专利名称：灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地下灌注钢筋混凝土结构物新的结构构造及工法，是一种对地下灌注的钢筋混凝土结构物(混凝土桩、混凝土墙)后增加钢绞线张拉应力并将预应力绞线有粘结的与混凝土结构结合，形成一种带预压应力的钢筋混凝土结构物杆件或墙体。
背景技术：
近年来，随着国民经济的日益发展，城市建设脚步的加快，高层及超高层建筑日益增多，基础埋置越来越深。同时，车库建筑的地下室或相对独立的地下结构物和地铁车站等地下空间结构的开发和利用越来越广泛。由于地下水对结构物上浮的作用，地下结构物随着使用深度和广度的增加，上浮力和水平压力越来越大，因此为提高它的锚固力和水平抗力，增加结构在地下的稳定性和耐久性要求，需用大量的钢材。当地下结构采用预应力钢筋 结构能有效提高结构本身的抗裂性能、耐久性，同时还能节省大量钢材和造价。目前，地下结构采用预应力钢筋的施工方法主要是考虑到现场浇筑施工的工艺流程，采用后张预应力无粘结技术。在后张法预应力混凝土施工中，按照预应力筋与混凝土之间是否有粘结力，后张预应力施工工艺可分为有粘结和无粘结两种。目前采用的预应力施加技术主要问题在于地下结构物的下端锚固方式、锚固深度的不确定性。预应力的施加中，下端锚固方式主要采用直接在混凝土中插入的方式，该方法的难点在于确定插入深度，由于混凝土的不均匀性，锚固效果无法得到保障。地下混凝土结构物有粘结后张预应力技术下端锚固方式采用专门设计的锚夹具锚固后注浆的方法，保证预应力钢绞线的下端锚固效果，解决混凝土不均匀性对钢绞线锚固不良的限制，为地下结构预应力的施加提供了一种便捷、可靠、有效的技术措施。
发明内容
针对上述现有技术，为降低工程造价，减少钢材用量，降低环境污染，在满足设计地下结构的抗浮要求的前提下，减小钢筋混凝土灌注桩、钢筋混凝土地连墙，在承受抗浮拉应力、抗水平力对混凝土的裂缝问题，和对于承受弯矩较大的地下连续墙，解决地连墙弯矩大一侧的墙体抗裂问题，同时降低了地下钢筋混凝土结构物钢筋的锈蚀，并且在同等工程上减少了钢材用量，降低了工程造价。本发明提供一种灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法。为了解决上述技术问题，本发明灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，包括以下步骤步骤一、钢筋混凝土结构物底端盲区预应力锚固自锚锁体系制作准备内径均大于预应力钢绞线直径的的第一钢导管和第二钢导管、锚垫板(根据钢绞线直径确定锚垫板尺寸面积)、预应力自锚锁具，其中第一钢导管的适宜长度为100mm，第二钢导管的适宜长度为20(T500mm ；自上而下的将第一钢导管、锚垫板、预应力自锁锚具和第二钢导管焊接制成钢筋混凝土结构物底端盲区预应力自锚锁体系，备用；
步骤二、制备钢筋混凝土结构物钢筋笼按设计配筋率和设计尺寸要求配置钢筋、钢导管，钢导管沿钢筋笼的周向呈中心对称布置，上述设计钢筋和钢导管经绑扎、焊接制成钢筋笼；地下钢筋混凝土结构物的钢筋笼由于工况条件的限制，钢筋笼由一节或多节钢筋笼节构成；若为多节构成，每节钢筋笼钢筋、钢导管轴向对应连接，位于最底部的一节钢筋笼，在设计规定的预应力施加长度处，该节钢筋笼的钢导管的底端焊接预应力自锚锁体系;步骤三、在位于预应力自锚锁体系上端与钢导管连接位置处，钢导管与钢导管间横向设有一连通管，该连通管将相邻的两个钢导管或多个钢导管贯通的串联起来形成管内通道；步骤四、制做位于钢筋混凝土结构物上端处的钢导管顶部的侧向注浆口，并用管帽封堵； 