混凝土浇筑

4　混凝土结构工程

本章导读：

●基本要求　了解混凝土结构工程特点及应用,了解钢筋的验收和加工；掌握钢筋连接和下料长度计算；掌握模板的概念、组成、基本作用,了解模板的分类、构造、受力特点及安拆方法,了解模板的设计内容；了解混凝土原材料、掌握混凝土施工工艺原理和施工方法、施工配料、质量检验和评定方法；了解预应力混凝土工程的特点和工作原理；掌握先张法、后张法的施工工艺及放张要求,掌握张拉力的计算和校验；了解无粘结预应力筋施工工艺。

●重点　钢筋连接和下料长度计算；模板的概念、组成、基本作用；混凝土施工工艺原理和施工方法、施工配料、质量检验和评定方法；先张法、后张法的施工工艺及放张要求,张拉力的计算和校验。

●难点　钢筋下料长度计算；混凝土施工配料；先张法、后张法张拉力的计算和校验。

混凝土结构指以混凝土为主要材料制作的结构,包括素混凝结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。

当构件的配筋率小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时,应视为素混凝土结构。

当在混凝土中配以适量的钢筋,则为钢筋混凝土。由于钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两者性能特点,可形成强度较高、刚度较大的结构,其耐久性和防火性能好,可模性好,结构造型灵活,以及整体性、延性好,适用于抗震结构等特点,因而在建筑结构及其他土木工程中得到广泛应用。

预应力混凝土是在混凝土结构构件承受荷载之前,利用张拉配在混凝土中的高强度预应力钢筋而使混凝土受到挤压,所产生的预压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力,也就提高了结构构件的抗裂度。预应力混凝土适宜于建造大跨度结构,还可建造水工、储水和其他不渗漏结构。

4.1　钢筋工程

4.1.1　钢筋进场验收

钢筋出厂时,应在每捆(盘)上都挂有标牌(注明生产厂、生产日期、钢号、炉罐号、钢筋级别、直径等标记),并附有质量证明文件。

钢筋进场时应进行复验。进场时应按炉罐(批)号及直径分别存放、分批检验,并按现行国家有关标准的规定抽取试样作外观检查及力学性能试验,合格后方可使用。

4.1.2　钢筋连接

钢筋的连接包括钢筋网片、骨架的形成和钢筋的接长两部分,网片、骨架的形成可采用点焊、绑扎方法,常用钢筋接长连接方法有焊接连接、绑扎连接、机械连接等。

1)绑扎连接

钢筋绑扎连接工艺简单、工效高,不需要连接设备；但当钢筋较粗时,相应地需增加接头钢筋长度,浪费钢材且绑扎接头的刚度不如焊接接头(图4.1)。

图4.1　绑扎连接

2)焊接连接

工程中经常采用的焊接方法有闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊、埋弧压力焊和电阻点焊等。焊接属于国家限制使用的落后技术,这里不再详细介绍。

3)机械连接

常用的机械连接有冷压连接、锥螺纹连接和套筒灌浆连接等。机械连接方法具有工艺简单、节约钢材、改善工作环境、接头性能可靠、技术易掌握、工作效率高、节约成本等优点。

(1)冷压连接

冷压连接就是将两根待接钢筋插入钢套筒,用带有梅花齿形内模的钢筋压接机对套筒外壁沿径向(也可沿轴向)加压,使套筒和钢筋发生冷塑性变形,套筒金属和钢筋的金属紧密地咬合在一起,继续加压,使钢套筒的塑性变形程度加剧,进一步完成连接硬化,使接头强度可达到10 ～140MPa,从而完成钢筋的连接工作(图4.2)。

(2)锥螺纹连接

螺纹连接(图4.3)是一种较普通的机械连接方式,它是将需连接的钢筋端部加工出螺纹,然后通过一个内壁加工有螺纹的套筒将钢筋连接在一起。其中锥螺纹连接是一项钢筋连接的新技术,对传统的螺纹连接技术作出了改进,它是通过连接套筒与连接钢筋螺纹的啮合,来承受外荷载。

图4.2　钢筋挤压连接

图4.3　锥螺纹连接
1—钢筋；2—套筒；3—锥螺纹

4.1.3　钢筋配料

钢筋配料就是将设计图纸中各个构件的配筋图表,编制成便于实际加工、具有准确下料长度(钢筋切断时的直线长度)和数量的表格即配料单。

1)钢筋弯曲处的特点

钢筋下料长度的计算是配料计算中的关键。由于结构受力上的要求,大多数成型钢筋在中间需要弯曲和两端弯成弯钩(图4.4)。

图4.4　钢筋弯钩

钢筋弯曲时的特点：一是在弯曲处内壁缩短、外壁伸长而中心线长度不变；二是在弯曲处形成圆弧。而钢筋的度量方法一般是沿直线(弯曲处为折线)量外包尺寸。因此,在配料中不能直接根据图纸中尺寸下料。

2)影响下料长度计算的因素

在实际工程计算中,影响下料长度计算的因素很多,如不同部位混凝土保护层厚度有变化；钢筋弯折后发生的变形；图纸上钢筋尺寸标注方法的多样化；弯折钢筋的直径、级别、形状、弯心半径的大小以及端部弯钩的形状等,在进行下料长度计算时,都应该考虑到这些影响因素。

3)计算方法

钢筋弯曲后,其中心线长度并没有变化,而图纸上标注的大多是钢筋的折线外包尺寸,而外包尺寸明显大于钢筋的轴线长度,如果按照外包尺寸下料、弯折,就会造成钢筋的浪费,而且也给施工带来不便(由于尺寸偏大,致使保护层厚度不够,甚至不能放进模板)。因而应该根据弯折后钢筋成品的轴线总长度下料才是正确的加工方法,而在弯曲处外包尺寸和中心线长度之间存在一个差值,这一差值就被称为“量度差值”。量度差的大小与钢筋直径、弯曲角度、弯心直径等因素有关。在实际工作中,为了方便计算,钢筋弯曲量度差可按下表(表4.1)取值进行计算。

表4.1　钢筋量度差

箍筋调整值,即为弯钩增加长度和弯曲调整值两项相加或相减(采用外包尺寸时相减,采用内包尺寸时相加),实际计算时应按弯心直径和端部弯钩平直段长度有所调整。

钢筋下料长度计算可采用下列公式：

直钢筋下料长度=构件长度-保护层厚度+弯钩增加长度

弯起钢筋下料长度=直段长度+斜段长度-弯曲量度差+弯钩增加值

箍筋下料长度=箍筋周长+箍筋调整值

4)注意事项

①理解混凝土保护层的概念：钢筋(一般指受力纵筋)外边缘至混凝土表面的距离(图4.5)。

②区分箍筋内包、外包尺寸(图4.5)。

③区分钢筋弯折角度,特别是45°及135°弯折：钢筋在直线状态下要形成一定形状而需要弯折过的角度即为其弯折角度,也即对应相应角度的弯曲量度差值。梁中一般只有箍筋才可能出现135°弯折。

