4、預應力混凝土
4.1概述
4.11預應力混凝土：
在結構或構件承受使用荷載前，對受拉區的混凝土預先施加壓應力, 以抵消或減少使用荷載作用下產生的拉應力。
4.12施加預應力的目的：
4.121提高結構或構件的抗裂度；
4.122提高結構或構件的剛度；
4.123充分發揮高強鋼材的作用；
4.124把散件拼成整體。
4.13施加預應力的方法：
張拉結構或構件受拉區中的預應力鋼筋，并錨固在其端部，將鋼筋的彈性收縮力傳遞到混凝土構件上，即產生預應力。
4.14預應力混凝土的施工方法：
按施工順序分（預應力錨具的先張法和后張法不同）：
先張法（附先張錨具的注意事項）；
后張法（附先張法和后張法的施工工藝的不同，是否容易產生裂縫）。
按張拉方法分：
機械張拉（液壓或電動螺桿）
電熱張拉
4.2預應力施工的材料及機具
4.2.1混凝土
預應力錨索直接接觸的漿材所用水泥，必須符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175的技術要求。水泥的運輸、存儲應符合《水工混凝土施工規范》SDJ207的要求。
預應力混凝土施工所用水泥漿材，如需摻用外加劑，其錄離子含量不得大于水泥重量的0.02%，并不得產生氣泡，或降低漿材的PH值。
預應力錨固施工用的水、砂、石子均應符合《水工混凝土施工規范》SDJ207的規定。
4.2.2預應力鋼材
根據實際要求所選用的預應力鋼材必須符合下列標準：
鋼絲：《預應力混凝土用鋼絲》GB5223；
鋼絞線：《預應力混凝土用鋼絞線》GB5224；
鋼筋《預應力混凝土用熱處理鋼筋》GB4463；
凡選用非國家標準的預應力材料,應具有充分論證及相應的技術鑒定,并報有關部門批準。
對國外進口的標準預應力材料，可按產品質量證書、標牌及說明書、進口協議文件等足以證明其質量標準的文件代替技術鑒定。
預應力鋼材必須具有出廠質量證書及標牌。使用前必須經抽樣檢查合格后方可使用。
預應力鋼材應入庫、架空儲存，不得露天堆放。存儲倉庫除應符合一般金屬材料倉庫要求外，還應增加防潮、防腐設施。
在運輸存儲過程中，預應力鋼材不得與硫化物、氯化物、氟化物、亞硫酸鹽、硝酸鹽等有害物質直接接觸或同庫存儲。
4.2.3錨具、夾具
錨具是后張法構件或結構中為保持預應力筋拉力并將其傳遞到混凝土上用的永久性錨固裝置；夾具是先張法構件施工時為保持預應力筋拉力并將其固定在張拉臺座上用的臨時性錨固裝置。
預應力用的錨、夾具按錨固方式不同分為：夾片式（JM型錨具、單孔夾片錨具與多孔夾片錨具等）、支承式（鐓頭錨具、螺絲端桿錨具等）、錐塞式（鋼質錐形錨具、槽銷錨具等）和握裹式（壓花錨具）四類。錨、夾具的性能應符合行業標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程》JGJ85—92的規定。
4.2.4預應力錨索防護材料
預應力錨索永久性防護涂層材料必須滿足以下各項要求：
對預應力鋼材具有防腐蝕作用；
與預應力鋼材具有牢固的粘結性，且無有害反應；
能與預應力鋼材同步變形，在高應力狀態下不脫殼、不脆裂；
具有較好的化學穩定性，在強堿條件下不降低其耐久性；
便于施工操作。
4.2.5預應力錨索的隔離架與綁扎絲
預應力錨索的隔離架與綁扎絲均不得使用有色金屬材料的鍍層或涂層。
永久性防護所用的金屬和非金屬套管，均應具有可靠的防潮性能，套管壁應能承受錨索施工中難以避免的外力沖擊。鋼管鍍層不得采用有色金屬，塑料套管應具有化學穩定性與耐久性。
套管長期在堿性環境中，不得變軟，變硬，或分解出可能引起銹蝕的有害成分。
4.2.6張拉設備和量測設施
4.2.6.1預應力張拉設備
預應力張拉設備主要有張拉所用的千斤頂（張拉千斤頂）和張拉所用的電動油泵（張拉油泵）配合使用，通過工作把錨固件中的鋼絞線或鋼筋力量增加來賦予預應力數值。然而壓漿泵、攪拌機、真空泵等其它機具設備在預應力張拉工藝中也是組成部分，所以一般統稱為預應力張拉設備。
