型钢预应力钢筋混凝土桁架施工工法

荣誉表彰

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《型钢预应力钢筋混凝土桁架施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

环形预应力梁施工工法适用范围

《环形预应力梁施工工法》适用于连续环形梁预应力和连续曲线梁预应力施工。

环形预应力梁施工工法工艺原理

《环形预应力梁施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.预应力筋采用分离式交叉搭接法。既便于预应力张拉，又便于施工时的拆模。预应力建立比较均匀；避免张拉端部过于集中，造成端部预压应力过大，同时可以使原跨中的预应力损失得到补充。见图2。

2.环形框架梁同跨预应力筋均分批张拉。

3.张拉伸长值控制，采用的以张拉力为主，伸长值校验的方法。调整采用预先张拉法。

环形预应力梁施工工法施工工艺

• 工艺流程

《环形预应力梁施工工法》的施工工艺流程见图3。

• 操作要点

《环形预应力梁施工工法》的操作要点如下：

一、预应力筋安装

1.波纹管安装∶按照设计图纸中预应力筋的曲线坐标，以梁底模板为基准，定出波纹管的位置，固定波纹管。

2.节点处理

接头∶必须采用大一号同类型波纹管作接头套管，接头管长度不小于300毫米，波纹管接口面应平整，密封，不得漏浆。

排水孔和灌浆孔∶波纹管按设计规定预留排气排水孔和灌浆孔，孔口的引出管与波纹管连接处应密实，避免漏浆。

梁端锚垫板；梁端锚垫板处模板采用定型模板，与锚垫板一起加工，安装位置要求正确、平整，不得扭曲，波纹管穿过锚垫板处应弧顺，不得出现拐点。

3.穿束∶可分别采用人工穿束、穿束机穿束和卷扬机穿束等三种方法进行穿束。

4.梁张拉端设置∶可分为以下几种∶梁上面或梁底面；梁体侧面；梁柱间加掖，板面设置张拉混凝土后浇孔。

二、预应力梁混凝土浇筑措施

1.混凝土浇筑前对预应力筋进行全面的检查，进行隐蔽工程验收。

2.所有新的振捣棒头均应用砂轮机磨圆，浇筑混凝土时应绝对避免振动棒强力撞击波纹管，以防止振动棒将波纹管凿破后漏浆，破坏其预应力筋的状态。

3.张拉端、固定端处钢筋较为集中，混凝土浇捣必须注意振捣密实。

4.混凝土振捣过程中应有专人不停抽动预应力筋，防止漏浆和堵孔。

三、预应力筋张拉力测试与计算

在第一块预应力张拉施工时，对曲线预应力梁的K、μ值进行现场测试并反演摩擦系数K和μ。根据测试值计算工程空间曲线预应力的摩阻系数、锚具的预应力损失以及张拉伸长值，为预应力的张拉提供张拉伸长的理论值。

摩擦损失测试采用传感器法，如图4所示。操作时须保证预应力束为一端张拉，在张拉前，要求预先在预应力束的两端各安装一台传感器。测试时，开动张拉端千斤顶进行张拉（张拉伸长值大于1个千斤顶的行程，对梁的预应力筋张拉端安装两个千斤顶），待达到测试工况要求时停止进油并稳定油压，分别读出此时两端传感器的压力读数，即可得到预应力孔道摩擦损失。每束预应力筋测试分七个工况，分别为0.1σ_con、0.2σ_con、0.5σ_con、0.6σ_con、0.8σ_con、1.0σ_con及持荷3分钟，读取每个工况传感器的读数和量测预应力筋张拉伸长值。

