故不引起温差预应力损失。

4）预应力筋的放张

（1）放张要求

放张预应力筋时，混凝土必须达到设计要求的强度；如设计无要求时，应不得低于混凝土强度标准值的75%。同时，应保证预应力筋与混凝土之间具有足够的黏结力。对于重叠生产的构件，要求最上一层构件的混凝土强度不低于设计强度标准值的75%时方可进行预应力筋的放张。过早放张预应力筋会引起较大的预应力损失或产生预应力筋滑动。预应力混凝土构件在预应力筋放张前要对混凝土试块进行试压，以确定混凝土的实际强度。

（2）放张方法

放张前，应拆除侧模，使放张时构件能自由压缩，否则将损坏模板或使构件开裂。预应力筋的放张工作应缓慢进行，防止冲击。

①对于预应力钢丝混凝土构件，分两种情况放张：配筋不多的预应力钢丝放张采用剪切、割断和熔断的方法自中间向两侧逐根进行，以减少回弹量，利于脱模；配筋较多的预应力钢丝采用同时放张的方法，以防止最后的预应力钢丝因应力突然增大而断裂或使构件端部开裂。

②对于预应力钢筋混凝土构件，放张应缓慢进行。配筋不多的预应力钢筋，可采用剪切、割断或加热熔断逐根放张。对钢丝、热处理钢筋及冷拉Ⅳ级钢筋，不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。多根钢丝或钢筋的同时放张，应采用油压千斤顶、砂箱、楔块等。放张单根预应力筋，一般采用千斤顶放张［图5.11（a）］。配筋较多的预应力钢筋，所有钢筋应同时放张，可采用砂箱［图5.11（b）］或楔块［图5.11（c）］等装置进行缓慢放张。

图5.11　预应力筋放张装置

1—横梁；2—千斤顶；3—承力架；4—夹具；5—钢丝；6—构件；7—活塞；8—套箱；9—套箱底板；10—砂；11—进砂口；12—出砂口；13—台座；14，15—固定楔块；16—滑动楔块；17—螺杆；18—承力板；19—螺母

③采用湿热养护的预应力混凝土构件，宜热态放张预应力筋，而不宜降温后再放张。

（3）放张顺序

预应力筋的放张顺序应符合设计要求，如设计无要求时，应满足下列规定：

①对承受轴心预压力的构件（如压杆、桩等），所有预应力筋应同时放张。

②对承受偏心预压力的构件（如吊车梁），先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。

③如不能按以上规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张，以防止在放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。

④长线台座生产的钢弦构件，剪断钢丝宜从台座中部开始。

⑤叠层生产的预应力构件，宜按自上而下的顺序进行放张。

⑥板类构件放张时，从两边逐渐向中心进行。