图4.5　钢筋保护层概念

4.1.4　钢筋加工

钢筋加工包括：调直、除锈、下料剪切、连接、弯曲等。

1)调直

钢筋宜采用无延伸功能的机械设备进行调直,也可采用冷拉方法调直。当采用冷拉方法调直时,HPB235、HPB300光圆钢筋的冷拉率不宜大于4%；HRB335、HRB400、HRB500、HRBF335、HRBF400、HRBF500及RRB400带肋钢筋的冷拉率不宜大于1%。

2)除锈

钢筋的除锈一般可通过以下两个途径进行：一是通过钢筋加工的其他工序如钢筋冷拉或钢丝调直同时除锈,这是一种最合理、最经济的方法；二是通过机械方法除锈,如使用较多的电动除锈机除锈。此外,还可采用手工除锈(过去常用钢丝刷、砂轮除锈)、酸洗除锈、喷砂除锈等。

3)下料剪切

钢筋下料时必须按下料长度切断。可用手工剪切器、钢筋切断机或其他方法进行。手工剪切器只用于直径小于12mm的钢筋；钢筋切断机可切断直径小于40mm的钢筋。直径大于40mm的钢筋可用氧乙炔焰、电弧割切或锯断。

4)钢筋弯曲

钢筋弯曲宜采用弯曲机和弯箍机进行。弯曲机可弯直径6～40mm的钢筋。直径小于25mm的钢筋,当无弯曲机时也可采用扳钩进行。

加工完毕的钢筋即可进行绑扎、安装。钢筋绑扎一般采用20～22号铁丝或镀锌铁丝,铁丝过硬时,可经过退火处理。钢筋绑扎时其交叉点应采用铁丝扎牢；板和墙的钢筋网,除靠近外围两排钢筋的交叉点全部扎牢外,中间部分交叉点可间隔交错扎牢,但必须保证受力钢筋不发生位置偏移；双向受力的钢筋,其交叉点应全部扎牢；梁柱箍筋,除设计有特殊要求外,应与受力钢筋垂直设置,箍筋弯钩叠合处,应沿受力主筋方向错开设置；柱中竖向钢筋搭接时,角部钢筋的弯钩平面与模板面的夹角,对矩形柱应为45°,对多边形柱应为模板内角的平分角；对圆形柱钢筋的弯钩平面应与模板的切平面垂直；中间钢筋的弯钩面应与模板面垂直；当采用插入式振捣器浇筑小型截面柱时,弯钩平面与模板面的夹角不得小于15°。钢筋安装时,受力钢筋的品种、级别、规格和数量等必须符合设计要求。

4.2　模板工程

4.2.1　模板的概念、组成、作用及分类

模板工程指新浇混凝土成型的模板以及支承模板的一整套构造体系,其中,接触混凝土并控制预定尺寸、形状、位置的构造部分称为模板,支持和固定模板的杆件、桁架、连接件、金属附件、工作便桥等构成支承体系(对于滑动模板、自升模板则增设提升动力以及提升架、平台等构成)。模板工程在混凝土施工中是一种临时结构。

模板的分类有各种不同的方法：按照形状分为平面模板和曲面模板两种；按受力条件分为承重和非承重模板(即承受混凝土的重量和混凝土的侧压力)；按照材料分为木模板、钢模板、钢木组合模板、重力式混凝土模板、钢筋混凝土镶面模板、铝合金模板、塑料模板等；按照结构和使用特点分为拆移式、固定式两种。

4.2.2　模板的基本要求

①保证工程结构和构件各部分形状尺寸和相互位置的正确,保证成型质量。

②具有足够的强度、刚度和稳定性,能可靠地承受新浇混凝土的重量和侧压力,以及在施工过程中所产生的荷载,保证安全。

③构造简单,装拆方便,并便于钢筋的绑扎与安装,符合混凝土的浇筑及养护等工艺要求,保证经济性。

④模板接缝应严密,不得漏浆,保证成型质量。

4.2.3　模板的构造

1)基础模板

基础的特点是高度较小而体积较大。在安装基础模板前,应将地基垫层的标高及基础中心线先行核对,弹出基础边线。如系独立柱基,即将模板中心线对准基础中心线；如系带形基础,即将模板对准基础边线。然后再校正模板上口的标高,使之符合设计要求。经检查无误后将模板钉(卡、栓)牢撑稳。在安装柱基础模板时,应与钢筋工配合进行。

如果地质良好、地下水位较低,可取消阶梯形模板的最下一阶,进行原槽浇筑。模板安装时应牢固可靠,保证混凝土浇筑后不变形和发生位移。

各种基础模板见图4.6。

图4.6　基础模板

2)柱模板

柱子的特点是断面尺寸不大而比较高。因此,柱模主要解决垂直度、施工时的侧向稳定及抵抗混凝土的侧压力等问题。

为抵抗混凝土的侧压力柱模板应加柱箍,两方向加支撑和拉杆。根据需要留梁口、浇筑口、模底清扫口。

在安装柱模板前,应先绑扎好钢筋,同时在基础面上或楼面上弹出纵横轴线和四周边线,固定小方盘；然后立模板,并用临时斜撑固定；再由顶部用垂球校正,检查其标高位置无误后,即用斜撑卡牢固定。

柱模板见图4.7。

3)梁板模板

梁板的下面一般是架空的,要求其模板、支撑系统稳定性好,有足够的强度、刚度,不产生过大的变形(图4.8)。

4)滑升模板

滑升模板(简称滑模)是一种工具式模板(图4.9),宜用于现场浇筑高耸的构筑物和建筑物等,如烟囱、筒仓、电视塔、竖井、沉井、冷却塔和剪力墙体系及筒体体系的高层建筑等。

滑升模板施工时,在构筑物或建筑物底部,沿其墙、柱、梁等构件的周边组装高1.2m左右的滑升模板,随着向模板内不断地分层浇筑混凝土；用液压提升设备使模板不断地向上滑升,直到需要浇筑的高度为止。

图4.7　柱模板

图4.8　梁板模板

5)大模板

大模板是一种大尺寸的工具式模板(图4.10),主要用于剪力墙或框架-剪力墙结构中的剪力墙的施工,也可用于筒体结构中竖向结构的施工。一般是一块墙面用一块大模板。因为其质量大,配以相应的起重吊装机械,通过合理的施工组织,以工业化生产方式在施工现场浇筑钢筋混凝土墙体。装拆皆需起重机械吊装,提高了机械化程度,减少用工量和缩短工期。

6)台模

台模(又称桌模、飞模)是一种由平台板、梁、支架、支撑、调节支腿及配件组成的工具式模板(图4.11)。适用于大柱网、大空间的现浇钢筋混凝土楼盖施工,尤其适用于无梁楼盖结构,即大柱网板柱结构的楼盖施工。

图4.9　滑升模板

图4.10　大模板组成构造示意图
1—面板；2—水平加劲肋；3—支撑桁架；4—竖楞；5、6—螺旋千斤顶；7—栏杆；8—脚手板；9—穿墙螺栓；10—卡具

图4.11　台模

4.2.4　模板安装及拆除要求

1)安装质量要求

模板及其支承结构的材料、质量应符合规范规定和设计要求；模板安装时,为了便于模板的周转和拆卸,梁的侧模板应盖在底模的外面,次梁的模板不应伸到主梁模板的开口里面,梁的模板亦不应伸到柱模板的开口里面；模板安装好后应卡紧撑牢,各种连接件、支撑件、加固配件必需安装牢固,无松动现象；模板拼缝要严密；不得发生不允许的下沉与变形。

