4、预应力混凝土
4.1概述
4.11预应力混凝土：
在结构或构件承受使用荷载前，对受拉区的混凝土预先施加压应力, 以抵消或减少使用荷载作用下产生的拉应力。
4.12施加预应力的目的：
4.121提高结构或构件的抗裂度；
4.122提高结构或构件的刚度；
4.123充分发挥***钢材的作用；
4.124把散件拼成整体。
4.13施加预应力的方法：
张拉结构或构件受拉区中的预应力钢筋，并锚固在其端部，将钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件上，即产生预应力。
4.14预应力混凝土的施工方法：
按施工顺序分（预应力锚具的先张法和后张法不同）：
先张法（附先张锚具的注意事项）；
后张法（附先张法和后张法的施工工艺的不同，是否容易产生裂缝）。
按张拉方法分：
机械张拉（液压或电动螺杆）
电热张拉
4.2预应力施工的材料及机具
4.2.1混凝土
预应力锚索直接接触的浆材所用水泥，必须符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175的技术要求。水泥的运输、存储应符合《水工混凝土施工规范》SDJ207的要求。
预应力混凝土施工所用水泥浆材，如需掺用外加剂，其录离子含量不得大于水泥重量的0.02%，并不得产生气泡，或降低浆材的PH值。
预应力锚固施工用的水、砂、石子均应符合《水工混凝土施工规范》SDJ207的规定。
4.2.2预应力钢材
根据实际要求所选用的预应力钢材必须符合下列标准：
钢丝：《预应力混凝土用钢丝》GB5223；
钢绞线：《预应力混凝土用钢绞线》GB5224；
钢筋《预应力混凝土用热处理钢筋》GB4463；
凡选用非国家标准的预应力材料,应具有充分论证及相应的技术鉴定,并报有关部门批准。
对国外进口的标准预应力材料，可按产品质量***、标牌及说明书、进口协议文件等足以证明其质量标准的文件代替技术鉴定。
预应力钢材必须具有出厂质量***及标牌。使用前必须经抽样检查合格后方可使用。
预应力钢材应入库、架空储存，不得露天堆放。存储仓库除应符合一般金属材料仓库要求外，还应增加防潮、防腐设施。
在运输存储过程中，预应力钢材不得与硫化物、氯化物、氟化物、亚***盐、硝酸盐等有害物质直接接触或同库存储。
4.2.3锚具、夹具
锚具是后张法构件或结构中为保持预应力筋拉力并将其传递到混凝土上用的***性锚固装置；夹具是先张法构件施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在张拉台座上用的临时性锚固装置。
预应力用的锚、夹具按锚固方式不同分为：夹片式（JM型锚具、单孔夹片锚具与多孔夹片锚具等）、支承式（镦头锚具、螺丝端杆锚具等）、锥塞式（钢质锥形锚具、槽销锚具等）和握裹式（压花锚具）四类。锚、夹具的性能应符合行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85—92的规定。
4.2.4预应力锚索防护材料
预应力锚索***性防护涂层材料必须满足以下各项要求：
对预应力钢材具有防腐蚀作用；
与预应力钢材具有牢固的粘结性，且无有害反应；
能与预应力钢材同步变形，在高应力状态下不脱壳、不脆裂；
具有较好的化学稳定性，在强碱条件下不降低其耐久性；
便于施工操作。
4.2.5预应力锚索的隔离架与绑扎丝
预应力锚索的隔离架与绑扎丝均不得使用有色金属材料的镀层或涂层。
***性防护所用的金属和非金属套管，均应具有可靠的防潮性能，套管壁应能承受锚索施工中难以避免的外力冲击。钢管镀层不得采用有色金属，塑料套管应具有化学稳定性与耐久性。
套管长期在碱性环境中，不得变软，变硬，或分解出可能引起锈蚀的有害成分。
4.2.6张拉设备和量测设施
4.2.6.1预应力张拉设备
预应力张拉设备主要有张拉所用的千斤顶（张拉千斤顶）和张拉所用的电动油泵（张拉油泵）配合使用，通过工作把锚固件中的钢绞线或钢筋力量增加来赋予预应力数值。然而压浆泵、搅拌机、真空泵等其它机具设备在预应力张拉工艺中也是组成部分，所以一般统称为预应力张拉设备。
