超长有粘结、无粘结预应力混凝土梁分阶段张拉施工工法
1 前言
随着科学技术的不断进步，预应力技术广泛应用于工业与民用建筑中，郑州邮政综合生产楼工程建筑面积54000m2，地下二层，地上29层，砼结构总高133.5m。其中地下一层-2.2m标高框架梁采用有粘结和无粘结预应力混凝土结构，梁宽800mm，梁高750mm，跨度8m~9.6m不等，总长度110m，通长配筋，预应力筋采用φ15.24钢绞线，强度级别1860Mpa。锚具采用QMV15型。大梁荷载分二次叠加。本工法通过郑州邮政综合生产楼工程地下室梁通过预应力技术分批、分阶段控制应力方法解决大跨度，大荷载，超长混凝土梁的施工难题，超长有粘结、无粘结预应力混凝土梁分阶段张拉施工工法。施工方法先进，具有推广价值。 2 特点
2.1 有粘结、无粘结预应力混合配筋。
2.2 预应力分阶段，分批张拉；逐步建立预应力，以适应大梁荷载分二次叠加。
2.3 建立预应力周期长，第一批钢筋和第二批钢筋张拉中间间隔达一年左右。 3 使用范围
本工法使用于分阶段，分批张拉，有粘结、无粘结预应力混合配筋，跨度大，配筋超长的预应力混凝土结构。
4 工艺流程
4.1 无粘结预应力工艺流程
4.2 有粘结预应力工艺流程
5操作要点
5.1 施工准备
5.1.1 技术准备
1) 图纸会审及施工组织设计编制；
2）孔道摩阻力的测试、预应力筋编号及张拉伸长值的计算； 3) 张拉顺序的确定；
4) 张拉班组的安全教育；技术交底及工作分配； 5.1.2 生产准备
1) 外露端垫板、钢绞线清理、检查； 2) 张拉操作台及操作空间的准备； 4) 预应力筋、锚具进场及复试； 5) 设备进场及标定； 6) 组件试验；
5.1.4 预应力区域划分和张拉顺序划分
1）施工图中B型后浇带的混凝土应在相应梁的第一批预应力筋全部张拉后二个月以上并选择气温相对较低的时间浇筑，A型后浇带混凝土在后浇带两侧基础沉降稳定后并选择气温相对较低的时间浇筑，然后进行第二批预应力筋张拉。
2）不在后浇带上的预应力框架梁在该跨梁第一批预应力筋张拉后可拆除模板，第二批张拉前板上可覆土10Mpa，后浇带上的预应力框架梁在该跨梁预应力筋全部张拉后方可拆除模板。上部第三层楼板施工完后进行第二批张拉。
5.2 无粘结预应力施工 5.2.1 一般要求
后张无粘结预应力混凝土结构施工，首先根据设计图绘出预应力筋数量及线形，进行施工图翻样。主要完成以下工作：
（1）预应力筋布置及定位方法
根据设计绘出的线形，确定马凳数量、间距及定位点矢高，画出预应力筋定位曲线图、马凳布置图。根据预应力筋各定位点矢高编排双向布筋工艺，马凳间距800mm。
（3）预应力筋张拉、锚固方式
梁中预应力筋采用两端锚具锚固，两端张拉。 5.2.2 无粘结筋下料及固定端制作 1）无粘结筋进场验收
无粘结预应力筋出厂时，每盘上都挂有标牌，并附有出厂证明书。进场时应按下述规定验收，每次同规格订货为一检验批，且每批重量不大于30t。
2）无粘结筋下料及固定端制作
无粘结预应力筋在现场下料、编号、制作固定端、分类存放。现场下料，应在平整光滑的场地上进行，预应力筋下垫方木，上铺彩条布。
无粘结预应力筋成品盘重一般为1.0~2.0t，起吊运输用粗麻绳捆扎。
无粘结预应力筋用放线盘架放线或人工逐圈放线，放线时应采
取措施防止预应力筋弹出伤人。预应力筋下料长度应根据构件内曲线长度加张拉端外露长度计算。
梁和板中无粘结预应力筋埋入式固定端采用挤压锚。 5.2.3 预应力筋布置
无粘结筋应用专门马凳就位固定，马凳间距按1m要求布置，马凳可单个制作，也可通长制作，马凳钢筋为φ14螺纹筋，以防滑动。无粘结筋与马凳用绑扎丝绑扎牢固。
5.2.4无粘结筋的铺放
为保证无粘结筋的曲线矢高要求，焊预应力筋支架。预应力筋矢高控制偏差为±5mm，无粘结预应力曲线筋或折线筋末端的切线应与承压板相垂直，曲线段的起始点至张拉锚固点应有不小于300mm的直线段。
