《土建作业指导书》先张法预应力施工

    先张法是先将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具临时固定在台座或钢模上，然扣浇筑混凝土；待混凝土达到一定强度后，放松预应力筋，靠预应力筋与混凝土之间的粘结力使混凝土构件获得预 压应力。
先张法的工艺流程如下：

    台座是先张法生产的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力。因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性。
台座按构造式分墩式和槽式两类。选用时根据构件种类、张拉吨位和施工条件确定。
1、 墩式台座
 墩式台座是由台墩、台面与横梁组成。目前，常用的是台墩与台面共同受力的墩式台座。
    台座的宽度主要取决于构件的布筋宽度、张拉与浇筑混凝土是否方便，一般不大于2m。
在台座的端部应留出张拉操作用地和通道，两侧 要有构件运输和堆放的场地。
1）台墩
   承力台墩，一般由现浇钢筋混凝土作成。台墩应有合适的外伸部分，以增大力臂而减少台墩自重。台墩应具有足够的强度、刚度和稳定性。稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算。
   台墩倾覆点的位置，对台墩与台面共同工作的台墩，按理论计算倾覆点应在混凝土台面的表面处；但考虑到台墩的倾覆趋势使得台面端部顶点出现局部应力集中和混凝土面抹面层的施工质量，因此倾覆点的位置宜取在混凝土台面往下4～5cm处。
2）台面
台面一般是在夯实的碎石垫层上浇筑一层厚度为6～10cm的混凝土而成。
台面伸缩缝可根据当地温差和经验设置，一般约为10m设置一条，也可采用预应力混凝土滑动台面，不留施工缝。
2、 槽式台座
槽式台座由端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面等组成，既可承受张拉力，又可作蒸气养护槽，适用于张拉吨位较高的大型构件，如吊车梁、屋架等。

1） 台座的长度一般不大于76m，宽度随构件外形及制作方式而定，一般不小于1m。
2） 槽式台座一般与地面相平，以便运送混凝土和蒸汽养护，但需考虑地下水位和排水等问题。
3） 端柱、传力柱的端面必须平整，对接接头必须紧密；柱与柱垫连接必须牢靠。
 槽式台座亦需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力及部分张拉力组成。
3、 换埋式台座
对流动性预制厂，可采用换埋式台座。其台墩由钢立柱、预制混凝土挡板和砂床组成，搬迁时便于拆除，重复使用。
1） 台座构造
    立柱采用43kg旧钢轨，并在轨顶上焊一块支承板，以扩大支承面。立柱的部距为1～1.2m，根据所生产的预应力构件需要而定。
    横梁由两根槽钢拼装而成，其间留有8mm空隙。横梁一侧用螺栓连接钢丝定位板，另侧每隔一定距离用钢筋焊成整体，以保持槽钢间隔均匀。
    挡板可采用预制混凝土小梁、旧楼板等，沿立柱放置，与砂床等高。
砂床是换埋式台座的关键所在。当地下水或地表水渗入时，砂床不会引起塑化而影响承载力。砂床宜采用粗砂，以增大内摩擦角。
4、 拼装式台座
拼装式台座是由压柱与横梁组装而成，适用于施工现场临时生产预制构件用。
1） 拼装式钢台座
   拼装台钢台座是由格构式钢压柱、箱形钢横梁、横向连系工字钢，张拉端横梁导轨，放张系统（砂箱和千斤顶两端依次进行）等组成。
   这种台座型钢的线胀系数与受力主筋钢绞线的线胀系数一致，热养护时无预应力损失。配以远红外线电热养护，每3d预应力构件生产便可周转一次。
   拼装式钢台座的优点：装拆快、效率高、产品质量好、支模振捣方便，适用于施工现场预制工作量较大的情况。
2） 拼装式混凝土台座
   这种台座用于一般施工现场，根据施工条件和工程进度，因地制宜利用工程上或废旧的构件（如基础梁、吊车梁、柱、桩等）组成。待预应力构件生产任务完成后，组成台座的构件仍可用在工程上。
5、 预应力混凝土台面
   普通混凝土台面由于受温差的影响，经常会发生开裂，导致台面使用寿命缩短和构件质量下降。为了解决这一问题，国内有些预制构件厂采用了预应力混凝土滑动台面。
   预应力混凝土滑动台面的做法是在原有的混凝土台面或新浇的混凝土基层上刷隔离剂，张拉预应力钢丝，浇筑混凝土面层。待混凝土达到放张强度后切断钢丝，台面就发生滑动。这种台面，经过多年使用实践，未出现裂缝，效果良好。
   预应力台面的基层要平整，隔离层要好，以减少台面的咬合力、粘结力与摩擦力。浇筑混凝土后要加强养护，以免出现收缩裂缝。
   预应力台面宜在春秋季施工，以减少温差引起的温度应力。