通过张拉测试和数据分析，分别采用最小二乘法和假定系数法反演摩擦系数，计算预应力筋张拉力。

四、施加预应力

1.准备工作∶在预应力筋张拉前进行设备标定，对构件端部预埋件、灌浆孔、混凝土等进行全面检查，合格后发出张拉通知单。

2.施加预应力∶施加预应力以张拉力为控制量、张拉伸长值为校核量。按设计图预应力孔道编号，按设计张拉顺序分批张拉。张拉时应做到孔道、锚环与千斤顶三对中，张拉过程应均匀。张拉完毕后，应检查端部和其他部位是否有裂缝。并填写张拉记录表。实际伸长量与理论伸长推算值之和。与理论伸长相比较误差不超过 6%、-6%，否则应停机检查原因，予以调整后方可张拉。

五、孔道灌浆

1、准备工作∶

张拉后应及时检查张拉记录及锚固情况，经认可后再准备灌浆。预应力张拉完成后48小时内应进行灌浆。灌浆前全面检查预应力构件进浆孔。排气、排水孔是否畅通；检查灌浆设备、管道及阀门的可性，压浆泵压力表。

2.灌浆采用纯水泥浆。水泥应采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5，水泥不得含有结块物。

3.压浆∶应缓慢、均匀地进行。

4.压浆时每一班做70.7毫米×70.7毫米×70.7毫米立方体试件一组，每组六块，标准养护28天，其抗压强度作为水泥浆强度质量评定的依据。

5.灌浆时冬季温度低于0℃或混凝土温度低于5℃；夏季温度高于35℃或混凝土温度高于25℃，停止灌浆。

6.灌浆作业时，应如实填写现场施工记录，每个构件均应有灌浆施工记录。

• 施工验收

《环形预应力梁施工工法》的验收质量标准按《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204—2002。

一、预应力混凝土结构验收时，对预应力专项施工应提供下列文件和记录∶

1.预应力钢材合格证和检验报告。

2.预应力用锚具合格证、抽检记录或检验报告。

3.金属波纹管合格证和抽检记录。

4.张拉千斤顶及油压表的配套检验记录。

5.金属波纹管铺设的隐蔽工程验收记录。

6.预应力筋张拉记录。

7.孔道灌浆记录及水泥浆试块立方强度试验记录。

二、预应力施工验收，除检查文件、记录外，还应进行外观抽查。

三、当提供的文件、记录及外观抽查，均符合规范时即可进行验收。

超长预应力系梁施工工法适用范围

《超长预应力系梁施工工法》适用于采用预应力梁平衡拱的推力的拱形结构工程中超长预应力系梁的施工，且预应力筋采用的是多束、每束多根、每根为1×7结构钢绞线。该工法也可为其他超长预应力结构的施工提供参考。

超长预应力系梁施工工法工艺原理

《超长预应力系梁施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.利用编束架对钢绞线进行编束，通过采用特制穿束器、特制牵引头等器具，以及采用三级穿束和卷扬机分次牵引的方法实现钢绞线整束穿束。

2.根据上部拱形结构合拢、卸载及安装附属结构的各个过程的状况，选择合适的张拉时机和张拉顺序，使用穿心式千斤顶，并采用群锚对称张拉的方法实现预应力筋的张拉。

3.孔道超长、管壁对钢绞线的摩擦情况不明确，对预应力钢绞线的张拉伸长值无明确要求，而且拱脚推力过大或预应力系梁拉力过大都将使拱脚处承台及其承台下部桩发生水平位移，为防止引起结构破坏，故在张拉过程中采用以拱脚承台水平位移控制为主，结合控制张拉力的双控方案。

超长预应力系梁施工工法施工工艺

• 工艺流程

《超长预应力系梁施工工法》的工艺流程是：施工准备→土方开挖→垫层混凝土→系梁底部钢筋绑扎→预应力孔道留设→观察段预埋管安置→系梁上部钢筋绑扎→隐蔽工程验收→系梁侧模施工→系梁混凝土浇筑（观察段位置暂不浇筑混凝土）→其他段系梁混凝土施工→穿ф6.5毫米钢筋→穿牵引用钢绞线→预应力钢绞线芯墩头处理→预应力筋穿束→观察段套管安装→观察段位置系梁混凝土浇筑→养护→预应力筋分批张拉→锚固→切割端部钢绞线、端部封裹。