2)模板的拆除

在进行模板的施工设计时,就应考虑模板的拆除顺序和拆除时间,以便更多的模板参加周转,减少模板用量,降低工程成本。模板的拆除时间与构件混凝土的强度以及模板所处的位置有关。《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204—2002,2011版)中的相关规定如表4.2所示。

表4.2　底模拆除时的混凝土强度要求

4.2.5　模板设计

模板及其支架的设计应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工设备和材料等条件进行。其一般设计思路为：选型→选材→荷载计算→结构设计→绘制模板图→拟订安装、拆除方案。

1)模板及其支架设计的基本规定

①应具有足够的承载能力、刚度和稳定性,应能可靠地承受新浇混凝土的自重、侧压力和施工过程中所产生的荷载及风荷载。

②构造应简单,装拆方便,便于钢筋的绑扎、安装和混凝土的浇筑、养护等。

③混凝土梁的施工应采用从跨中向两端对称进行分层浇筑,每层厚度不得大于400mm。

④当验算模板及其支架在自重和风荷载作用下的抗倾覆稳定性时,应符合相应材质结构设计规范的规定。

2)模板设计基本内容

①根据混凝土的施工工艺和季节性施工措施,确定其构造和所承受的荷载。

②绘制配板设计图、支撑设计布置图、细部构造和异型模板大样图。

③按模板承受荷载的最不利组合对模板进行验算。

④制订模板安装及拆除的程序和方法。

⑤编制模板及配件的规格、数量汇总表和周转使用计划。

⑥编制模板施工安全、防火技术措施及设计、施工说明书。

4.3　混凝土工程

混凝土工程包括配料、搅拌、运输、浇筑、养护等施工过程,各工序相互联系又相互影响。

4.3.1　原材料的选择

混凝土的原材料包括水泥、砂、石、水和外加剂、掺和料,等等。

(1)水泥

水泥的品种和成分不同,其凝结时间、早期强度、水化热、吸水性和抗侵蚀的性能等也不相同,这些都直接影响到混凝土的质量、性能和适用范围。水泥在进场时必须具有出厂合格证或进场试验报告,并对其品种、强度等级、包装或散装仓号、出厂日期等内容进行检查验收。

(2)细骨料

混凝土配制中所用细骨料一般为砂,根据其平均粒径或细度模数可分为粗砂、中砂、细砂和特细砂4种。作为混凝土用砂在砂的颗粒级配、含泥量、坚固性、有害物质含量等性质方面必须满足国家有关标准的规定。

(3)粗骨料

混凝土级配中所用粗骨料指的是碎石或卵石,碎石或卵石的颗粒级配和最大粒径对混凝土的强度影响较大,级配越好,混凝土的和易性与强度也越高。

(4)水

混凝土拌合用水一般采用饮用水,当采用其他来源水时,水质必须符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》的规定。

(5)外加剂

在混凝土中掺入少量外加剂,可改善混凝土的性能,加速工程进度或节约水泥,满足混凝土在施工和使用中的一些特殊要求,保证工程顺利进行。

外加剂的种类很多,用途和用法各不相同,常用的有早强剂、减水剂、缓凝剂、抗冻剂和加气剂等,可根据工程需要进行选用。

(6)掺合料

掺合料是指以氧化硅、氧化铝为主要成分,在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土性能,且掺量不小于5%的具有火山灰活性的粉体材料,如粉煤灰、矿渣、沸石粉及复合矿物掺合料等。

4.3.2　混凝土配合比的确定

合理的混凝土配合比应能满足两个基本要求：既要保证混凝土的设计强度,又要满足施工所需要的和易性。对于有抗冻、抗渗等要求的混凝土,尚应符合相关的规定。

(1)混凝土试配

普通混凝土和轻骨料混凝土的配合比,应分别按国家现行标准进行计算,并通过试配确定。

(2)施工配合比的确定

混凝土的实验室配合比,是在砂、石等原材料处于完全干燥状态下配制而成的。而在现场施工中,砂、石两种原材料都采用露天堆放,不可避免地含有一些水分,配料时必须把这部分含水量考虑进去,才能保证混凝土配合比的准确,从而保证混凝土的质量。所以,在施工时应及时测量砂、石的含水率,并将混凝土的实验室配合比换算成考虑了砂石含水率条件下的施工配合比。

若混凝土的实验室配合比为水泥∶砂∶石∶水=1∶s∶g∶w,而现场测出砂的含水率为ws,石的含水率为wg,则换算后的施工配合比为：

1∶s(1+ws)∶g(1+wg)∶[w-s·ws-g·wg]

4.3.3　混凝土拌制

混凝土的拌制就是将水泥、水、粗细骨料和外加剂等原材料混合在一起进行均匀拌合的过程。搅拌后的混凝土要求匀质,且达到设计要求的和易性和强度。

预拌混凝土,从市场属性看,也称商品混凝土,是混凝土拌制的趋势。商品混凝土是指以集中搅拌、远距离运输的方式向建筑工地供应一定要求的混凝土。

为了获得均匀优质的混凝土拌合物,除合理选择搅拌机的型号外,还必须合理确定搅拌制度。具体内容包括搅拌机的转速、搅拌时间、装料容积和投料顺序等。

1)装料容积

装料容积指的是搅拌一罐混凝土所需各种原材料松散体积之和。一般来说装料容积是搅拌机拌筒几何容积的1/2～1/3。

搅拌完毕混凝土的体积称为出料容积,一般为搅拌机装料容积的0.55～0.75。目前,搅拌机上标明的容积一般为出料容积。

2)装料顺序

在确定混凝土各种原材料的投料顺序时,应考虑到如何才能保证混凝土的搅拌质量,减少机械磨损和水泥飞扬,减少混凝土的粘罐现象,降低能耗和提高劳动生产率等。目前采用的装料顺序有一次投料法、二次投料法等。

(1)一次投料法

目前使用广泛,是将砂、石、水泥依次放入料斗后再和水一起进入搅拌筒进行搅拌。这种方法工艺简单、操作方便。当采用自落式搅拌机时常用的加料顺序是先倒石子,再加水泥,最后加砂。这种加料顺序的优点就是水泥位于砂石之间,进入拌筒时可减少水泥飞扬,同时砂和水泥先进入拌筒形成砂浆可缩短包裹石子的时间,也避免了水向石子表面聚集产生的不良影响,可提高搅拌质量。

(2)二次投料法

二次投料法又可分为预拌水泥砂浆法和预拌水泥净浆法。预拌水泥砂浆法是指先将水泥、砂和水投入拌筒搅拌1～1.5min后加入石子再搅拌1～1.5min。预拌水泥净浆法是先将水和水泥投入拌筒搅拌1/2搅拌时间,再加入砂石搅拌到规定时间。实验表明,由于预拌水泥砂浆或水泥净浆对水泥有一种活化作用,因而搅拌质量明显高于一次投料法。