4.2.6.2量測設施
張拉設備一般由專人使用和管理，定期配套標定。標定時壓力表的精度不宜低于1.5級，測力計精度不宜低于±2%，標定值與理論計算誤差要控制在±2%以下，最大不能超過±3%（理論計算值=壓力表讀數×千斤頂張拉缸面積）。張拉機具受到碰撞及出現異常，應隨時全部重新標定。
標定曲線（張拉力—油壓表讀數曲線）的建立
標定時千斤頂進油，當測力計達到一定分級荷載讀數N時，讀出壓力表上相對應的讀數Pa值，此時N即為對應于壓力表讀數P的實際作用力，重復3次取其平均值。將測得各值繪成曲線，該曲線稱為標定曲線。
4.2.2.1伸長值、回縮值控制
錨束張拉時，將5MPa前的張拉力作為初始應力，并開始量測伸長值。
伸長值、回縮值控制原則
A、張拉至控制應力后，錨束伸長值誤差控制在-5%～10%范圍內。
B、個別錨束誤差略大于10%要進行原因分析，確定無誤后方能進行張拉。
C、誤差小于-5%，立即停止張拉，檢查偏小的原因，采取措施糾正。
D、回縮值控制在5mm以內，若大于5mm應檢查錨、夾具及千斤頂安裝對中和頂壓錨固操作工藝。
4.3.先張法施工
4.3.1 工藝流程
張拉固定鋼筋→澆混凝土→養護（至75%強度）→放松鋼筋
4.3.2張拉臺座設計
1、要求：有足夠的強度、剛度和穩定性；
滿足生產工藝的要求。
2、形式：
①墩式（傳力墩、臺面、橫梁）
長度100～150m，適于中、小型構件。
②槽式（傳力柱、上下橫梁、磚墻）
長45～76m，
適于雙向預應力構件， 易于蒸汽養護。
③鋼模臺座
4.3.3預應力筋制作
A、鋼絲下料
采用鐓頭錨具時，鋼絲的等長要求較嚴。同束鋼絲下料長度的相對差值（指同束最長與最短鋼絲之差）不應大于L/5000（L—鋼絲下料長度），且不得大于5mm。鋼絲下料可用鋼管限拉法或用牽引索在拉緊狀態下進行。
B、刻痕鋼絲與鋼絞線下料，應采用砂輪切割機，不得采用電弧切割。對需要鐓頭的刻痕鋼絲，其切割面應與母材垂直。鋼絞線切割后，其端頭應不松散。
4.3.4預應力筋張拉
1、張拉程序
0→1.05σcon（持荷2分鐘）→σcon
0→1.03σcon
超張拉——減少由于鋼筋松弛變形造成的預應力損失。
2、控制應力及最大應力：
超張拉可比設計要求提高5%，但最大張拉控制應力不得超過下列規定：

預應力筋種類 先張法后張法
碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線 0.80fptk
0.75fptk

熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲
0.75fptk
0.7fptk

冷拉鋼筋
0.95fpyk
0.9fpyk

fptk：極限抗拉強度標準值
fpyk：屈服強度標準值
3、張拉要點：
（1）張拉時應校核預應力筋的伸長值。實際伸長值與設計計算值的偏差不得超過±6%，否則應停拉；
（2）從臺座中間向兩側進行（防偏心損壞臺座)
（3）多根成組張拉，初應力應一致(測力計抽查)
（4）拉速平穩，錨固松緊一致，設備緩慢放松
（5）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯構件截面短邊的4%
（6）冬施張拉時，溫度≮－15℃
（7）注意安全：兩端嚴禁站人，敲擊楔塊不得過猛。
4.3.5預應力筋放張
1.條件：混凝土達到設計規定且≮75%強度值后。
2.方法：
鋸斷，剪斷，熔斷（僅限于Ⅰ～Ⅲ級冷拉筋）
3.要點：
放張順序：
軸心受壓構件同時放；
偏心受壓構件先同時放預壓應力小的區域的，再同時放大的區域的；
其它構件，應分階段、對稱、相互交錯放張.
粗筋放張應緩慢（砂箱法、楔塊法、千斤頂).