5.2.5布筋质量要求 1）原材料验收合理； 2）固端锚具制作、验收合格； 3）无粘结筋布置平滑顺直； 4）张拉端、固定端就位正确； 5）无粘结筋固定牢靠；
6）无粘结筋无明显破损、漏油点；
7）无粘结筋矢高定位准确，误差在板内±5mm以内，梁内为±10mm；
8）马凳间距准确，间距误差在±30mm以内。
取措施防止预应力筋弹出伤人。预应力筋下料长度应根据构件内曲线长度加张拉端外露长度计算。
梁和板中无粘结预应力筋埋入式固定端采用挤压锚。
5.2.3 预应力筋布置
无粘结筋应用专门马凳就位固定，马凳间距按1m要求布置，马凳可单个制作，也可通长制作，马凳钢筋为φ14螺纹筋，以防滑动。无粘结筋与马凳用绑扎丝绑扎牢固。
5.2.4无粘结筋的铺放
为保证无粘结筋的曲线矢高要求，焊预应力筋支架。预应力筋矢高控制偏差为±5mm，无粘结预应力曲线筋或折线筋末端的切线应与承压板相垂直，曲线段的起始点至张拉锚固点应有不小于300mm的直线段。
5.2.5布筋质量要求
1）原材料验收合理；
2）固端锚具制作、验收合格；
3）无粘结筋布置平滑顺直；
4）张拉端、固定端就位正确；
5）无粘结筋固定牢靠；
6）无粘结筋无明显破损、漏油点；
7）无粘结筋矢高定位准确，误差在板内±5mm以内，梁内为±10mm；
8）马凳间距准确，间距误差在±30mm以内。
5.2.6 承压板的安装
无粘结筋张拉端均设承压板，安装中应防止由于承压板端面倾斜造成预应力筋与承压板不垂直，影响张拉。承压板应用钉子或螺栓固定在端部模板上。保证张拉作用线与承压板垂直。
5.2.7 无粘结筋张拉
无粘结预应力筋采用小油泵与单根钢绞线前卡千斤顶张拉。具体同有粘结预应力筋张拉。锚具采用I类锚具。两端张拉时，可先在一端张拉并锚固，再在另一端补足张拉力后并锚固。
5.2.8、单根预应力筋的变角张拉工艺
单根预应力筋变角张拉工艺，适用于变角范围0º~60º，变角会增大摩擦阻力，施工中予以考虑，避免由于摩阻增大拉断预应力筋。变角在0º~20º时，摩阻增加的较小，可以忽略其影响，变角在20º~40º时，应采用超张拉5%弥补其损失。如果设计时控制应力已在0.75fptk时，超张拉应慎重。
5.2.9无粘结筋端头保护
无粘结预应力筋张拉施工完毕后，应及时对锚固区进行保护。外露无粘结筋应使用砂轮切割机切割。切割后的无粘结筋露出锚具夹片30mm以上，然后在夹片及无粘结筋端部涂专用防腐油脂，用混凝土封闭。
5.3 有粘结预应力施工
5.3.1 钢绞线下料长度
当采用两端张拉加1400，一端张拉加700mm。
5.3.2 钢绞线下料与编束
钢绞线下料场应平坦，下垫方木或彩条布，不得将钢绞线直接接触土地以免生锈，也不得在混凝土地面上生拉硬拽，磨伤钢绞线，下料长度误差控制在-50~+100mm以内。钢绞线的盘重大、盘卷小、弹力大，应防止在下料过程中钢绞线紊乱并弹出伤人。
钢绞线的下料采用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。
钢绞线的编束用20号铁丝绑扎，间距1~1.5m。编束时应用5孔理顺板先将钢绞线理顺，并尽量使各根钢绞线松紧一致。
5.3.3 预留孔道
预应力筋孔道布置
1）孔道直径
孔道的直径应比预应力钢绞线束外径大5~10mm，且孔道面积应大于预应力筋面积的两倍，波纹管内径选用φ65mm。
2）孔道布置原则
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。
3）孔道端头排列 预应力筋孔道端头连接承压钢垫板或铸铁喇叭管，由于锚下局部承压要求及张拉设备操作空间的要求，预留孔道端部排列间距往往与构件内部排列间距不同。此外由于成束预应力筋的锚固工艺要求，构件孔道端常常需要扩大孔径，形成喇叭口形孔道。构件端部排列间距及扩孔直径各不相同，尺寸见相关的张拉锚固体系的技术