3)搅拌时间

搅拌时间指的是从全部原材料装入拌筒时起,到开始卸料时为止的时间。一般来说,随着搅拌时间的延长,混凝土的匀质性有所增加,相应地混凝土的强度也随着有所提高。但超过一定限度后,混凝土的强度不再随着搅拌时间的增加而增加,而且时间过长,将导致混凝土出现离析现象,多耗费电能,增加机械磨损,降低搅拌机生产效率。

4.3.4　混凝土运输

混凝土搅拌完毕后应及时将混凝土运输到浇筑地点。其运输方案应根据施工对象的特点、混凝土的工程量、运输的客观条件及现有设备等综合进行考虑。

1)基本要求

①混凝土在运输过程中应保持其匀质性,不分层、不离析、不漏浆,运到浇筑地点后应具有规定的坍落度,并保证有充足的时间进行浇筑和振捣。

②混凝土应以最少的转运次数和最短的时间,从搅拌地点运至浇筑现场,在混凝土初凝前浇筑完毕。

③混凝土自高处倾落的自由高度不应超过2m；否则,应使用串筒、溜槽或振动溜管等工具协助下落,并应保证混凝土出口的下落方向垂直。

2)运输工具

运输混凝土的工具很多,根据工程情况和设备配置选用。可采用如下方案：

现场搅拌：塔式起重机(现场垂直运输)+小推车(操作面水平运输)

现场搅拌：混凝土运输泵(现场垂直运输兼操作面水平运输)

商品混凝土：混凝土搅拌运输车(搅拌站→现场)+塔式起重机

(现场垂直运输)+小推车(操作面水平运输)

商品混凝土：混凝土搅拌运输车(搅拌站→现场)+混凝土运输泵

(现场垂直运输兼操作面水平运输)

利用混凝土泵输送混凝土是当今混凝土工程施工中的一项先进技术,也是今后的发展趋势。混凝土泵的工作原理就是利用泵体的挤压力将混凝土挤压进管路系统并到达浇筑地点,同时完成水平运输和垂直运输。混凝土泵连续浇筑混凝土、中间不停顿、施工速度快、生产效率高,工人劳动强度明显降低,还可提高混凝土的强度和密实度(图4.12)。

图4.12　混凝土输送泵
1—混凝土缸；2—推压混凝土活塞；3—液压缸；4—液压活塞；5—活塞杆；6—料斗；7—吸入阀门；8—排出阀门；9—Y形管；10—水箱；11—水洗装置换向阀；12—水洗用高压软管；13—水洗用法兰；14—海绵球；15—清洗活塞

4.3.5　混凝土浇筑

1)浇筑前准备工作及一般规定

混凝土浇筑前应检查模板的标高、尺寸、位置、强度、刚度等内容是否满足要求,模板接缝是否严密；钢筋及预埋件的数量、型号、规格、摆放位置、保护层厚度等是否满足要求；做好隐蔽工程验收；模板中的垃圾应清理干净,木模板应浇水湿润,但不允许留有积水。一般规定如下：

①混凝土应在初凝前浇筑,如已有初凝现象,则应进行一次强力搅拌；如有离析现象,亦须重新拌合后才能浇筑。

②防止混凝土浇筑时产生分层离析现象,混凝土自高倾落高度应符合规定,否则应采取串筒、斜槽、溜管等下料。

③在浇筑竖向结构混凝土前,应先在底部填以50～100mm厚与混凝土成分相同的水泥砂浆,以避免构件下部由于砂浆含量减少而出现蜂窝、麻面、露石等质量缺陷。

④为保证混凝土密实,混凝土施工时必须分层浇筑、分层捣实。

⑤混凝土的浇筑工作应连续进行。若间歇超过规定时间,该部位应设置为施工缝。

2)施工缝

(1)概念

由于施工技术或组织原因,导致混凝土浇筑不能连续进行,先浇混凝土已经凝结硬化、再继续浇筑混凝土时形成的新旧混凝土之间的结合面。

(2)留设原则

留设在结构受剪力较小、施工方便的部位。

(3)留设具体位置

柱宜留置在基础的顶面、梁或吊车梁牛腿的下面、吊车梁的上面、无梁楼板柱帽的下面；与板连成整体的大截面梁,留置在板底面以下20～30mm处,当板下有梁托时,留置在梁托下部；单向板,留置在平行于板的短边的任何位置；有主次梁的楼板宜顺着次梁方向浇筑,施工缝应留置在次梁跨度的中间1/3范围内；墙宜留置在门洞口过梁跨中1/3范围内,也可留在纵横墙的交接处；双向受力楼板、大体积混凝土结构、拱、穹拱、薄壳、蓄水池、斗仓、多层刚架及其他结构复杂的工程,施工缝的位置应按设计要求留置(图4.13)。

图4.13　混凝土施工缝留设位置

(4)处理方法

已浇混凝土强度达1.2N/mm2后,剔除表面松动、薄弱层→浇水湿润、冲洗→铺一层水泥浆或水泥砂浆→继续浇筑。

3)混凝土浇筑

(1)现浇混凝土框架结构

现浇混凝土框架结构施工时,一般按结构层来划分施工层。当结构平面尺寸较大时,还应划分施工段,以便组织各工序流水施工。

台阶式基础施工时一般按台阶分层浇筑,中间不允许留施工缝。在框架结构每层每段施工时,混凝土的浇筑顺序是先浇柱,后浇梁、板。柱的浇筑宜在梁板模板安装后进行,以便利用梁板模板稳定柱模并作为浇筑混凝土的操作平台用；柱高在3m以下时,可直接从柱顶浇入混凝土,若柱高超过3m,断面尺寸小于400mm×400mm,并有交叉箍筋时,应在柱侧模每段不超过2m的高度开口(不小于30cm高),装上斜溜槽分段浇筑,也可采用串筒直接从柱顶进行浇筑(图4.14)。

图4.14　串筒或溜槽浇筑
1—溜槽；2—挡板；3—串筒；4—皮带运输机；5—漏斗；6—节管；7—振动器

如柱、梁和板混凝土是一次连续浇筑,则应在柱混凝土浇筑完毕后停歇1～1.5h,待其初步沉实,排除泌水后,再浇筑梁、板混凝土。

梁、板混凝土一般同时浇筑,浇筑方法应先将梁分层浇捣成阶梯形,当达到板底位置时即与板的混凝土一直浇捣,而且倾倒混凝土的方向与浇筑方向相反。

(2)水下混凝土的浇筑

水下或泥浆中浇筑混凝土一般采用导管法(图4.15)。其特点是：利用导管输送混凝土并使其与环境水或泥浆隔离,依靠管中混凝土自重,挤压导管下部管口周围的混凝土在已浇筑的混凝土内部流动、扩散,边浇筑边提升导管,直至混凝土浇筑完毕。

图4.15　导管法水下浇筑混凝土
1—导管；2—承料漏斗；3—提升机具；4—球塞

4)混凝土振捣

混凝土浇筑入模后,内部还存在着很多空隙。为了使混凝土充满模板内的每一部分,而且具有足够的密实度,必须对混凝土进行捣实,使混凝土构件外形正确、表面平整、强度和其他性能符合设计及使用要求。