4.4后張法施工
4.4.1工藝流程
澆筑混凝土結構或構件（留孔）→養護拆模→（達75%強度后）穿筋張拉→固定→孔道灌漿→（漿達15N/mm2,混凝土達100%后）移動、吊裝。
4.4.2預留孔道
1、要求：位置準確；內壁光滑；
端部預埋鋼板垂直于孔道軸線（中心線）；
直徑、長度、形狀滿足設計要求（直徑與錨具及筋有關）。
2、方法：
①鋼管抽芯法（直孔）——鋼管應平直、光滑，用前刷油；每根長≯15米，每端伸出500mm；兩根接長，中間用木塞及套管連接；用鋼筋井字架固定，@≯1米；澆混凝土后每10～15分鐘轉動一次；混凝土初凝后、終凝前抽管；抽管先上后下，邊轉邊拔。（灌漿孔間距≯12米）
②膠管抽芯法－－用于長孔或曲線孔。有一定剛度或充壓；鋼筋井字架@≯0.5米；混凝土達一定強度后拔管。
③埋管法－－預埋螺旋管。可先穿筋，接頭嚴密，有一定剛度；井字架@≯0.8米；灌漿孔間距≯30米；波峰設排氣泌水管.
4.4.3預應力筋制作與穿索
鋼筋束所用的鋼筋一般成盤圓狀供應，長度較長，不需要對焊接長。鋼筋束預應力筋的制作工序一般是：開盤冷拉－下料－編束。
熱處理鋼筋、冷拉Ⅳ級鋼筋及鋼絞線下料切斷時，宜采用砂輪鋸切或切斷機切斷，不得采用電弧切割，因為預應力筋一般為高強鋼材，如局部加熱或冷卻，將引起該部位脆性變態而造成脆斷。鋼絞線切斷前，在切口兩側各50mm處，應用鉛絲綁扎，以免鋼絞線松散。
鋼筋束或鋼絞線束制作時，為了保證窗入構件孔道時發生扭結，必須逐根理順，用沿絲每隔1m左右綁扎成束，不得紊亂，在穿束時宜采用束網套穿束。
預應力筋下料長度，主要與張拉設備和選用的錨具有關。當采用YC-60型千斤頂張拉，用JM型、XM型錨具錨固時，預應力筋的下料長度應等于構件孔道加上兩端為張拉、錨固所需的外露長度（即張拉千斤頂的長度和千斤頂尾部錨固鋼筋的錨固長度）。
4.4.4張拉與錨固
(1)張拉前的準備工作：A 檢查待張拉的主梁制作質量，砼強度試壓報告，是否達到設計要求。B 檢查錨墊板下砼澆筑是否密實，對梁端和墊板周圍進行清理，以使錨板與墊板保持最佳吻合狀態。C 檢查梁體下部模板支撐是否會對張拉后梁體彈性壓縮產生阻礙。D 搭設張拉操作臺，要求操作臺安全牢固，并便于千斤頂吊裝和轉移。E 在張拉端設置安全防夾片彈出檔板，以及醒目的安全警戒線。F 錨具的檢驗，要檢驗錨板與夾片的外形及錐孔有無問題及一定數量的硬度檢驗。G 千斤頂及油泵的檢驗，測定千斤頂頂壓噸位與油壓表讀數的對應關系，并出具標定報告。
(2)張拉順序：如有4束張拉則采用對角張拉的順序。
　　　　　　　　 如為3束則先張拉中間一根，后張拉兩邊。
(3) 張拉程序：安裝工作錨板→安夾片→安頂壓器→安千斤頂→安工具錨→張拉(兩端同時張拉)→頂壓錨固(兩端同時頂錨)。
　　錨具使用前必須清洗干凈，表面及內壁不得有雜質；
　　安裝錨環時應注意鋼絲每7根一小束之間不得交叉扭結；
　　安裝夾片時應輕輕敲打，使夾片端部平齊，三塊平片間隙不得夾有鋼絲，保持相同的隙縫；
　　工具錨夾片表面要均勻地抹上石臘，以便張拉后自動退錨，根據實際使用情況確定工作平片使用次數，一般為5～8次。
(4)張拉控制應力：張拉控制應力為0.75fptk。
　　張拉應力：0→初應力(測伸長初值)→100%或103%超張拉(持荷兩分鐘)測伸長值→頂壓錨固→0。
　　是否超張，應根據錨具夾緊情況決定。兩端采用對講機聯絡，做到基本同小張拉，達到設計噸位后，同時頂壓錨固。
　　張拉完畢測伸長值，與理論計算值相比，伸長值與理論值誤差應在－5～＋10%之間。張拉過程中，必須詳細作好記錄，并整理納入技術資料檔案。
4.4.5伸長值校核