4.2.6.2量测设施
张拉设备一般由专人使用和管理，定期配套标定。标定时压力表的精度不宜低于1.5级，测力计精度不宜低于±2%，标定值与理论计算误差要控制在±2%以下，***不能超过±3%（理论计算值=压力表读数×千斤顶张拉缸面积）。张拉机具受到碰撞及出现异常，应随时全部重新标定。
标定曲线（张拉力—油压表读数曲线）的建立
标定时千斤顶进油，当测力计达到一定分级荷载读数N时，读出压力表上相对应的读数Pa值，此时N即为对应于压力表读数P的实际作用力，重复3次取其平均值。将测得各值绘成曲线，该曲线称为标定曲线。
4.2.2.1伸长值、回缩值控制
锚束张拉时，将5MPa前的张拉力作为初始应力，并开始量测伸长值。
伸长值、回缩值控制原则
A、张拉***控制应力后，锚束伸长值误差控制在-5%～10%范围内。
B、个别锚束误差略大于10%要进行原因分析，确定无误后方能进行张拉。
C、误差小于-5%，立即停止张拉，检查偏小的原因，采取措施纠正。
D、回缩值控制在5mm以内，若大于5mm应检查锚、夹具及千斤顶安装对中和顶压锚固操作工艺。
4.3.先张法施工
4.3.1 工艺流程
张拉固定钢筋→浇混凝土→养护（***75%强度）→放松钢筋
4.3.2张拉台座设计
1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；
满足生产工艺的要求。
2、形式：
①墩式（传力墩、台面、横梁）
长度100～150m，适于中、小型构件。
②槽式（传力柱、上下横梁、砖墙）
长45～76m，
适于双向预应力构件， 易于蒸汽养护。
③钢模台座
4.3.3预应力筋制作
A、钢丝下料
采用镦头锚具时，钢丝的等长要求较严。同束钢丝下料长度的相对差值（指同束***长与***短钢丝之差）不应大于L/5000（L—钢丝下料长度），且不得大于5mm。钢丝下料可用钢管限拉法或用牵引索在拉紧状态下进行。
B、刻痕钢丝与钢绞线下料，应采用砂轮切割机，不得采用电弧切割。对需要镦头的刻痕钢丝，其切割面应与母材垂直。钢绞线切割后，其端头应不松散。
4.3.4预应力筋张拉
1、张拉程序
0→1.05σcon（持荷2分钟）→σcon
0→1.03σcon
超张拉——减少由于钢筋松弛变形造成的预应力损失。
2、控制应力及***应力：
超张拉可比设计要求提高5%，但***张拉控制应力不得超过下列规定：

预应力筋种类 先张法后张法
碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线 0.80fptk
0.75fptk

热处理钢筋、冷拔低碳钢丝
0.75fptk
0.7fptk

冷拉钢筋
0.95fpyk
0.9fpyk

fptk：极限抗拉强度标准值
fpyk：屈服强度标准值
3、张拉要点：
（1）张拉时应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算值的偏差不得超过±6%，否则应停拉；
（2）从台座中间向两侧进行（防偏心损坏台座)
（3）多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)
（4）拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松
（5）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯构件截面短边的4%
（6）冬施张拉时，温度≮－15℃
（7）注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。
4.3.5预应力筋放张
1.条件：混凝土达到设计规定且≮75%强度值后。
2.方法：
锯断，剪断，熔断（***于Ⅰ～Ⅲ级冷拉筋）
3.要点：
放张顺序：
轴心受压构件同时放；
偏心受压构件先同时放预压应力小的区域的，再同时放大的区域的；
其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张.
粗筋放张应缓慢（砂箱法、楔块法、千斤顶).