(1)振实原理

当混凝土拌合料受到振动时,振动能降低和消除混凝土拌合料间的摩擦力、提高混凝土其流动性,此时的混凝土拌合料暂时被液化,处于“重质液体状态”。于是混凝土拌合料能像液体一样很容易地充满容器；物料颗粒在重力作用下下沉,能迫使气泡上浮,排除原拌合料中的空气和消除孔隙。这样一来,通过振动就使混凝土骨料和水泥砂浆在模板中得到致密的排列和有效的填充。

(2)振动设备的选择及操作要点

混凝土的振动机械按其工作方式不同,可分为内部振动器、表面振动器、外部振动器和振动台等。这些振动机械的构造原理基本相同,主要是利用偏心锤的高速旋转,使振动设备因离心力而产生振动。

①内部振动器。又称插入式振动器,它由振动棒、软轴和电动机3部分组成(图4.16)。插入式振动器的适用范围最广泛,可用于大体积混凝土、基础、柱、梁、墙、厚度较大的板及预制构件的捣实工作。

图4.16　混凝土振捣设备

使用插入式振动器垂直操作时的要点是：直上和直下,快插与慢拨；插点要均匀,切勿漏插点；上下要插动,层层要扣搭；时间掌握好,密实质量佳。

振捣时插点排列要均匀,可采用“行列式”或“交错式”(图4.17)的次序移动,且不得混用,以免漏振。

图4.17　插入式振动器的插点排列

②表面振动器,又称平板式振动器(图4.16)。它是将在电动机转轴上装有左右两个偏心块的振动器固定在一个平板上而成。电机开动后,带动偏心块高速旋转,从而使整个设备产生振动,通过平板将振动传给混凝土。其振动作用深度较小,仅适用于厚度较薄而表面较大的结构,如平板、楼地面、屋面等构件。

③外部振动器,又叫附着式振动器(图4.16)。它是固定在模板外侧的横档或竖档上,振动器的偏心块旋转时产生的振动力通过模板传给混凝土,从而使混凝土被振捣密实。它适用于振捣钢筋较密、厚度较小等不宜使用插入式振动器的结构。

④振动台(图4.16)。它是一个支撑在弹性支座上的工作平台,平台下面有振动机构,模板固定在平台上。振动机构工作时,就带动工作台一起振动,从而使在工作台上制作构件的混凝土得到振实。振动台主要用于混凝土制品厂预制构件的振捣,具有生产效率高、振捣效果好的优点。

4.3.6　混凝土养护

1)基本条件

养护的目的就是给混凝土提供一个较好的强度增长环境。混凝土的强度增长是水泥水化反应进行的结果,而影响水泥水化反应的主要因素是温度和湿度,因此混凝土养护实际上是为混凝土硬化提供必要的温度、湿度条件。

2)常用方法

混凝土养护的常用方法主要有自然养护、加热养护、蓄热养护。其中蓄热养护多用于冬季施工,而加热养护除用于冬季施工外,还常用于预制构件的生产。

(1)自然养护

自然养护是指在自然气温条件下(平均气温高于+5℃),用适当的材料对混凝土表面进行覆盖、浇水、挡风、保温等养护措施,使混凝土的水泥水化作用在所需的适当温度和湿度条件下顺利进行。自然养护又分为覆盖浇水养护和塑料薄膜养护。

覆盖浇水养护是指混凝土在浇筑完毕后3～12h内,用草帘、芦席、麻袋、锯木、湿土和湿砂等适当材料将混凝土表面覆盖,并经常浇水使混凝土表面处于湿润状态的养护方法。

塑料薄膜养护就是以塑料薄膜为覆盖物,使混凝土表面空气隔绝,可防止混凝土内的水分蒸发,水泥依靠混凝土中的水分完成水化作用而凝结硬化,从而达到养护目的。

(2)加热养护

加热养护是通过对混凝土加热来加速混凝土的强度增长。常用的方法有蒸汽室养护、热模养护等。

蒸汽室养护就是将混凝土构件放在充满蒸汽的养护室内,使混凝土在高温高湿度条件下,迅速达到要求的强度。

热模养护也属于蒸汽养护,蒸汽不与混凝土接触,而是将蒸汽通在模板内,热量通过模板与刚成型的混凝土进行热交换进行养护。此法养护用气少,加热均匀,既可用于预制构件,又可用于现浇墙体。

4.3.7　混凝土质量检查

混凝土的质量检查包括施工过程中的质量检查和施工后的质量检查。施工中的检查主要是对混凝土拌制和浇筑过程中材料的质量及用量、搅拌地点和浇筑地点的坍落度等进行检查。施工后的质量检查主要是对已完工的混凝土进行外观质量检查和强度检查。对有抗冻、抗渗等特殊要求的混凝土,还应进行抗冻、抗渗性能检查。

1)强度检验

检查混凝土质量应通过留置试块做抗压强度试验的方法进行。当有特殊要求时,还需做混凝土的抗冻性、抗渗性等试验。试块制作及强度评定应按《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300—2001)和《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107—2010)的规定进行。

当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时,可采用非破损检验方法或从结构、构件中钻取芯样的方法,按有关标准的规定,对结构构件中的混凝土强度进行推定,作为是否进行处理的依据。

2)外观检查

混凝土结构构件拆模后,应从其外观上检查其表面有无麻面、蜂窝、露筋、裂缝、孔洞等缺陷,预留孔道是否通畅无堵塞,如有类似情况应加以修正。

对于面积较小且数量不多的蜂窝、麻面、露筋、露石的混凝土表面,可在表面进行修补。具体办法是先用钢丝刷或压力水洗刷基层,洗去软弱层后,再用1∶2～1∶2.5的水泥砂浆抹平即可。

对于较大面积的蜂窝、露筋和露石应按其全部深度凿去薄弱的混凝土层和个别突出的混凝土颗粒,然后用钢丝刷或压力水将表面冲洗干净,再用比原混凝土强度等级高一级的细骨料混凝土填塞,并仔细振捣密实。

孔洞是指混凝土结构构件局部没有混凝土,形成空腔,一般处理方法是将混凝土表面按施工缝的方法进行处理。

裂缝是混凝土结构常见的质量缺陷,其修补方法根据具体情况而定。对于结构构件承载力和整体性影响较小的表面细小裂缝可先用压力水将裂缝冲洗干净,再用水泥浆填补。当裂缝较大较深时,需先将裂缝凿成凹槽,用压力水冲洗干净后,再用1∶2～1∶2.5水泥砂浆或环氧胶泥填补。

对于影响结构性能的缺陷,应会同设计单位共同研究,制订出合理、可靠的修补方案。

4.4　预应力混凝土工程

预应力混凝土是在外荷载作用前,预先建立有内应力的混凝土。混凝土的预压应力一般是在结构或构件受拉区域,通过对预应力筋进行张拉、锚固、放松,借助钢筋的弹性回缩,使受拉区混凝土事先获得预压应力来实现的。按施加应力方式可分为：先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土和自应力混凝土。按预应力筋的粘结状态可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。