采用應力控制方法張拉預應力筋時，應以伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值應符合設計要求。實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在以內，即：
│△L理-△L實│≤6％△L理
或： （1-6％）△L理≤△L實≤（1+6％）△L理
如果校核不滿足上式，應暫停張拉，采取重新校準設備、對預應力材料作彈性模量檢查或放松鋼束重新張拉等方法，待查明原因采取措施后，方可繼續張拉。若符合上述校核要求，則表明采用應力控制方法張拉預應力筋時，應力控制是準確可靠的。
4.4.6灌漿
目的：防止生銹；增加整體性。
⑥孔道濕、潔凈，由下層孔到上層；
⑦灌滿孔道并封閉排氣孔后，加壓0.5～0.6MPa，稍后再封閉灌漿孔；
⑧不摻外加劑時，可用二次灌漿法。
4.4.1灌漿材料
①水泥≮32.5級普硅；
②水泥漿強度≮30MPa；
③水灰比0.4左右，不得大于0.45 ；
④泌水率：拌后三小時宜≯2%，最大≯3%
⑤可摻無腐蝕性外加劑：鋁粉（水泥重的0.5～1/萬），木鈣（0.25%），微膨脹劑；
4.4.2灌漿設備
(1)真空泵；
(2)壓漿泵
(3)灰漿攪拌機
4.4.3灌漿施工
(1)啟動真空泵抽真空，使真空度達到-0.08～-0.1MPa并保持穩定；
(2)啟動灌漿泵，當灌漿泵輸出的漿體達到要求時，將泵上的輸送管道接到錨墊板上的引出管上，開始灌漿；
(3)灌漿過程中，真空泵保持連續工作；
(4)待抽真空端的氣流分離器中有漿體經過時，關閉氣污分離器前端的閥門，稍后打開排氣閥，當水泥漿從排氣閥順通流出，且稠度與灌入的漿體相當時，關閉抽真空端所有的閥門；
(5)灌漿泵繼續工作，壓力達到0.8MPa左右，持續1～2分鐘；
(6)關閉灌漿泵及灌漿端閥門，完成灌漿；
(7)拆卸外接管路、附件、清洗氣污分離器及閥泵；
(8)完成當日灌漿后，必須將所有水泥漿的設備清洗干凈；
(9)安裝在壓漿端及出漿端的球閥，應在灌漿后2小時內拆除并進行清理。
4.5封錨回填
4.5.1封錨前需對外露鋼絞線進行切除,開機前必需對切割機進行認真檢查,確認無誤方能開機,待運轉正常后方能作業;
4.5.2切除外露鋼絞線作業前,工作人員須清理作業范圍內的易燃物品,并作好防火隔離;
4.5.3 操作人員在操作過程中必須配戴防護目鏡,防塵口罩等勞動保護用品;
4.5.4砼澆筑前對攪拌機進行檢查并試運行后方可正式作業.
4.5.5排架拆除
4.6預應力混凝土的觀測
1）觀測儀器
一般情況下，各工程均應設置觀測孔，以便長期監測預應力損失規律，借以判定所設預錨孔位
2） 觀測
長期觀測必須按設計文件施工。施工期內，長期觀測工作應由施工單位負責檢測，預應力錨固工程竣工，應移交運行單位，繼續觀測。
長期觀測持續時間不宜小于5年。各承擔單位必須由專人負責，不得中斷觀測。
預應力觀測孔應盡早安排施工，并應將測試結果用于指導施工。
長期觀測孔所用儀表、接線線路應妥加保護。當儀表受到撞擊，或觀測數據出現異常時，必須及時查明原因，進行補救處理，才能繼續觀測。
長期觀測資料應及時整理、分析、作好信息反饋。
凡采用新材料、新工藝、新型錨索及錨固段的預應力錨固工程，必須根據設計要求增作破壞性試驗及長期監測。

4.7閘墩預應力混凝土施工
.3.1 預應力材料
1) 預應力鋼材
2) 錨具
預應力閘墩常用錨具有鋼絲束鐓頭錨具和多孔夾片錨固體系（群錨體系）
3) 混凝土
1.3.2張拉參數的測定和試驗
1) 影響錨束張拉錨固應力的主要因素
閘墩大噸位錨束施工，摩擦和錨固損失是選擇張拉方式的重要技術參數，也是影響張拉錨固應力的主要因素，因而在施工前必須首先確定與兩項損失計算值直接相關的參數k（每米孔道局部偏差對摩擦影響系數）、μ（曲率摩擦系數）及Es（預應力筋彈性模量）。