• 操作要点

《超长预应力系梁施工工法》的操作要点如下：

一、施工准备

根据现场实际情况和整个施工进度的安排，将预应力系梁分不同部位，组织分区段施工，并做好技术交底工作。

二、土方开挖、垫层混凝土施工

系梁基槽开挖后，尽快施工垫层混凝土。

三、预应力孔道留设

根据设计要求留设预应力孔道。若预应力孔道采用钢管留孔，可采用型钢焊成支架支撑预埋管，施工中用全站仪定位、水准仪抄平，在支架安装完毕，并经复核标高、位置无误后，用膨胀螺钉将支架和混凝土垫层固定牢固。对于采用塑料波纹管等轻型材料留孔，可采用焊接钢筋支架支撑预埋管。预埋管标高上下误差控制在±7毫米之内，水平位置和两套管中心距误差也不得大于±5毫米，套管整体直线顺畅。

四、钢筋绑扎

1.钢筋绑扎时应留有预应力布管穿筋的位置和用于预应力分项施工的时间间隔。

2.先绑扎系梁底部钢筋和箍筋，箍筋应开口设置。待预埋管埋设完毕后再绑扎系梁上部钢筋并进行箍筋封闭。

3.绑扎钢筋时，应保证预应力孔道坐标位置的正确，若有矛盾时，应在规范允许或满足使用要求的前提下调整普通钢筋的位置，必要时应与设计人员商量后确定。

4.钢筋工程施工结束时应全面检查预埋管，如发现问题应及时处理并做好记录。

五、系梁侧模施工

预应力系梁侧模板应在钢管固定好以及钢筋隐蔽验收合格后方可进行封模安装。

六、混凝土分段浇筑施工

1.为了防止混凝土系梁由于超长而产生收缩裂缝，应分段浇筑混凝土系梁，分段长度不大于60米，并在混凝土中掺适量的微膨胀剂。

2.非预应力筋、预应力孔道预埋及支架位置、标高经检查验收符合要求后，进行系梁混凝土的浇筑，在浇筑时应认真做好预埋管下及其两侧混凝土的振捣。

七、预应力筋下料与墩头处理

预应力筋按照单根使用长度在厂家下料，单根成捆运至现场。根据每束预应力筋的多少、钢绞线中心钢丝的直径以及预应力筋孔道的大小，制作特制牵引头，特制牵引头如图1所示。将钢绞线外围6根钢丝剪短50～100毫米左右，留出中间1根钢丝穿过特制牵引头钢板小孔后，进行墩头处理，从而将整束钢绞线和特制牵引头连接在一起。

八、穿束

1.穿束时，先人工穿入一根直径ф6.5毫米的钢筋（图2），通过钢筋连接穿入一根高强预应力钢绞线，在钢绞线端部安装特制牵引头，用牵引头固定经墩头固定好的钢绞线，利用卷扬机，整束一次性穿管。钢绞线墩头及牵引头的连接示意如图3所示。

2.通过牵引头和所有预应力钢绞线连接固定，用作牵引的钢绞线另一端与卷扬机钢丝绳连接固定，然后进行钢绞线的牵引工作。

3.每束预应力钢绞线编组后采用卷扬机进行牵引。卷扬机钢丝绳的另一端与牵引单根钢绞线连接线固定后，通过牵引头拉结预应力钢绞线进行牵引。由于预应力筋较长，而现场条件有限，卷扬机钢丝绳不能一次牵引到位，因此可分次进行牵引，即牵引一次后，重新转换钢丝绳与连接的牵引点进行牵引，直到全部牵引到位，每次牵引的距离可根据现场条件确定。分次牵引方法如图4所示。