步骤五、在施工现场进行地下灌注钢筋混凝土结构物的成孔、成槽，形成地下孔道，成孔施工步骤参照钻孔灌注桩、地下连墙施工步骤；步骤六、待形成的孔道确认满足施工要求后，按照工序将钢筋笼沿轴向、逐节、顺次地下放到地下孔道内；步骤七、若钢钢筋混凝土结构物钢筋笼整体由多小节钢筋笼构成，相邻两小节钢筋笼的钢导管之间采用套接焊连接，相邻两节钢筋之间采用搭接焊连接，将多节钢筋笼焊接制成整体的钢筋笼骨架体系，其中，在钢筋笼设计规定的预应力施加长度位置为预应力自锚锁体系；步骤八、钢筋笼下放完毕后，孔道内浇注混凝土形成地下钢筋混凝土结构物；步骤九、待浇筑混凝土龄期达到规范规定的要求后，将地下钢筋混凝土结构物的上端部按设计标高进行清理、凿平露出钢管；步骤十、根据工程进度情况，上部切开钢导管，在每个钢导管中插入设计一定长度的预应力钢绞线，使预应力钢绞线穿入钢筋笼下部预应力自锁锚具体系内，实现预应力钢绞线的下端锚固；步骤十一、混凝土结构物上端部找平后，钢绞线穿放锚垫板并安装上端锚具，按照设计的张拉限值张拉预应力钢绞线，实现预应力钢绞线的上端锚固；步骤十二、取下钢导管侧向注浆管的管帽封堵，通过注浆管向钢导管内注入水泥浆，水泥浆液充满钢导管和横向连通管，待水泥浆固化后，从而实现预应力钢绞线与混凝土结构的有粘结连接；步骤十三、在预应力钢绞线上部设置与上部连接结构，采用多种预应力钢绞线的锚固形式；步骤十四、地下灌注混凝土结构物上部完成，进行下一步混凝土浇筑施工。与现有技术相比，本发明的有益效果是节省钢材、造价、施工简便、减小钢筋锈蚀、延长工程寿命、不污染环境、不影响作业面，不影响工期，质量保证率高，并且使预应力的施加时间不受施工时间的限制。同时，本发明实现的有粘结预应力施加方式还可以实现预应力钢绞线的保护，对地下结构的耐久性起到保障作用。
图1-1是本发明灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法形成的预应力钢绞线的轴向结构示意图；图1-2是图1-1中A-A位置断面图；图1-3是图1-1中B-B位置断面图；图1-4是图1-1中C-C位置断面图；图1-5是图1-1中D-D位置断面图；
图2是本发明施工方法中预应力自锁锚具的结构示意图；图3是本发明施工方法形成的地下连续墙的带有横向连通管部位的断面图。图中I-钢绞线2-钢导管3-锚垫板4_外套5_内夹片6_压力弹簧7-堵头8-保护钢管9-钢筋10-注浆口11-连通管12-预应力自锁锚具13-钢导管接箍14-密封膜
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细地描述。本发明灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，包括以下步骤步骤一、混凝土结构物底端预应力自锚锁体系制作如图2所示，准备内径均大于预应力钢绞线直径的的第一钢导管2和第二钢导管8，其中第一钢导管2的长度为100mm,第二钢导管8的长度为20(T500mm ；自上而下的将第一钢导管2、锚垫板3、预应力自锁锚具和第二钢导管8焊接制成结构物底端预应力自锚锁体系，具体讲是，锚垫板3与预应力工具自锁锚具同轴；在锚垫板3上面中心孔位置焊接第一钢导管，在第一钢导管上口内制膜密封，即通过一密封膜14密封，锚垫板3下面与工具自锁锚具上端焊接；自锁锚具下端焊接第二钢导管8，第二钢导管8的下端用管帽密封。本发明中所使用的自锁锚具如图2所示，包括外套4、内夹片5、压力弹簧6和堵头7，所述堵头7与所述外套4之间为了连接的可靠性，可以焊封，所述外套4与所述内夹片5之间为锥面配合，所述内夹片5与预应力钢绞线接触的内弧锥面上设有凹凸结构，使用时，所述外套4与所述内夹片5在压力弹簧6的作用下紧密配合，从而形成预应力钢绞线I的夹紧。