2) 摩擦損失與k，μ值的選取
① k、μ值的選定
k、μ值取決于：a錨束鋼材種類、表面特性；b錨孔管道材料、施工質量及正直度，是否光滑、變形、漏漿；c曲線截面中，各鋼絞線的側向擠壓和約束k、μ值也可通過張拉試驗推算確定。推算公式為：
k=ln(P張/P固)÷L （2—1）
μ=[ln(P張/P固)-K×L]÷θ （2—2）
式中：P張——張拉端張拉力（kN）；
P固——固定端被動張拉力（kN）；
L——錨束長度（m）；
3) 彈性模量Es值的確定
在多根預應力筋組成的彎曲錨束里，由于各根原始長度不同，松緊程度不同，受力不均勻，接觸物體的摩擦阻力也不同，造成Es值的變化。目前國內外尚無確定的標準取值，一般采用廠家推薦值或試驗統計平均值。
1.3.3錨固工藝與施工技術
1) 張拉準備
①預留孔道。利用結構鋼筋或設置專門支撐埋設固定鋼管或波紋管。
②澆筑混凝土。澆筑混凝土時，嚴禁吊罐碰撞管道；振搗器離管道應有一定距離，以免管道變形或損壞，防止混凝土漿進入孔道。
③錨束制作
A、鋼絲下料、編束。下料長度要經計算，考慮到錨具的特性，錨固形式，張拉伸長值等因素影響，并根據實際情況和試驗確定。墩頭錨具鋼絲下料，長度誤差控制在1/3000～1/8000之間，鋼絲下料前如有彎曲，應作調直處理。下料后按要求的根數編束，逐根排列理順，嚴防交叉。
B、鋼絞線下料編束：鋼絞線在現場開盤，開盤時逐根檢查有無傷疤及銹坑，并將其清除。鋼絞線用砂輪切割機切斷，嚴禁電弧切割。開盤下料要控制錨束內外圈長度，端頭形成臺階狀（臺階長度5cm），以便安裝錨具。編束用20號鐵絲綁扎，間距1～1.5m。編束時應先將鋼絞線理順，并盡量使各根鋼絞線松緊一致。
C、錨束編束直至灌漿前，都要采取防銹措施，并盡可能縮短工期，減少存放時間。
④ 穿束
穿束前用專用鋼刷將孔道清洗干凈，錨束端頭套導向帽，利用卷揚機和起吊設備人工輔助進行穿束，也可將錨束先穿入孔道，然后澆筑混凝土。錨束入孔應順直，不能扭向和錯位。
⑤錨、夾具檢查與安裝。錨具、夾片必須有出廠合格證，無論新開箱或用后的工具錨一定要按規范對夾片進行一定數量（隨機抽樣）的硬度檢驗；
⑥ 張拉機具的選擇與標定。根據設計張拉噸位要求配置匹配的千斤頂和油泵，同時還配備一臺小型千斤頂，用于滑絲單根補拉。張拉前，對所有配置的張拉機具、壓力表、測力裝置進行嚴格檢查和標定，給出標定曲線，作為張拉依據。施工中出現異常，還需隨時重新標定。標定后的張拉機具必須配套使用。
3）錨具張拉
① 張拉控制應力
預應力錨具的張拉控制應力，由設計提供。根據規范，鋼絲和鋼絞線張拉控制應力σcon為0.70fPtk，最大張拉控制應力為0.75 fPtk。若超張拉力超過0.75 fPtk，加上機具，儀表的允許誤差及鋼材的不均勻系數，就有可能超過鋼材的彈性范圍，這是規范不允許的。
② 張拉
A、張拉時，混凝土必須達到設計強度，至少不得低于設計標號的90%。
B、張拉順序，應按設計進行，先拉次錨束，后拉主錨束。主錨束先張拉中間層，后對稱張拉其它層，每層先張拉中間束，再對稱張拉兩側，以免結構承受過大的偏心壓力。
C、施工中采用分級一次張拉到位的方式，超張拉應力控制在0.75 fPtk，初應力為超張拉應力的10%。在初應力狀態，采用兩次荷載調整，使錨束均勻受力。步驟為：0—→4%σcon—→卸載—→8%σcon—→卸載—→10%σcon，并以此為張拉伸長值量測基點。
4）封孔灌漿
①封孔灌漿是錨束永久防銹措施。為減小預應力損失，張拉結束后，應立即進行灌漿封錨。灌漿漿液除應滿足強度和粘結力要求外，應具有較大的流動性和較小的干縮性。對于斜管，由于高差大，頂部泌水較多，采用從低端向高端壓力灌漿，從高端補漿的方法，并在高端錨束端部安裝灌漿罩，收集泌水及補灌水泥漿。