4.每束钢绞线牵引到位后，将钢绞线的墩头芯线剪断，待张拉时通过防松夹片锚具固定。

5.特别需要强调的是，在钢绞线牵引过程中，预应力钢绞线的相对位置要保持不变，并不能出现扭转。首先根据现场的实际环境以及每束钢绞线的根数，用脚手架钢管搭设钢绞线编束架；然后对牵引头连接的每根钢绞线编号，并针对钢绞线分排设置，在编束时调整好每排钢绞线位置，每隔4米用12号钢丝捆成整体，编束架如图5所示。在观察段中对每排钢绞线再次进行检查。每束穿筋完成后在两端对每根钢绞线进行编号固定。

九、观察段套管安装及混凝土浇筑

在超长预应力系梁施工中，为了在穿束时发生异常现象能够进行二次处理，并保证预应力筋穿束更顺畅，可在一定范围内适当设置后浇段（后浇段长度一般为8.5米），并在后浇段的套管上各留出观察段（长度一般为4米），预先放置观察段套管，并套在预应力孔道预埋管上。在穿过预应力钢绞线时，观察钢绞线在穿束过程中有无故障，待顺利穿完后，将后浇段中套管就位封闭，绑扎好非预应力筋，经隐蔽工程验收合格后进行预应力系梁后浇段混凝土浇筑。后浇段和观察段套管安装就位如图6所示。

十、张拉端端部处理

预应力锚具采用防松夹片锚具，端部采用专用配套铸铁锚垫板和螺旋筋，将其可靠地固定在钢筋支架上，并凹进基础侧面600毫米。

十一、预应力张拉

由于拱结构自身的特性，屋面结构成型后拱在自重及上部荷载作用下将产生沿拱轴线的水平推力，该水平推力由预应力混凝土系梁承担。为平衡拱体和屋面部分荷载对拱脚产生的水平推力，预应力筋分两批进行张拉，每批进行对称张拉，第一批张拉完后停止20小时，观察拱脚位移和预应力松弛情况后，继续张拉另一批预应力筋。

1.采用群锚进行张拉

张拉前，先加工直径ф260×130毫米厚钢板，并在钢板上预先钻孔（其中中心孔为排气孔），使每束钢绞线穿过钢板，通过群锚夹片固定在ф260×130毫米厚的锚垫板上。采用千斤顶（千斤顶的型号根据计算确定）进行张拉，张拉时通过锚垫板将张拉应力均匀传递到拱脚基础钢承垫板上。群锚张拉如图7所示。

2.张拉顺序

1）预应力初步张拉∶预应力筋穿入孔道后，在正式张拉前进行初步张拉，调整预应力筋，使各预应力筋松紧一致；

2）上部拱结构合拢后、屋面结构胎架落架前张拉系梁预应力，用以平衡结构正常使用状态下恒载产生的拱脚水平推力，监控一天时间。若张拉过程中拱脚水平位移大于极限值△（△为6毫米，下同）则停止张拉，若拱脚水平位移小于极限值△，则继续张拉；

3）胎架下落过程中，对拱脚处水平位移进行实时监控。若其接近△，则对系梁继续施加预应力，使之减小。落架过程分批分步进行，结合张拉系梁内预应力钢绞线，使拱脚水平位移控制在限值△以内。

3.对称张拉

由于每束钢绞线的张拉应力特别大，施工时按以下顺序进行对称张拉，张拉顺序如图8所示。

4.采用双控进行张拉

在张拉过程中，以控制拱脚承台水平位移为主，同时对张拉应力值进行控制。张拉施工前，在每个拱脚承台上设置2个位移观测点，采用全站仪对拱脚水平位移进行监测，利用百分表进行辅助监控（图9）；根据预应力系梁中无粘结预应力钢绞线束的配置情况，在每道系梁的两端埋设穿心式压力传感器，分别埋设在两根梁的对角张拉端，进行钢绞线预应力值的监控测试，压力传感器的布置如图10所示。