4.4.1　先张法施工

先张法是在浇筑混凝土前铺设、张拉预应力筋,并将张拉后的预应力筋临时锚固在台座或钢模上,然后浇筑混凝土,待混凝土养护到一定强度(一般不应低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75%),保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时,放松预应力筋,借助混凝土与预应力筋的粘结,对混凝土施加预应力的施工工艺(图4.18)。

图4.18　先张法施工工艺示意图
1—台座；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—夹具；6—混凝土构件

先张法生产构件可采用长线台座法,或在钢模中采用机组流水法进行。

1)台座及张拉机具

台座是先张法施工中主要的设备之一。它必须有足够的强度、刚度和稳定性,以免因台座的变形、倾覆和滑移而引起预应力值的损失,以确保先张法生产构件的质量。台座按构造型式不同可分为墩式台座和槽式台座两类。

张拉预应力钢丝时,一般直接采用卷扬机或电动螺杆张拉机。张拉预应力钢筋时,在槽式台座中常采用四横梁式成组张拉装置,用千斤顶张拉。

预应力筋张拉后用锚固夹具直接锚固于横梁上,锚固夹具都可以重复使用。预应力钢丝常采用圆锥齿板式锚固夹具锚固,预应力钢筋常采用螺丝端杆锚固。

2)先张法施工工艺

用先张法在台座上生产预应力混凝土构件时,其工艺流程一般如图4.19所示。

(1)预应力筋铺设

预应力筋应采用砂轮锯或切断机切断,不得采用电弧切割。为便于脱模,长线台座(或胎模)在铺放预应力筋前应先刷隔离剂,但应采取措施,防止隔离剂污损预应力筋,影响其与混凝土的粘结。预应力钢丝宜用牵引车铺设。

(2)预应力筋张拉及预应力值校核

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进行,并应有可靠的质量和安全保证措施。

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。

图4.19　先张法工艺流程图

预应力筋的张拉控制应力σcon应符合设计要求。对于要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区设置的预应力筋,或当要求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张拉台座之间的温差等引起的应力损失时,可提高0.05fptk。

预应力钢丝由于张拉工作量大,宜采用一次张拉程序：

0→1.03～1.05σcon锚固

其中,σcon系预应力筋的张拉控制应力；超张拉系数1.03～1.05是考虑弹簧测力计的误差、温度影响、台座横梁或定位板刚度不足、台座长度不符合设计取值、工人操作影响等。

采用低松弛钢绞线时,可采用一次张拉程序：

对单根张拉,0→σcon锚固

对整体张拉,0→初应力调整值→σcon锚固

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建立的预应力值与工程设计规定检验值的允许偏差为±5%。

预应力钢丝张拉时,伸长值不作校核。钢丝张拉锚固后,应采用钢丝内力测定仪检查钢丝的预应力值,其偏差应符合上述要求。钢绞线预应力筋的张拉力,一般采用伸长值校核。张拉时预应力的实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差为±6%。

(3)预应力筋的放张

预应力筋放张过程是预应力值的建立过程,是先张法构件能否获得良好质量的一个重要环节,应根据放张要求,确定合宜的放张顺序、放张方法及相应的技术措施。

①放张要求。预应力筋放张时,混凝土强度应符合设计要求,当设计无具体要求时,不应低于设计强度等级的75%。放张过早会由于混凝土强度不足,产生较大的混凝土弹性回缩或滑丝而引起较大的预应力损失。

②放张方法。放张过程中,应使预应力构件自由压缩。放张工作应缓慢进行,避免过大的冲击与偏心。当预应力筋为钢丝时,若钢丝数量不多,可采用剪切、锯割或氧-乙炔焰预热熔断的方法进行放张。放张时,应从靠近生产线中间处剪(熔)断钢丝,这样比在靠近台座一端处(熔)断时回弹减小,且有利于脱模。钢丝数量较多时,所有钢丝应同时放张,不允许采用逐根放张的方法,否则,最后的几根钢丝将可能由于承受过大的应力而突然断裂,导致构件应力传递长度骤增,或使构件端部开裂。

③放张顺序。预应力筋的放张顺序,应符合设计要求；当设计无特殊要求时,应遵循下列规定：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；对承受偏心预压力的构件,应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；当不能按上述规定放张时,应分阶段、对称、相互交错地放张。以防止在放张过程中,构件产生弯曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。

放张后预应力筋的切断顺序,宜由放张端开始,逐次切向另一端。

4.4.2　后张法施工

后张法是先制作构件或结构,待混凝土达到一定强度后,再张拉预应力筋的方法。其施工方法又可以分为有粘结预应力施工和无粘结预应力施工两类。后张法预应力施工示意如图4.20所示。

图4.20　后张法预应力施工示意图
1—混凝土构件或结构；2—预留孔道；3—预应力筋；4—千斤顶；5—锚具

后张法预应力施工的特点是直接在构件或结构上张拉预应力筋,混凝土在张拉过程中受到预压力而完成弹性压缩,因此,混凝土的弹性压缩不直接影响预应力筋有效预应力值的建立。

后张法预应力的传递主要依靠预应力筋两端的锚具,锚具作为预应力筋的组成部分,永远留置在构件上,不能重复使用。因此,后张法预应力施工需要耗用的钢材较多,锚具加工要求高,费用昂贵。另外,后张法工艺本身要预留孔道、穿筋、张拉、灌浆等,故施工工艺比较复杂,整体成本也比较高。

1)预应力筋及锚具

目前,我国后张法预应力施工中采用的预应力钢材主要有钢绞线、钢丝和精轧螺纹钢筋等。

锚具是后张法预应力混凝土构件中或结构中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。后张法张拉用的夹具又称工具锚,是将千斤顶(或其他张拉设备)的张拉力传递到预应力筋上的装置。连接器是在预应力施工中将预应力从一根预应力筋传递到另一根预应力筋上的装置。在后张法施工中,预应力筋锚固体系包括锚具、锚垫板、螺旋筋等。

(1)锚具

钢绞线锚具可分为单孔和多孔。单孔夹片锚具由锚环和夹片组成(图4.21)。夹片的种类很多,按片数可分为三片式和二片式。预应力筋锚固时夹片自动跟进,不需要顶压。

单孔夹片锚固体系如图4.22所示。

图4.21　锚固原理示意图
1—预应力筋；2—夹片；3—锚环

图4.22　单孔夹片锚固体系
1—钢绞线；2—单孔夹片锚具；3—承压钢板；4—螺旋筋

多孔夹片锚具由多孔锚板、锚垫板、螺旋筋等组成(图4.23)。这种锚具是在一块多孔的锚板上,利用每一个锥形孔装一副夹片,夹持一根钢绞线。其优点是任何一根钢绞线锚固失效,都不会引起整体锚固失效。

图4.23　多孔夹片锚具

钢绞线固定端锚具有挤压锚具、压花锚具等。其中挤压锚具可埋在混凝土结构内,也可安装在结构之外,对有粘结钢绞线预应力筋和无粘结钢绞线预应力筋都适用,应用范围较广。压花锚具仅适用于固定端空间较大且有足够的粘结长度的情况,但成本较低。P型挤压锚具是在钢绞线端部安装异形钢丝衬圈和挤压套,利用专用挤压机挤过模孔后,使其产生塑性变形而握紧钢绞线,形成可靠的锚固(图4.24)。