   先张法预应力筋主要有：冷拉Ⅱ～Ⅳ级钢筋，冷拔钢丝、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、刻痕钢丝与钢绞线等。
   1、预应力筋下料
1）  冷拉钢筋的下料，焊接与冷拉，钢筋工程的有关部分。
2）  冷拔钢丝的下料：对长线台座法，成盘放线铺设后用钢丝钳切割；对机组流水法，在钢筋调直机上等长下料，其相对差值不大于2mm。
3）  热处理钢筋、刻痕钢丝与钢绞线下料，应采用砂轮切割机（手提式、移动式），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。
2、预应力筋镦头
预应力筋镦头有热镦和冷镦两种。冷镦又分为冷镦和液压镦。冷拉钢筋采用热镦、冷拔钢丝采用冷冲镦头，刻痕钢丝采用液压镦头。
A、电热镦头
1） 热镦设备
钢筋电热镦粗可用UN1-75型或UN1-100型手动对焊机，唯需增加两个零件：一个是紫铜棒（用优质紫铜制成，端面要平整），它起着电极和顶头的双重作用；另一个是镦头模具，上下模具均用紫铜制作，做成合适的喇叭口和纵槽，其尺寸根据要求而定。

2） 操作要点
先把端头除过锈、磨平的钢筋夹入模具，根据钢筋直径d的大小留出一定的“镦粗余量”(1.5d～2.0d)，然后接通电源，调整电流级数，同时接上冷却水，再用操纵杆使钢筋头与紫铜棒端头接触，在一定压力下经多次脉冲式通电加热，待钢筋端部发红变软，即交替加热加压，直到预留的镦粗余量完全压成蒜头形为止。Ⅳ级钢筋需回火处理，消除脆性。其方法是，待镦粗的钢筋冷却后重新放入模具中顶紧紫铜棒端面，进行脉冲式通电，至钢筋呈现暗红色为止。
3） 质量要求和注意事项
a. 镦粗前，钢筋端头15～20cm范围内的锈要除净。钢筋端头要磨平并不能有弯曲。电极要夹紧，以免爆火烧伤钢筋，使钢筋强度下降、镦头脆断。
b. 镦粗时，通电加压应根据钢筋软化程度缓慢均匀地进行，不能等钢筋全部软化后过猛加压。为防止钢筋过软成型不良，要严格控制温度，Ⅳ级钢筋应控制在700℃左右。
c. 镦粗后，Ⅱ、Ⅲ级钢可不进行回火处理，Ⅳ级钢必须回火处理，以消除脆性。
d. 镦粗过程中，应注意防风、防雨、防潮，防突然冷却。冬季及阴雨天，应在室内操作，室内气温以保持在10℃以上为宜。刚镦好的镦粗头不能遇水突然冷却，以防脆断，寒冷季节镦粗头应在室内逐渐冷却后方可运出。
B、      冷冲镦头
   冷冲镦粗采用机械冷镦设备进行，主要有以下三种定型设备。
1）   SD5型手动冷镦器
   该冷镦器是用人力扳动的一种冷镦器，可用来冷镦φb 3 ～φb 5冷拔低碳钢丝，供预制场长线台座上使用。
   操作时，扳动夹具的开合扳手使夹具张开后，将钢丝插入直抵镦头活塞，放松开合扳手，靠弹簧力量使钢丝自动夹住；然后扳动偏心轴手柄冷镦钢丝；手柄复位后，扳动夹具的开合扳手，既可取出已镦头的钢丝。
2）   YD- 5型移动式电动冷镦机
   该冷镦机可用来冷镦φb 4～φb 5冷拔低碳钢丝，附有切丝装置，镦头次数为18次/min，电机功率1.1kW，自重93kg，供预制厂长线台座上使用，也可用于其他生产。
   操作时，开动电动机，冷镦机即进入不停地工作状态。待夹具张开时，将钢丝插入，冷镦机即自动完成夹紧、镦头作用。夹具张开时，取出已镦头的钢丝。当冷镦不同直径的钢丝时，应调整镦头模与夹具间的距离，使φb 4～φb 5分别有10～11mm和12～13mm镦锻预留长度。
3)GD5型固定式电动冷镦机
   该冷镦机可用来冷镦φb 3～φb 5冷拔低碳钢丝，镦头次数为60次/min，夹紧力30kN，顶锻力20kN，电动功率3kW，自重750kg，适用于机组流水法生产工艺。
操作时，开动电动机，冷镦机即进入不停地工作状态。待夹具张开时，插入钢丝，冷镦机即自动完成夹紧、镦头作用。
C、      液压镦头
   刻痕钢丝的强度高，硬度大，应采用DL-10型液压冷镦器镦头。
   少支钢绞线（1×2、1×3）的锚固难度大，可将其端头散开，逐根钢丝镦头，利用锚板固定。