步骤二、制备钢筋混凝土结构物钢筋笼如图1-1和图1-3所示，按设计配筋率沿钢筋笼的周向配置多根设计钢筋9和多根钢导管，多根钢导管沿钢筋笼的周向呈中心对称布置，上述设计钢筋9和钢导管经绑扎、焊接制成钢筋笼；钢筋混凝土结构物钢筋笼由一节或钢筋笼较长时多小节钢筋笼构成；若为多节，每节钢筋笼轴向连接，位于在达到设计规定的预应力施加长度处，该节钢筋笼的钢导管的底端连接自锚锁体系，其总长度不短于钢筋笼的钢筋长度；步骤三、如图1-1和图1-4所示，在位于设计规定的预应力施加长度的自锚锁体系上端与钢导管连接位置处，钢导管与钢导管间横向设有一连通管11，该连通管11将相邻的两个钢导管或多个钢导管贯通的串联起来，(若钢导管为三根布置在一正三角形顶角处)贯通的串联起来形成管内通道，图1-4示出了为4根钢导管，分为两组相邻的钢导管，则如图设有两个连通管11，连通管11连接距离所在钢导管底端为10(T200mm，钢导管下端连接自锚锁体系；图3示出了地下连续墙的带有横向连通管部位的断面图。步骤四、如图1-1和图1-2所示，预制位于混凝土结构物上端处的钢导管顶部的侧向的注浆口 10，并用管帽封堵；注浆口的形成是在钢导管顶部以下50cm处设置与钢导管相交且贯通的钢管，从而形成开口朝上的位于钢导管侧面的注浆口，该注浆口 10与钢导管顶部平齐。
步骤五、施工现场进行地下灌注钢筋混凝土结构物的成孔、成槽，形成地下孔道，成孔施工步骤参照钻孔灌注桩、地下连墙施工步骤；步骤六、待形成的孔道确认满足施工要求后，按照施工工序将钢筋笼沿轴向、逐节、顺次地下放到地下孔道内；步骤七、若钢钢筋混凝土结构物钢筋笼整体由多小节钢筋笼构成，相邻两小节钢筋笼的钢导管之间采用套接焊连接，相邻两节钢筋之间采用搭接焊连接，从而将多节钢筋笼焊接制成整体的钢筋笼骨架体系，其中，在钢筋笼设计规定的预应力施加长度位置按装预应力自锚锁体系；步骤八、钢筋笼下放完毕后，孔道内浇注混凝土形成地下混凝土结构物；步骤九、待浇筑混凝土龄期达到规范规定的要求后，将地下混凝土结构物的上端部进行清理剔平，露出钢导管；步骤十、根据工程进度情况，横向切开每根钢导管的上部，在每个钢导管中插入设计一定长度的预应力钢绞线，使预应力钢绞线穿入钢筋笼下部预应力自锁锚具体系内，实现预应力钢绞线的下端锚固；步骤十一、混凝土结构物上端部找平后，钢绞线穿放锚垫板并安装上端锚具，按照设计的张拉限值张拉预应力钢绞线，实现预应力钢绞线的上端锚固；也可在基础地板上张拉钢绞线2，需要按相关规定张拉，张拉同时直接完成锚具锁定上端预应力钢绞线，从而将预应力施加在地下结构物上。步骤十二、取下注浆口的管帽封堵，通过注浆管向钢导管内注入水泥浆，水泥浆液充满每个钢导管和横向连通管，从而实现预应力钢绞线与整体结构的的有粘结连接；后张法孔道灌浆的目的是对预应力筋提供永久的可靠保护，防止预应力筋锈蚀，同时提供预应力筋与结构混凝土间的粘结力。步骤十三、在预应力钢绞线上部可设置另一锚固头与上部结构锚固，可采用挤压锚锚固预应力钢绞线的上端头；步骤十四、底板混凝土浇筑，进行下一步结构混凝土施工。实施例本发明灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，是解决地下水浮力对地下建筑物的钢筋混凝土结构拉应力产生的裂缝，同时使张拉预应力钢绞线永久与混凝土粘结一起。通过设计单位对地下工程钢筋混凝土结构物进行配筋率设计，确定钢筋和预应力钢绞线的配置及预应力施加长度设计。