图4.24　挤压锚具
1—金属波纹管；2—螺旋筋；3—排气管；4—约束圈；5—钢绞线；6—锚板垫；7—挤压锚具；8—异形钢丝衬圈

(2)钢绞线预应力筋的制作

钢绞线的质量大、盘卷小、弹力大,为了防止在下料过程中钢绞线紊乱并弹出伤人,事先应制作一个简易的铁笼。下料时,将钢绞线盘卷装在铁笼内,从盘卷中逐步抽出,较为安全。

钢绞线下料宜用砂轮锯或切断机切断,不得采用电弧切割。钢绞线编束宜用20号铁丝绑扎,间距2～3m。编束时应先将钢绞线理顺,并尽量使各根钢绞线松紧一致。如钢绞线单根穿入孔道,则不编束。

2)张拉机具和设备

预应力筋的张拉工作必须配置有成套的张拉机具设备。后张法预应力施工用张拉设备由液压千斤顶、高压油泵和外接油管等组成。张拉设备应装有测力仪器,以准确建立预应力值。张拉设备应有专人使用和保管,并定期维护和校验。

3)后张法施工工艺

后张法有粘结预应力的施工工艺流程如图4.25所示。下面主要介绍孔道留设、穿筋、预应力筋张拉和锚固、孔道灌浆等内容。

(1)孔道留设

预留孔道的规格、数量、位置和形状应符合设计要求；预留孔道的定位应牢固,浇筑混凝土时不应出现位移和变形；孔道应平顺,端部的预埋锚垫板应垂直于孔道中心线。

①预埋波纹管留孔

预埋波纹管成孔时,波纹管直接埋在构件或结构中不再取出,这种方法特别适用于留设曲线孔道。按材料不同,波纹管分为金属波纹管和塑料波纹管。

波纹管的安装,应事先按设计图中预应力筋的曲线坐标在箍筋上定出曲线位置。波纹管的固定应采用钢筋支托,支托钢筋间距为0.8～1.2m。支托钢筋应焊在箍筋上,箍筋底部应垫实。波纹管固定后,必须用铁丝扎牢,以防止浇筑混凝土时波纹管上浮而引起严重的质量事故。

②钢管抽芯法

制作后张法预应力混凝土构件时,在预应力筋位置预先埋设钢管,待混凝土初凝后再将钢管旋转抽出的留孔方法。为防止在浇筑混凝土时钢管产生位移,每隔1.0m用钢筋井字架固定牢靠。钢管接头处可用长度为300～400mm的铁皮套管连接。在混凝土浇筑后,每隔一定时间慢慢同向转动钢管,使之不与混凝土粘结；待混凝土初凝后、终凝前抽出钢管,即形成孔道。钢管抽芯法仅适用于留设直线孔道。

图4.25　后张法有粘结预应力施工工艺流程
(穿预应力筋也可以在浇混凝土前进行)

③胶管抽芯法

制作后张法预应力混凝土构件时,在预应力筋的位置处预先埋设胶管,待混凝土结硬后再将胶管抽出的留孔方法。采用5～7层帆布胶管。为防止在浇筑混凝土时胶管产生位移,直线段每隔600mm用钢筋井字架固定牢靠,曲线段应适当加密。胶管两端应有密封装置。在浇筑混凝土前,胶管内充入压力为0.6～0.8MPa的压缩空气或压力水,管径增大约3mm,待浇筑的混凝土初凝后,放出压缩空气或压力水,管径缩小,混凝土脱开,随即拔出胶管。胶管抽芯法适用于留设直线与曲线孔道。

在预应力筋孔道两端,应设置灌浆孔和排气孔。灌浆孔可设置在锚垫板上或利用灌浆管引至构件外,其间距对抽芯成型孔道不宜大于12m,孔径应能保证浆液畅通,一般不宜小于20 mm,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孔,泌水管伸出构件顶面的高度不宜小于0.5m。

(2)预应力筋穿入孔道

预应力筋穿入孔道,简称穿筋。根据穿筋与浇筑混凝土之间的先后关系,可分为先穿筋和后穿筋两种。先穿筋法即在浇筑混凝土之前穿筋。此法穿筋省力,但穿筋占用工期,预应力筋的自重引起的波纹管摆动会增大摩擦损失,预应力筋端保护不当易生锈。后穿筋法即在浇筑混凝土之后穿筋。此法可在混凝土养护期内进行,不占工期,便于用通孔器或高压水通孔,穿筋后即行张拉,易于防锈,但穿筋较为费力。

根据一次穿入数量,可分为整束穿和单根穿。钢丝束应整束穿；钢绞线宜采用整束穿,也可用单根穿。穿筋工作可由人工、卷扬机和穿筋机进行。

(3)预应力筋的张拉

①准备工作

a.混凝土强度检验。预应力筋张拉时,混凝土强度应符合设计要求；当设计无具体要求时,不应低于设计混凝土强度等级的75%。

b.构件端头清理。构件端部预埋钢板与锚具接触处的焊渣、毛刺、混凝土残渣等应清除干净。

c.张拉操作台搭设。高空张拉预应力筋时,应搭设可靠的操作平台。张拉操作平台应能承受操作人员与张拉设备的质量,并装有防护栏杆。

d.锚具与张拉设备安装。对钢绞线束夹片锚固体系,安装锚具时应注意工作锚板或锚环对中,夹片均匀打紧并外露一致；千斤顶上的工具锚孔与构件端部工作锚的孔位排列要一致,以防钢绞线在千斤顶穿心孔内打叉。对钢丝束锥形锚固体系,安装钢质锥形锚具时必须严格对中,钢丝在锚环周边应分布均匀。对钢丝束镦头锚固体系,由于穿筋关系,其中一端锚具要后装并进行镦头。安装张拉设备时,对直线预应力筋,应使张拉力作用线与孔道中心线重合；对曲线预应力筋,应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线重合。

②预应力筋张拉方式

根据预应力混凝土结构特点、预应力筋形状与长度以及方法的不同,预应力筋张拉方式有以下几种：

a.一端张拉方式。张拉设备放置在预应力筋的一端进行张拉。适用于长度≤30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度Lf≥1/2L(L为预应力筋长度)的曲线预应力筋。

b.两端张拉方式。张拉设备放置在预应力筋两端进行张拉。适用于长度＞30m的直线预应力筋与Lf＜1/2L的曲线预应筋。

c.分批张拉方式。对配有多束预应力筋的构件或结构分批进行张拉。后批预应力筋张拉所产生的混凝土弹性压缩对先批张拉的预应力筋造成预应力损失；所以先批张拉的预应力筋张拉力应加上该弹性压缩损失值,使分批张拉后,每根预应力筋的张拉力基本相等。若为两批张拉,则第一批张拉的预应力筋的张拉控制应力σ′con应为：

另外,对较长的多跨连续梁可采用分段张拉方式；在后张传力梁等结构中,为了平衡各阶段的荷载,可采用分阶段张拉方式；为达到较好的预应力效果,也可采用在早期预应力损失基本完成后再进行张拉的补偿张拉方式等。