    长线台座台面（或胎模）在铺放钢丝前应涂隔离剂。隔离剂不应沾污钢丝，经免影响钢丝与混凝土的粘结。如果预应力筋遭受污染，应使用适当的溶剂加以清洗干净。在生产过程中，应防止雨水冲刷台面上的隔离剂。
预应力钢丝宜用牵引车铺设。如果钢丝需要接长，可借助于钢丝拼接器用20～22号铁丝密排绑扎。绑扎长度：对冷拔抵碳钢丝不得小于40d；对冷拔低合金钢丝不得小于50d；对刻痕钢丝不得小于80d。钢丝搭接长度应比绑扎长度大10d（d—钢丝直径）。
预应力钢筋铺设时，钢筋之间的连接或钢筋与螺杆的连接，可采用套筒双拼式连接器。

（一）  预应力钢丝张拉
1、  单根钢丝张拉
    冷拔钢丝可采用10kN电动螺杆张拉机或电动卷扬张拉机单根张拉，弹簧测力计测力，锥销式夹具锚固。
刻痕钢丝可采用20～30 kN电动卷扬张拉机单根张拉，优质锥销式夹具锚固。
2、 成组钢丝张拉
   在预制厂以机组流水法或传送带法生产预应力多孔板时，还可在钢模上用镦头梳筋板具成批张拉。钢丝两端镦粗，一端卡在固定梳筋板上，另一端卡在张拉端的活动梳筋板上。用张拉钩钩住活动梳筋板，再通过连接套筒将张拉钩和拉杆式千斤顶连接，即可张拉。
3、 钢丝张拉程序
预应力钢丝由于张拉工作量大，宜采用一次张拉程序。

其中，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。
（二）  预应力钢筋张拉
1、   单根钢筋张拉
    直径≥12mm的冷拉Ⅱ～Ⅳ级钢丝筋，可采作YC20D、YC60或YL60型千斤项在双横梁式座或钢模上单根张拉，螺杆夹具或夹片夹具锚固。
热处理钢筋或钢绞线宜采用YC20D型千斤项或YCN23型前卡千斤项张拉，优质夹片锚具锚固。
2、   成组钢筋张拉
大型预制构件生产时，可采用三横梁装置。台座千斤顶与活动横梁组装在一起。张拉前应调整初应力，使每根预应力筋的初应力均匀一致。张拉时，台座式千斤顶推动活动横梁带动预应力筋成组张拉，然后用螺母或U形垫块逐步锚固。
3、   钢筋张拉程序
     为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用超张拉程序：     
   

（三）      预应力值校核
    预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。张拉时预应力筋的理论伸长值与实际伸长值的误差在+10%、-5%范围内是允许的。
    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。其偏差不得大于或小于设计规定相应阶段预应力值的5%。
    使用2CN-1型双控钢丝内力测定仪时，将测钩勾住钢丝，扭转旋钮，待测头与钢丝接触，指示灯亮，此时即为挠度的起点（记下挠度表上读数）；继续扭转旋钮，在钢丝跨中施加横向力，将钢丝压弯，当挠度表上的读数表明钢丝的挠度为2mm时，内力表上的读数即为钢丝的内力值（百分表上每0.01mm为10N）。一根钢丝要反复测定4次，取后3次的平均值为钢丝内力。
预应力钢丝内力的检测，一般在张拉锚固后1h进行。此时，锚固损失已完成，钢筋松弛损失也部分产生。
（四）     张拉注意事项
1、   张拉时，张拉机具与预应力筋应在一条直线上；同时在台面上每隔一定距离放一根圆钢筋头或相当于保护层厚度的其他垫块，以防预应力筋因自重而下垂，破坏隔离剂沾污预应力筋。
2、   顶紧锚塞时，用力不要过猛，以防钢丝折断；在拧紧螺母时，应注意压力表读数始终保持所需的张拉力。
3、   预应力筋张拉完毕后，对设计位置的偏差不得大于5mm，也不得大于构件截面最短边长的4%。
4、   在张拉过程中发生断丝或滑脱钢丝时，应予以更换。
5、   台座两端应有防护设施。张拉时沿台座长度方向每隔4～5m放一个防护架，两端严禁站人，也不准进入台座。
 