十二、端部封堵

预应力筋张拉完毕经检查无误后，即可采用砂轮锯和无齿锯或其他机械方法切割多余的钢绞线，切割后的钢绞线外露长度距锚环夹片的长度为30毫米，然后在锚具及承压板表面涂以防水涂料，最后清理穴口，用C30细石混凝土进行封堵。

连续跨环形预应力梁施工工法适用范围

《连续跨环形预应力梁施工工法》适用于圆形预应力混凝土储仓、体育馆，圆形市政工程等的施工；水工压力隧洞、压力井的预应力混凝土结构。

连续跨环形预应力梁施工工法工艺原理

《连续跨环形预应力梁施工工法》的工艺原理叙述如下：

1、在同一块开有相同但锥孔方向相反的锚板上，通过变角张拉装置，利用夹片将钢绞线的首尾锚固在该锚板上。通过钢绞线张拉变形挤压管道壁，使结构环受到径向分布的挤压力和切向拖曳力，从而使结构截面形成环行的预应力。

2、采用预应力环形梁结构，通过预应力梁的顺序张拉，对建筑物起到加箍的作用，使建筑物形成一个整体，承受上部斜柱、看台传递的荷载，使主体结构安全顺利地建成。

连续跨环形预应力梁施工工法施工工艺

• 工艺流程

《连续跨环形预应力梁施工工法》的施工工艺流程：

施工准备→钢绞线下料→波纹管矢高放线→焊波纹管支撑筋→穿波纹管并连接钢绞线先穿束→安泌水管、压板→焊长拉端、固定端锚垫板→浇灌混凝土→预应力筋张拉→孔道灌浆→切割端头钢绞线→细石混凝土封端头。

• 操作要点

《连续跨环形预应力梁施工工法》的操作要点如下：

一、钢绞线下料

下料长度根据设计图纸和现场实际测量尺寸下料，下料切割采用砂轮切割机进行。

二、安装

先在预应力梁中与箍筋焊接架力筋（支撑波纹管）用绑扎丝固定到位。使波纹管曲线平滑无叠痕。在振捣时应避开与波纹管接触。焊接制作张拉端，固定端埋件，穿束（钢绞线），设备就位于固定端进行挤压，使挤压锚具牢固的与钢绞线通过挤压成一体，从而达到设计要求固定端锚固，安装泌水管对管端封堵好。

三、预应力张拉

1.张拉前准备工作：在施工预应力梁端头搭设2米×2米操作平台，护栏高度1.2米左右。要求预应力混凝土梁试验报告，其强度必须符合设计要求，方可张拉。

2.根据设计张拉控制应力超张拉5%，分五级张拉。

3.第一级：10千牛（初值）；第二级：20%的张拉控制应力；第三级：40%张拉控制应力；第四级：80%的张拉控制应力；第五级：100%的张拉控制应力；超张拉至105%的张拉控制应力保持2分钟后进行锚固。

4.预应力梁为2孔每孔8根钢绞线，张拉为单端张拉。张拉时每段按顺序依次张拉，每段张拉次序见下图。预应力梁张拉端部张拉时应随时对比实际伸长值与理论计算值之间的误差，按张拉为主实际伸长值与理论计算值双控的原则进行。

5.预应力张拉时应严格做好张拉记录。

6.张拉结束，核对数据无误，确保达到设计要求后，可将张拉锚固端头多余力筋切除，切除时用砂轮切割机（不可用氧焊、电焊切割端头），留头不少于3厘米，然后按要求用细石混凝土封闭锚头。

7.孔道灌浆：灌浆前先将清水灌入孔道内，将搅拌好的水泥浓浆用灌浆机压入孔道内，使端部出浓浆分三次加压即可，灌浆时随机取试件样。

• 劳动力组织

《连续跨环形预应力梁施工工法》的劳动力组织情况见下表。