资料。
4）孔道成型方法
预应力筋的孔道采用预埋管方法成型。
（1）金属波纹管的规格
本工程波纹管内径65mm，长度8m左右。接头内径70mm，长度300mm。
（2）波纹管的连接与安装
波纹管的连接，采用大一号同型波纹管。接头管的长度为300mm，接头两端用密封胶带封裹。
当张拉端预留孔道无需扩孔时，波纹管可直接从承压钢板的中心孔中穿出抵紧模板，用泡沫海绵等软物密封，或直接从端模板中露出。
波纹管的安装，应事先按设计图中预应力筋的曲线坐标在梁侧模或箍筋上定出曲线位置。波纹管的固定应采用钢筋马凳支托，马凳间距为800mm。钢筋支托应焊在箍筋上，箍筋底部应垫实。波纹管与支托钢筋用细铁丝绑牢，或用φ6倒U形筋点焊在托筋上卡住孔道，以防浇筑混凝土时波纹管位置偏移或上浮。
波纹管安装就位过程中，应尽量避免反复弯曲，以防管壁开裂。同时，还应防止电焊火花烧伤管壁。
波纹管安装后，应检查其位置、曲线形状是否符合设计要求，波纹管的固定是否牢靠，接头是否完好，管壁有无破损等。如有破损，应及时用粘胶带修补。
波纹管位置的垂直偏差一般不宜大于±20mm，水平偏差在1000mm范围内也不宜大于±20mm。从梁上整体看，波纹管在梁内应平坦顺直，从梁侧看，波纹管曲线应平滑连续。
（3）灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管
在构件两端及跨中设置灌浆孔或排气孔，孔距不宜大于20m。灌浆孔或排气孔也可设置在锚具或铸铁喇叭处，灌浆孔用于进水泥浆，其孔径一般不宜小于16mm，排气孔是为了保证孔道内气流通畅，不形成封闭死角，保证水泥浆充满孔道。
排水孔一般设在每跨曲线孔道的最低点，开口向下，主要用于排除灌浆面孔道内冲洗用水或养护时进入孔道内的水分。泌水管设在每跨曲线孔道的最高点处，开口向上，露出梁面的高度一般不小于50mm。泌水管用于排除孔道灌浆后水泥浆的泌水，并可二次补充水泥浆。泌水管可与灌浆孔统一留用，
5.3.4 预应力筋穿束
本工程预应力筋采用后穿束法，根据一次穿入数量，采用整束穿。穿束工作可由人工、卷扬机和穿束机进行。穿束前应逐根理顺，捆扎成束，不得紊乱。采用人工穿束，束的前端应扎紧并戴上“子弹头”，以便顺利通过孔道。对多波曲线束，宜采用特制的“子弹头”，工人在前头牵引，后头推送，用对讲机保持前后二端同时出力。
5.3.5 预应力筋张拉
1）张拉施工准备
预应力筋张拉施工是预应力混凝土结构施工的关键工序，张拉
施工的质量直接关系到结构安全、人身安全。张拉施工前应精心组织、策划，做好各项施工准备工作，以保证张拉施工顺利进行。
（1）锚具进场
预应力筋用锚具进场时应按《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204和《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85组批验收，合格后方准使用。
（2）张拉设备的选用及标定
施工时应根据所用预应力筋的种类及其张拉锚固工艺情况，选用张拉设备。预应力筋的张拉力为设备额定张拉力的50%~80%，预应力筋的一次张拉伸长值不应超过设备的最大张拉行程。当一次张拉不足时，可采取分级重复张拉的方法，但所用的锚具与夹具应适应重复张拉的要求。
施加预应力用的机具设备及仪表，应由专人使用和管理，并应定期维护和标定（校验）。
张拉设备应配套标定，以确定张拉力与压力表读数的关系曲线。标定张拉设备用的试验机或测力计精度，不得低于±2%。压力表的精度不宜低于1.5级，最大量程不宜小于设备额定张拉力的1.3倍。
（3）混凝土强度
预应力筋张拉前，应提供结构构件（含后浇带）混凝土的强度试压报告。当混凝土的立方体强度满足设计要求75%后，方可施加预应力。