预应力施加的实现是通过地下结构物钢筋笼制作、将安放钢导管端头放置自动锁锚锚具、钢筋笼连接、混凝土现浇成地下结构物、待混凝土结构成型及达到养护期后，打开钢导管上部封口，从钢导管口内放设计一定长度的预应力钢绞线穿入至设计自锚锚具连接部位锁住，通过预应力专用张拉设备完成钢绞线张拉，端头锚固及放张、钢导管内后灌水泥浆完成预应力钢筋的保护及实现有粘结连接。钢筋笼的制作按照钢筋笼设计长度、钢筋和钢导管截面设计要求进行绑扎或焊接制成钢筋笼。钢导管上端封堵，下端比钢筋笼短一定长度(约50cm)，用来安装自动锁锚锚具。钢筋笼制作完成后，在钢筋笼顶部钢导管建立注浆系统，在钢筋笼底端的钢导管每组环向连通焊接连通管，每个钢导管同轴向焊接自动锁锚锚具体系，锚具尺寸为一定长度(约50cm)，使钢筋笼下端平齐。如果地下结构物钢筋笼长度较长分为两节或两节以上制作时，则上部钢筋笼中的钢导管与下部带自动锁锚锚具钢导管截面位置对应。
待地下结构钢筋笼预制完成后，现场进行工程地下灌注钢筋混凝土结构物的成孔、成槽施工，形成地下孔道，待形成的孔道确认满足设计施工要求后，将预先制作好的钢筋笼进行下放作业，按照工序将钢筋笼逐节、依次地下放到地下孔道内。上下两节钢导管接头处采用钢管套接焊接连接。钢筋搭接焊连接，待整体钢筋笼下放完成后，孔道内浇注混凝土完成地下结构物成型。混凝土龄期达到设计龄期后，形成钢筋混凝土结构物，将钢筋混凝土结构物上部混凝土标高至设计位置，露出钢导管，去掉堵头，钢导管截至设计标高，然后在钢导管内插入预计长度的预应力钢绞线，钢绞线通过钢导管直接插入下端自动锁锚锚具，然后在上端预应力钢绞线上穿入锚垫板和常规锚具，对预应力钢绞线进行张拉作业施工，张拉过程直接完成对上端锚具的所定，完成地下结构物的预应力实施。预应力施加完成后，在结构物顶端钢导管处预留的注浆系统打开，直接向钢导管内缝隙注入水泥浆，通过钢导管下部连通管，将钢导管内充满水泥浆。逐个将钢导管满水泥浆。待管内水泥浆硬化后，实现张拉预应力钢绞线与混凝土结构的有粘结连结。后张法孔道灌浆的目的是对预应力钢绞线提供永久的可靠保护，防止预应力筋锈蚀，同时提供预应力筋与结构混凝土间的粘结力。图2仅为一个钢管的下端自锁锚具，当地下结构物，如地下灌注桩、地下连续墙(如图3所示)实际施工时，桩、墙中将放置2根以上的钢绞线，实现图1-1所示的灌注桩。图1-1的灌注桩顶面为带有侧向注浆口 10的铸件，铸件下直接焊接钢导管，在设计预应力施加长度范围内，钢导管通长，如有钢筋笼接笼现象，钢导管的连接方式为焊接。在带有锚具的钢筋笼达到预定深度后，现浇混凝土，养护至规定龄期，现场直接插入预应力钢绞线1，并使预应力钢绞线I贯穿整个部分，从而实现预应力钢绞线I的安装。尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一、钢筋混凝土结构物底端盲区预应力锚固自锚锁体系制作 准备内径均大于预应力钢绞线直径的的第一钢导管和第二钢导管、锚垫板(根据钢绞线直径确定锚垫板尺寸面积)、预应力自锚锁具，其中第一钢导管的适宜长度为100mm，第二钢导管的适宜长度为20(T500mm ；自上而下的将第一钢导管、锚垫板、预应力自锁锚具和第二钢导管焊接制成钢筋混凝土结构物底端盲区预应力自锚锁体系，备用； 步骤二、制备钢筋混凝土结构物钢筋笼 按设计配筋率和设计尺寸要求配置钢筋、钢导管，钢导管沿钢筋笼的周向呈中心对称布置，上述设计钢筋和钢导管经绑扎、焊接制成钢筋笼； 地下钢筋混凝土结构物的钢筋笼由于工况条件的限制，钢筋笼由一节或多节钢筋笼节构成；若为多节构成，每节钢筋笼钢筋、钢导管轴向对应连接，位于最底部的一节钢筋笼，在设计规定的预应力施加长度处，该节钢筋笼的钢导管的底端焊接预应力自锚锁体系； 