4.4后张法施工
4.4.1工艺流程
浇筑混凝土结构或构件（留孔）→养护拆模→（达75%强度后）穿筋张拉→固定→孔道灌浆→（浆达15N/mm2,混凝土达***后）***、吊装。
4.4.2预留孔道
1、要求：位置准确；内壁光滑；
端部预埋钢板垂直于孔道轴线（中心线）；
直径、长度、形状满足设计要求（直径与锚具及筋有关）。
2、方法：
①钢管抽芯法（直孔）——钢管应平直、光滑，用前刷油；每根长≯15米，每端伸出500mm；两根接长，中间用木塞及套管连接；用钢筋井字架固定，@≯1米；浇混凝土后每10～15分钟转动一次；混凝土初凝后、终凝前抽管；抽管先上后下，边转边拔。（灌浆孔间距≯12米）
②胶管抽芯法－－用于长孔或曲线孔。有一定刚度或充压；钢筋井字架@≯0.5米；混凝土达一定强度后拔管。
③埋管法－－预埋螺旋管。可先穿筋，接头严密，有一定刚度；井字架@≯0.8米；灌浆孔间距≯30米；波峰设排气泌水管.
4.4.3预应力筋制作与穿索
钢筋束所用的钢筋一般成盘圆状供应，长度较长，不需要对焊接长。钢筋束预应力筋的制作工序一般是：***冷拉－下料－编束。
热处理钢筋、冷拉Ⅳ级钢筋及钢绞线下料切断时，宜采用砂轮锯切或切断机切断，不得采用电弧切割，因为预应力筋一般为***钢材，如局部加热或冷却，将引起该部位脆性***而造成脆断。钢绞线切断前，在切口两侧各50mm处，应用铅丝绑扎，以免钢绞线松散。
钢筋束或钢绞线束制作时，为了保证窗入构件孔道时发生扭结，必须逐根理顺，用沿丝每隔1m左右绑扎成束，不得紊乱，在穿束时宜采用束网套穿束。
预应力筋下料长度，主要与张拉设备和选用的锚具有关。当采用YC-60型千斤顶张拉，用JM型、XM型锚具锚固时，预应力筋的下料长度应等于构件孔道加上两端为张拉、锚固所需的外露长度（即张拉千斤顶的长度和千斤顶尾部锚固钢筋的锚固长度）。
4.4.4张拉与锚固
(1)张拉前的准备工作：A 检查待张拉的主梁制作质量，砼强度试压报告，是否达到设计要求。B 检查锚垫板下砼浇筑是否密实，对梁端和垫板周围进行清理，以使锚板与垫板保持***吻合状态。C 检查梁体下部模板***是否会对张拉后梁体弹性压缩产生阻碍。D 搭设张拉操作台，要求操作台安全牢固，并便于千斤顶吊装和转移。E 在张拉端设置安全防夹片弹出档板，以及醒目的安全警戒线。F 锚具的检验，要检验锚板与夹片的外形及锥孔有无问题及一定数量的硬度检验。G 千斤顶及油泵的检验，测定千斤顶顶压吨位与油压表读数的对应关系，并出具标定报告。
(2)张拉顺序：如有4束张拉则采用对角张拉的顺序。
　　　　　　　　 如为3束则先张拉中间一根，后张拉两边。
(3) 张拉程序：安装工作锚板→安夹片→安顶压器→安千斤顶→安工具锚→张拉(两端同时张拉)→顶压锚固(两端同时顶锚)。
　　锚具使用前必须清洗干净，表面及内壁不得有杂质；
　　安装锚环时应注意钢丝每7根***束之间不得交叉扭结；
　　安装夹片时应轻轻敲打，使夹片端部平齐，三块平片间隙不得夹有钢丝，保持相同的隙缝；
　　工具锚夹片表面要均匀地抹上石腊，以便张拉后自动退锚，根据实际使用情况确定工作平片使用次数，一般为5～8次。
(4)张拉控制应力：张拉控制应力为0.75fptk。
　　张拉应力：0→初应力(测伸长初值)→***或103%超张拉(持荷两分钟)测伸长值→顶压锚固→0。
　　是否超张，应根据锚具夹紧情况决定。两端采用对讲机联络，做到基本同小张拉，达到设计吨位后，同时顶压锚固。
　　张拉完毕测伸长值，与理论计算值相比，伸长值与理论值误差应在－5～＋10%之间。张拉过程中，必须详细作好记录，并整理纳入技术资料档案。
4.4.5伸长值校核