    预应力筋放张时，混凝土的强度应符合设计要求；如设计无规定，不应低于强度等级的75%。
（一）  放张顺序
   预应力筋的放张顺序，如设计规定时，可按下列要求进行：
1、  轴心受预压的构件（如拉杆、桩等），所有预应力筋应同时放张；
2、  偏心受预压的构件（如梁等），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；
3、  如下能满足1、2两项要求时，应分阶段、对称、交错地放张，以防止在放张过程中构件产生弯曲、裂纹和预应力筋断裂；
（二）  放张方法
   预应力筋的放张工作，应缓慢进行，防止冲击。常用的放张方法如下：
1、  千斤顶放张
    用千斤顶拉动单根钢筋，松开螺母。放张时由于混凝土与预应力筋已结成整体，松开螺母所需的间隙只能是最前端构件外露钢筋的伸长，因此，所施加的应力往往超过控制每一循环的放张吨位，以免构件在放张过程中受力不匀，并使先放张的钢筋引起后放张的钢筋内力增大而造成最后几根拉不动或拉断。
2、  砂箱放张
砂箱装置由钢制的套箱和活塞组成，内装石英砂或铁砂，装砂量宜为砂箱长度的1/3～2/5。砂箱放置在台座与横梁之间。预应力筋张拉时，箱内砂被压实，承受横梁的反力。预应力筋放张时，将出砂口打开，砂慢慢流出，从而使整批预应力筋徐徐放张。砂箱中的砂应采用干砂，选用适宜的级配，防止出现砂压碎引起流不出现象或增加砂的空隙率，使预应力损失增大。施加预应力后砂箱的压缩值不大于0.5mm，预应力损失可略去不计。采用两台砂箱时，放张速度应力求一致，以免构件受扭损伤。
3、  楔块放张
    楔块装置放置在台座与横梁之间，预应力筋入张时，旋转螺母使螺杆向上运动，带动楔块向上移动，钢块间距变小，横梁向台座方向移动，从而同时放张预应力筋。
楔块坡a角应选择恰当。a过大，则张拉时楔块容易滑出；a过小，则放张时楔块不易拔出。a角的正切应略小于楔块与钢块之间的摩擦系数p，即
                tga≤p         (20-48)
式中  p—摩擦系数，取0.15～0.2。
楔块放张，一般用于张拉力不大于300kN的情况，楔块装置经专门设计，也可用于张拉力较大处。
4、  预热熔割
    采用氧炔焰热粗钢筋放张时，应在烘烤区轮换加热每根钢筋，使其同步升温，此时钢筋内力徐徐下降，外形慢慢伸长，待钢筋出现缩颈，即可切断。此法应注意防止烧伤构件。
5、  钢丝钳或氧块焰切割
    对先张法板类构件的钢丝或细钢筋，放张时可直接用钢丝钳或氧炔焰切割。放张工作宜从生产线中间处开始，以减少回弹量且有利于脱模；对每一块板，应从外向内对称放张，以免构件扭转而端部开裂。
    此外，也可在台座的一端浇捣一块混凝土缓冲块。这样，在应力状态下切割预应力筋时，使构件不受或少受冲击。
（三）  放张注意事项
1、  为了检查构件放张时钢丝与混凝土的粘结是否可靠，切断钢丝时应测定钢丝往混凝土内的回缩情况。
   钢丝回缩值的简易测试方法是在板端贴玻璃片和在靠近板端的钢丝上贴胶带纸用游标卡尺读数，其精度可达0.1mm。
钢丝的回缩值：对冷拔低碳钢丝不应大于0.6mm，对碳素钢不应大于1.2mm。如果最多只有20%的测试数据超过上述规定值的20%，则检查结果是令人满意的。如果回缩值大于上述数值，则应加强构件端部区域的分布钢筋、提高放张时混凝土强度等。
2、  放张前，应拆除侧模，使放张时构件能自由压缩，否则将损坏模板或使构件开裂。对有横肋的构件（如大型屋面板），其端横肋内侧面与板面交接处作出一定的坡度或大圆弧，以便钢筋放张时端模肋能沿着坡面滑动。必要时在胎模与台面之间设置流动支座。这样，在预应力筋放张时，构件与胎模可随着钢筋的回缩一起自由移动。
3、  用氧炔焰或电弧切割时，应采取隔热措施，防止烧伤构件端部混凝土。电弧切割时的地线应搭在切割点附近，不能搭在另一头，以防止过电后使应力筋伸长造成应力损失。