步骤三、在位于预应力自锚锁体系上端与钢导管连接位置处，钢导管与钢导管间横向设有一连通管，该连通管将相邻的两个钢导管或多个钢导管贯通的串联起来形成管内通道； 步骤四、制做位于钢筋混凝土结构物上端处的钢导管顶部的侧向注浆口，并用管帽封堵; 步骤五、在施工现场进行地下灌注钢筋混凝土结构物的成孔、成槽，形成地下孔道，成孔施工步骤参照钻孔灌注桩、地下连墙施工步骤； 步骤六、待形成的孔道确认满足施工要求后，按照工序将钢筋笼沿轴向、逐节、顺次地下放到地下孔道内； 步骤七、若钢钢筋混凝土结构物钢筋笼整体由多小节钢筋笼构成，相邻两小节钢筋笼的钢导管之间采用套接焊连接，相邻两节钢筋之间采用搭接焊连接，将多节钢筋笼焊接制成整体的钢筋笼骨架体系，其中，在钢筋笼设计规定的预应力施加长度位置为预应力自锚锁体系； 步骤八、钢筋笼下放完毕后，孔道内浇注混凝土形成地下钢筋混凝土结构物； 步骤九、待浇筑混凝土龄期达到规范规定的要求后，将地下钢筋混凝土结构物的上端部按设计标高进行清理、凿平露出钢管； 步骤十、根据工程进度情况，上部切开钢导管，在每个钢导管中插入设计一定长度的预应力钢绞线，使预应力钢绞线穿入钢筋笼下部预应力自锁锚具体系内，实现预应力钢绞线的下端锚固； 步骤十一、混凝土结构物上端部找平后，钢绞线穿放锚垫板并安装上端锚具，按照设计的张拉限值张拉预应力钢绞线，实现预应力钢绞线的上端锚固； 步骤十二、取下钢导管侧向注浆管的管帽封堵，通过注浆管向钢导管内注入水泥浆，水泥浆液充满钢导管和横向连通管，待水泥浆固化后，从而实现预应力钢绞线与混凝土结构的有粘结连接； 步骤十三、在预应力钢绞线上部设置与上部连接结构，采用多种预应力钢绞线的锚固形式； 步骤十四、地下灌注混凝土结构物上部完成，进行下一步混凝土浇筑施工。
2.根据权利要求I所述灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，其特征在于，步骤一中， 锚垫板与预应力自锁锚具同轴； 在锚垫板上面中心孔位置焊接第一钢导管，在第一钢导管上口内制膜密封； 锚垫板下面与预应力自锁锚具上端焊接； 预应力自锁锚具下端焊接第二钢导管，第二钢导管的下端用管帽密封。
3.根据权利要求I所述灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，其特征在于，步骤四中，注浆口的形成是在钢导管顶部以下50cm处设置一与钢导管相交且贯通的钢管，从而形成开口朝上的位于钢导管侧面的注浆口，该注浆口与钢导管顶部平齐。
全文摘要
本发明公开了一种灌注钢筋混凝土结构有粘结后张预应力工法，首先由设计单位确定预应力施加长度。通过制作、放置、连接钢筋笼，安放钢导管端头放置自动锁锚锚具，现浇混凝土形成地下结构物、待混凝土结构成型并到龄期后，下放预应力钢绞线至设计连接部位、通过专用设备完成钢绞线张拉，端头锚固及放张、钢导管内后灌浆实现有粘结连接。本发明解决桩、地连墙承受上浮力、抗水平力的问题，对于承受弯矩较大的地下连续墙，解决弯矩大一侧的墙体抗裂问题。本发明节省钢材、施工简便、不污染环境、不影响作业面，质量保证率高，使预应力施加不受施工时间的限制。本发明实现的有粘结预应力方式实现预应力钢绞线的保护，对地下结构的耐久性起保障作用。
文档编号E02D29/045GK102808422SQ20121030592
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者杜冰, 郑秀娟, 胡德均, 李斌, 王毅, 倪浩, 宋彻, 张大煦, 贺宏, 钟刚, 刘冬冬 申请人:天津市建筑科学研究院有限公司