采用应力控制方法张拉预应力筋时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求。实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在以内，即：
│△L理-△L实│≤6％△L理
或： （1-6％）△L理≤△L实≤（1+6％）△L理
如果校核不满足上式，应暂停张拉，采取重新校准设备、对预应力材料作弹性模量检查或放松钢束重新张拉等方法，待查明原因采取措施后，方可继续张拉。若符合上述校核要求，则表明采用应力控制方法张拉预应力筋时，应力控制是准确可靠的。
4.4.6灌浆
目的：防止生锈；增加整体性。
⑥孔道湿、洁净，由下层孔到上层；
⑦灌满孔道并封闭排气孔后，加压0.5～0.6MPa，稍后再封闭灌浆孔；
⑧不掺外加剂时，可用二次灌浆法。
4.4.1灌浆材料
①水泥≮32.5级普硅；
②水泥浆强度≮30MPa；
③水灰比0.4左右，不得大于0.45 ；
④泌水率：拌后三小时宜≯2%，***≯3%
⑤可掺无腐蚀性外加剂：***（水泥重的0.5～1/万），木钙（0.25%），微膨胀剂；
4.4.2灌浆设备
(1)真空泵；
(2)压浆泵
(3)灰浆搅拌机
4.4.3灌浆施工
(1)启动真空泵抽真空，使真空度达到-0.08～-0.1MPa并保持稳定；
(2)启动灌浆泵，当灌浆泵输出的浆体达到要求时，将泵上的输送管道接到锚垫板上的引出管上，开始灌浆；
(3)灌浆过程中，真空泵保持连续工作；
(4)待抽真空端的气流分离器中有浆体经过时，关闭气污分离器前端的阀门，稍后打开排气阀，当水泥浆从排气阀顺通流出，且稠度与灌入的浆体相当时，关闭抽真空端所有的阀门；
(5)灌浆泵继续工作，压力达到0.8MPa左右，持续1～2分钟；
(6)关闭灌浆泵及灌浆端阀门，完成灌浆；
(7)拆卸外接管路、附件、清洗气污分离器及阀泵；
(8)完成当日灌浆后，必须将所有水泥浆的设备清洗干净；
(9)安装在压浆端及出浆端的球阀，应在灌浆后2小时内拆除并进行清理。
4.5封锚回填
4.5.1封锚前需对外露钢绞线进行切除,开机前必需对切割机进行认真检查,确认无误方能开机,待运转正常后方能作业;
4.5.2切除外露钢绞线作业前,工作人员须清理作业范围内的易燃物品,并作好防火隔离;
4.5.3 操作人员在操作过程中必须配戴防护目镜,防尘***等劳动保护用品;
4.5.4砼浇筑前对搅拌机进行检查并试运行后方可正式作业.
4.5.5排架拆除
4.6预应力混凝土的观测
1）观测仪器
一般情况下，各工程均应设置观测孔，以便长期监测预应力损失规律，借以判定所设预锚孔位
2） 观测
长期观测必须按设计文件施工。施工期内，长期观测工作应由施工单位负责检测，预应力锚固工程竣工，应移交运行单位，继续观测。
长期观测持续时间不宜小于5年。各承担单位必须由专人负责，不得中断观测。
预应力观测孔应尽早安排施工，并应将测试结果用于指导施工。
长期观测孔所用仪表、接线线路应妥加保护。当仪表受到撞击，或观测数据出现异常时，必须及时查明原因，进行补救处理，才能继续观测。
长期观测资料应及时整理、分析、作好信息反馈。
凡采用新材料、新工艺、新型锚索及锚固段的预应力锚固工程，必须根据设计要求增作***性试验及长期监测。

4.7闸墩预应力混凝土施工
.3.1 预应力材料
1) 预应力钢材
2) 锚具
预应力闸墩常用锚具有钢丝束镦头锚具和多孔夹片锚固体系（群锚体系）
3) 混凝土
1.3.2张拉参数的测定和试验
1) 影响锚束张拉锚固应力的主要因素
闸墩大吨位锚束施工，摩擦和锚固损失是选择张拉方式的重要技术参数，也是影响张拉锚固应力的主要因素，因而在施工前必须首先确定与两项损失计算值直接相关的参数k（每米孔道局部偏差对摩擦影响系数）、μ（曲率摩擦系数）及Es（预应力筋弹性模量）。