（4）预应力筋张拉力值
a、预应力筋设计张拉力
预应力筋设计张拉力Pj，按下式计算：
Pj=σ
式中σcon²Ap con——预应力筋设计张拉控制应力值；
Ap——束预应力筋的截面面积。
b、预应力筋施工张拉力
预应力筋张拉施工时，相应于设计所考虑的松驰损失计算方法，采用以下施工程序及张拉力值：
当设计时松驰损失按一次张拉程序取值
0→Pj锚固
当设计时松驰损失按超张拉程序取值
对夹片锚等不可卸载锚具0→1.03Pj锚固
以上各种张拉操作程序，均可分级加载，分级量测伸长值。 c、张拉力值的量测
预应力筋施工张拉力值应通过千斤顶、油压表配套标定的油压值与张拉力关系曲线换算成相应的张拉油压表数值，油压表的精度不宜低于1.5级，张拉油压值不宜大于压力表量程的75%。
（5）预应力筋张拉伸长值计算
预应力筋张拉伸长值△L，可按下式计算：
LPLT APES
式中P——预应力筋的平均张拉力，取张拉端拉力与跨中（二端张拉）或固定端（一端张拉）扣除孔道摩擦损失后的拉力平均
值，即：
PPj(1kx) 2
式中LT——预应力筋的实际长度；
AP——预应力筋的截面面积；
ES——预应力筋的实测弹性模量；
Pj——张拉控制力，超张拉时按超张拉力取值；
k——孔道局部偏摆系数，按规范取0.003；
μ——预应力筋与孔道壁的摩擦系数，按规范取0.25；
x——从张拉端至计算截面的孔道长度（以m计），可近
似取轴线投影长度，对一端张拉x=LT，对两端对
称张拉x=LT/2，
θ——从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（以
弧度计），对一端张拉，θ取曲线孔道的总转角，
对二端张拉，θ取曲线孔道总转角一半。
用上述方法进行计算时，对多曲线段组成的曲线束，或直线段与曲线段组成的折线束，应分段计算，然后叠加，较为准确。
2）预应力筋张拉
（1）预应力筋张拉顺序
预应力筋的张拉顺序，应使结构及构件受力均匀、同步，不产生扭转、侧弯，不应使混凝土产生超应力，不应使其它构件产生过大的附加内力及变形等。因此，无论对结构整体，还是对单个构件
而言，都应遵循同步、两端、分级和对称张拉的原则。
（2）分级张拉分级锚固
预应力筋张拉用液压千斤顶的张拉行程一般为150~200mm，其张拉伸长值会超过千斤顶的一次全行程，必须分级张拉、分级锚固。对超长预应力筋束，其张拉伸长值甚至达到千斤顶行程的好几倍，必须经过多次张拉，多次锚固，才能达到最终张拉力和伸长值。
（3）两端张拉工艺
两端张拉工艺是张拉设备同时布置在预应力筋两端同时同步张拉的施工工艺，适用于较长的预应力筋束。两端张拉应同时同步进行。
（4）张拉伸长值校核
张拉伸长值应使用测量精度不大于±1mm的标尺测量。测量方法有两种：
1量测千斤顶油缸行程数值 ○
在初始应力下，量测油缸外露长度，在相应分级荷载下量测相应油缸外露长度，如果中间锚固，则第二级初始荷载应为前一级最终荷载，将多级伸长值叠加即为初应力至终应力间的实商量伸长值。实际伸长值△L应为：
△L=△L1+△L2-A-B-C
式中△L1——从初应力至最大张拉力之间的实测伸长值，包括多级张拉、两端张拉的总伸长；
△L2——初应力以下的推算伸长值；
A——张拉过程中锚具楔紧引起的预应力筋内缩值，包括工具锚、远端工作锚、远端补张拉工具锚等的回缩值；
B——千万顶体内预应力筋的张拉伸；
C——构件的弹性压缩值。
关于推算伸长值△L2，可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系计算。如初应力为10%张拉力，初应力至终应力间荷载差值为90%张拉力，相应伸长值为△L1，则初应力以下伸长值应为1/9△L1。
2伸长值校核 ○