③预应力筋张拉顺序

预应力筋的张拉顺序,应使混凝土不产生超应力、构件不扭转与侧弯、结构不变位等,因此,张拉宜对称进行。同时还应考虑到尽量减少张拉设备的移动次数。

④张拉程序

预应力筋的张拉操作程序,主要根据构件类型、张拉锚固体系、松弛损失等因素确定。a.采用低松弛钢丝和钢绞线时,张拉程序为：

0→Pj锚固

其中,Pj为预应力筋的张拉力,Pj=σcon·Ap,式中Ap为预应力筋的截面面积。

b.采用普通松弛预应力筋时,按超张拉程序进行：

对镦头锚具等可卸载锚具： 锚固

对夹片锚具等不可卸载锚具： 0→1.03Pj锚固

超张拉并持荷2min的目的是加快预应力筋松弛损失的早期发展。以上各种张拉操作程序,均可分级加载。

⑤张拉伸长值校核

当采用应力控制方法张拉时,应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差为±6%。

a.伸长值ΔL的计算。直线预应力筋,不考虑孔道摩擦影响时：

直线预应力筋,考虑孔道摩擦影响,一端张拉时：

计算时,对多曲线段或直线段与曲线段组成的预应力筋,张拉伸长值应分段计算,然后分段叠加。预应力筋弹性模量取值对伸长值的影响较大。重要的预应力混凝土结构,预应力筋的弹性模量应事先测定。

b.伸长值的测定。预应力筋张拉伸长值的量测,应在建立初应力之后进行。其实际伸长值应为：

初应力以下的推算伸长值ΔL2,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。

(4)孔道灌浆

预应力筋张拉后,利用灌浆泵将水泥浆压灌到预应力筋孔道中去,其作用有二：一是保护预应力筋,防止锈蚀；二是使预应力筋与构件混凝土有效的粘结,以控制超载时裂缝的间距与宽度并减轻梁端锚具的负荷状况。

预应力筋张拉后,应尽早进行孔道灌浆。孔道内水泥浆应饱满、密实,应采用强度等级不低于32.5级的普通硅酸盐水泥配制水泥浆,其水灰比不应大于0.45；搅拌后3h泌水率不宜大于2%,且不应大于3%。泌水应能在24h内全部重新被水泥浆吸收。为改善水泥浆性能,可掺缓凝减水剂。水泥浆应采用机械搅拌,以确保拌合均匀。搅拌好的水泥浆必须过滤(网眼不大于5mm)置于贮浆桶内,并不断搅拌以防泌水沉淀。

灌浆设备包括：砂浆搅拌机、灌浆泵、贮浆桶、过滤网、橡胶管和喷浆嘴等。灌浆泵应根据灌浆高度、长度、形态等选用,并配备计量校验合格的压力表。

灌浆前应全面检查构件孔道及灌浆孔、泌水孔、排气孔是否畅通。对抽拔管成孔,可采用压力水冲洗孔道；对预埋波纹管成孔,必要时可采用压缩空气清孔。宜先灌下层孔道,后灌上层孔道。灌浆工作应缓慢均匀地进行,不得中断,并应排气通顺,在出浆口出浓浆并封闭排气孔后,宜再继续加压至0.5～0.7N/mm2,稳压2min,再封闭灌浆孔。当孔道直径较大且水泥浆不掺微膨胀剂或减水剂进行灌浆时,可采取二次压浆法或重力补浆法。超长孔道、大曲率孔道、扁管孔道、腐蚀环境的孔道等可采用真空辅助灌浆。

4.4.3　无粘结预应力筋施工

无粘结预应力筋张拉程序等有关要求基本上与有粘结后张法相同。

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。

板中的无粘结筋一般采用前卡式千斤顶单根张拉,并用单孔夹片锚具锚固。

无粘结曲线预应力筋的长度超过35m时,宜采取两端张拉。当筋长超过70m时,宜采取分段张拉。如遇到摩擦损失较大,宜先松动一次再张拉。

在梁板顶面或墙壁侧面的斜槽内张拉无粘结预应力筋时,宜采用变角张拉装置。

无粘结预应力筋张拉伸长值校核与有粘结预应力筋相同；对超长无粘结筋由于张拉初期的阻力大,初拉力以下的伸长值比常规推算伸长值小,应通过试验修正。

无粘结预应力筋的锚固区,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。在锚具与锚垫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(图4.26)。

图4.26　无粘结预应力筋全密封构造
1—护套；2—钢绞线；3—承压钢板；4—锚环；5—夹片；6—塑料帽；7—封头混凝土；8—挤压锚具；9—塑料套管或橡胶带

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。对凸出式锚固区,可采用外包钢筋湿凝土圈梁封闭。对留有后浇带的锚固区,可采取二次浇筑混凝土的方法封锚。

思考题

1.简述模板的基本要求。

2.简述钢筋连接的方法有哪些?各自特点及适用范围如何?

3.什么是钢筋量度差?影响钢筋量度差的主要因素有哪些?

4.影响钢筋下料长度计算的主要因素有哪些?什么是量度差值?

5.简述钢筋加工的内容。

6.简述混凝土使用的主要外加剂。

7.为什么要进行混凝土施工配合比的计算?

8.简述混凝土运输的基本要求。

9.简述泵送混凝土的原理、特点及适用范围。

10.什么是施工缝?留置原则及处理方法是什么?

11.简述混凝土振捣机械的工作特点及适用范围。

12.简述先张法、后张法预应力混凝土的施工工艺、特点及适用范围。

13.简述后张法预应力混凝土施工中孔道灌浆的作用及施工要求。

习　题

1.混凝土实验室配合比1∶2.16∶4.05,水灰比0.5,每立方米混凝土的水泥用量300kg。现场实测砂的含水率3%,石子的含水率1%。现选用J1-250型搅拌机。

试计算：

(1)施工配合比。

(2)当采用JZ250型搅拌机并使用袋装水泥(每袋50kg)时,搅拌机的一次投料量?

2.某基础梁采用C20普通混凝土,实验室配合比提供的水泥用量为300kg/m3,砂子为580 kg/m3,石子为1300kg/m3,W/C=0.55,现场实测砂子含水率为4%,石子含水率为2%。

试求：

(1)施工配合比。

(2)当采用JZ350型搅拌机并使用散装水泥时,求每盘下料量。

3.计算下图(a)中钢筋及图(b)中箍筋的下料长度。

附：

①钢筋弯曲量度差取值。

注：d为弯曲钢筋直径

②箍筋调整值：

箍筋直径为8mm,量外包尺寸时：箍筋调整值为60mm；量内包尺寸时：箍筋调整值为120mm。

4.后张法施工某预应力混凝土梁,孔道长12米,混凝土强度等级C30,每根梁配有7束φj15.2钢绞线,每束钢绞线截面面积为139mm2,钢绞线fptk=1860MPa,弹性模量Es=1.95× 105MPa,张拉控制应力σcon=0.70fptk,拟采用超张拉程序：0→1.05σcon,试计算：

(1)同时张拉7束φj15.2钢绞线所需的张拉力；

(2)0→1.0σcon过程中,钢绞线的伸长值。