2) 摩擦损失与k，μ值的选取
① k、μ值的选定
k、μ值取决于：a锚束钢材种类、表面特性；b锚孔管道材料、施工质量及正直度，是否光滑、变形、漏浆；c曲线截面中，各钢绞线的侧向挤压和约束k、μ值也可通过张拉试验推算确定。推算公式为：
k=ln(P张/P固)÷L （2—1）
μ=[ln(P张/P固)-K×L]÷θ （2—2）
式中：P张——张拉端张拉力（kN）；
P固——固定端被动张拉力（kN）；
L——锚束长度（m）；
3) 弹性模量Es值的确定
在多根预应力筋组成的弯曲锚束里，由于各根原始长度不同，松紧程度不同，受力不均匀，接触物体的摩擦阻力也不同，造成Es值的变化。目前国内外尚无确定的标准取值，一般采用厂家推荐值或试验统计平均值。
1.3.3锚固工艺与施工技术
1) 张拉准备
①预留孔道。利用结构钢筋或设置专门***埋设固定钢管或波纹管。
②浇筑混凝土。浇筑混凝土时，严禁吊罐碰撞管道；振捣器离管道应有一定距离，以免管道变形或损坏，防止混凝土浆进入孔道。
③锚束制作
A、钢丝下料、编束。下料长度要经计算，考虑到锚具的特性，锚固形式，张拉伸长值等因素影响，并根据实际情况和试验确定。墩头锚具钢丝下料，长度误差控制在1/3000～1/8000之间，钢丝下料前如有弯曲，应作调直处理。下料后按要求的根数编束，逐根排列理顺，严防交叉。
B、钢绞线下料编束：钢绞线在现场***，***时逐根检查有无伤疤及锈坑，并将其***。钢绞线用砂轮切割机切断，严禁电弧切割。***下料要控制锚束内外圈长度，端头形成台阶状（台阶长度5cm），以便安装锚具。编束用20号铁丝绑扎，间距1～1.5m。编束时应先将钢绞线理顺，并尽量使各根钢绞线松紧一致。
C、锚束编束直***灌浆前，都要采取防锈措施，并尽可能缩短工期，减少存放时间。
④ 穿束
穿束前用专用钢刷将孔道清洗干净，锚束端头套导向帽，利用卷扬机和起吊设备人工辅助进行穿束，也可将锚束先穿入孔道，然后浇筑混凝土。锚束入孔应顺直，不能扭向和错位。
⑤锚、夹具检查与安装。锚具、夹片必须有出厂合格证，无论新开箱或用后的工具锚一定要按规范对夹片进行一定数量（随机抽样）的硬度检验；
⑥ 张拉机具的选择与标定。根据设计张拉吨位要求配置匹配的千斤顶和油泵，同时还配备一台小型千斤顶，用于滑丝单根补拉。张拉前，对所有配置的张拉机具、压力表、测力装置进行严格检查和标定，给出标定曲线，作为张拉依据。施工中出现异常，还需随时重新标定。标定后的张拉机具必须配套使用。
3）锚具张拉
① 张拉控制应力
预应力锚具的张拉控制应力，由设计***。根据规范，钢丝和钢绞线张拉控制应力σcon为0.70fPtk，***张拉控制应力为0.75 fPtk。若超张拉力超过0.75 fPtk，加上机具，仪表的允许误差及钢材的不均匀系数，就有可能超过钢材的弹性范围，这是规范不允许的。
② 张拉
A、张拉时，混凝土必须达到设计强度，***少不得低于设计标号的90%。
B、张拉顺序，应按设计进行，先拉次锚束，后拉主锚束。主锚束先张拉中间层，后对称张拉其它层，每层先张拉中间束，再对称张拉两侧，以免结构承受过大的偏心压力。
C、施工中采用分级一次张拉到位的方式，超张拉应力控制在0.75 fPtk，初应力为超张拉应力的10%。在初应力状态，采用两次荷载调整，使锚束均匀受力。步骤为：0—→4%σcon—→卸载—→8%σcon—→卸载—→10%σcon，并以此为张拉伸长值量测基点。
4）封孔灌浆
①封孔灌浆是锚束***防锈措施。为减小预应力损失，张拉结束后，应立即进行灌浆封锚。灌浆浆液除应满足强度和粘结力要求外，应具有较大的流动性和较小的干缩性。对于斜管，由于高差大，顶部泌水较多，采用从低端向高端压力灌浆，从高端补浆的方法，并在高端锚束端部安装灌浆罩，收集泌水及补灌水泥浆。