根据《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204如果实际伸长值超出计算伸长值的-6%~+6%，则应暂停张拉，在采取措施后，方可继续张拉。
5.3.8 孔道灌浆
1）灌浆材料
孔道灌浆采用不低于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为0.4~0.45，流动度为150~200mm、水泥浆3h泌水率最大不超过3%、外加剂采用微膨胀剂，掺量为水泥用量10%~12%。
2）水泥浆的搅拌
灌浆用水泥浆的配合比应在灌浆前试配确定。搅拌时间需要2~3min。
3）灌浆
金属波纹管应先用空气泵检查通气情况。灌浆时将灌浆机出浆
口与孔道相连，保证密封，开动灌浆泵注放压力水泥浆，从近至远逐个检查出浆口，待出浓浆后逐一封闭，待最后一个出浆孔出浓浆后，封闭出浆孔，继续加压至0.5~0.6Mpa，封闭进浆孔截门，待水泥浆凝固后，再拆卸连接接头，即时清理。 6 主要机械设备
7 质量控制
7.1材料、设备及制作
7.1.1预应力筋、锚具、波纹管、水泥、外加剂等主要材料的分批出厂合格证、进场检测报告、预应力筋、锚具的取样检测报告等；
7.1.2张拉设备、固定端制作设备等主要设备的进场验收、标定； 7.1.3预应力筋制作交底文件及制作记录文件； 7.2 预应力筋及孔道布置；
7.2.1孔道定位点标高是否符合设计要求；
7.2.2孔道是否顺直、过渡平滑、连接部位是否封闭，能否防止漏浆；
7.2.3孔道是否有破损、是否封闭；
7.2.4孔道固定是否牢固，连接配件是否到位； 7.2.5张拉端、固定端安装是否正确，固定可靠； 7.2.6自检、隐检记录是否完整； 7.3 混凝土浇筑
7.3.1是否派专人监督混凝土浇筑过程； 7.3.2张拉端、固定端处混凝土是否密实； 7.3.3是否能保证管道线形不变，保证管不被损伤； 7.3.4混凝土浇筑完成后是否派专人用清孔器检查孔道或抽动
孔道内预应力筋。
7.4 预应力筋张拉 7.4.1张拉设备是否良好； 7.4.2张拉力值是否准确； 7.4.3伸长值是否在规定范围内； 7.4.4张拉记录是否完整、清楚。 7.5 孔道灌浆
7.5.1设备是否正常动转；
7.5.2水泥浆配合比是否准确，计量是否精确； 7.5.3记录是否完整； 7.5.4试块是否按班组制作。 8 安全措施
8.1预应力筋张拉中，经标定的配套设备不允许随意更换。操作人员应精神集中，给油、回油应平稳。张拉应力包括超张拉不应超过无粘结筋标准抗拉强度的75%。
8.2 张拉作业人员必须戴安全帽，挂牌作业。严禁酒后作业。 8.3张拉过程中，锚具和其它机具严防高空坠落伤人。油管接头处、张拉油缸端部严禁站人，应站在油缸两侧。测量伸长值时，严禁用手扶摸缸体，避免油缸崩裂伤人。工具锚夹片螺纹要经常检查，避免张拉中由于螺纹磨损严重而滑脱飞出伤人。
8.4严防高压油管出现扭转或死弯现象，发现后立即卸除油压，进行处理。
8.5用电时严禁将地线、火线搞混，应做明显标记，避免与结构钢筋连在一起，造成触电事故。用电必须遵守安全用电规程。
8.6 严禁在水下操作油缸，避免损坏设备。
8.7 油箱油量不足时，要在没有压力下加油，机油一般为20号；冬季为10号。严禁使用酒精、甘油或水代替。
8.8 灌浆时，工人应远离灌浆嘴，防止喷浆伤人。
9．经济效益
通过分批分阶段控制应力方法施工，全部合格并一次性通过验收，加快施工进度，简化施工工序，确保施工质量，使企业取得信誉，提高企业技术水平，具有较好的经济效益和社会效益。
10．工程实例
通过郑州邮政综合生产楼工程预应力施工解决大跨度，大荷载，超长混凝土梁的施工难题，该工程预应力施工历史1年3个月。经检验全部合格，该工程荣获2005年全国“优质工程”奖，使企业取得信誉，提高企业技术水平，具有较好的经济效益和社会效益。