屋架工法

后张法预应力屋架现场施工工法

93—建工—工字01

一、前言

随着工业的高速发展，工业厂房所采用的后张预应力屋架越来越多，要能充分保证屋架的施工质量，就必须有一套成熟的科学管理体系、标准的施工工艺流程、丰的施工经验。我们经过柳州车辆长食堂、柳州机务段柴油机间等工程的应用屋架施工，提炼了一些行之有效的经验、精华随之又回到施工中应用并丰富，从而形成了一个比较成熟工法。该工法收集和积累了十多年后张法屋架施工经验。对于一般的后张法预应力屋架施工，具有较好的科学指导性。该工法首先应用于柳州机务段柴油机间11榀YWJA-27-2型和YWJA-24-2型两种规格屋架的施工并获得成功。我们能以2h浇筑完一榀27m跨的屋架、20min张拉完一束钢丝。30min灌完一榀屋架的浆，施工质量各项质量技术指标均达到设计要求和国家规范标准。对后张法预应力构件屋架施工，具有较好的实用性和参用性。 二、特点

1、现场后张法预制屋架工法解决了工艺复杂、质量要求高、安全要求严；管理难度大的施工问题；

2、施工工艺安排合理、严密，工期短，人料机使用充分，质量管理体系健全，造价经济等特性；

3、技术管理方面：具有交较高的技术要求和较好的管理措施； 4、采用了最新技术、先进工艺和设备。是90年代后张法预应力施工通用的施工方法。

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三、使用范围

本工饭适用于后张法预应力屋架施工，也适用于其他预应力构件后张法施工。本工法施工季节的最低气温宜在+5℃以上。一般土建工程队便于操作，但必须具有所需的设备和机具，操作人员经过短期培训既可组织施工。

四、工艺原理（计算模型原理）

1、 计算用的主要技术指标：

YWJA-27-2及YWJA-24-2主要技术指标

附表1

顺号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

项目名称 YWJA-27-2预应力钢丝束 YWJA-24-2预应力钢丝束 YWJA-27-2预应力钢丝束每束张拉力 YWJA-24-2预应力钢丝束每束张拉力 构件砼强度等级 ΦS5标准强度要求 ΦS5设计要求 ΦS5钢弹性模量Eg ΦS5钢丝反复弯曲次数 C50砼弹性模量Eg(50) 灌浆孔数量(每榀) 灌浆强度等级要求 灌浆孔直径 每孔灌浆数量 设计数值 2*22ΦS5 2*22ΦS5 433kN 446kN C40 Rby=1600Mpa Ry=1280Mpa ≥4次 3.5*104Mpa 2个 C40 Φ50 0.042m3 0.037m3 备注 实际50Mpa 2.0~2.1*105Mpa 试验取值 ≥4次 试验取值 50Mpa 50mm 27m跨 24m跨 2

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本工法以27m、24m屋架采用通用的全国图集JSJT-162（G415增补）中的YWJA-27-2型和YWJA-24-2型两种规格为计算模型，其他不同设计、不同跨度的屋架可参考此方法计算。

2、钢丝束下料长度的计算： 千斤顶 （a）（c） 100 （c）（a） 20 L0 L 50 100 L01 锚环 屋架 垫板 预应力筋 L01 50 20 两端同时张拉（对拉）钢筋计算示意图（图1）

L0 ：构件长度 a：锚具厚度 L01 ：千斤顶长度 c：垫板厚度 L ：钢丝束下料长度 100：外留长度 钢丝束下料长度计算公式： L= L0+2a+2c+ 2L01+2×100

通常采用YZ—85千斤顶L01=750mm；GZ5—24型钢质锥形锚具，厚度a=50mm。

YWJA-27-2的构件长度L=26800mm YWJA-24-2的构件长度L=23800mm 所以，钢丝束的下料长度为：

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L（27）=26800+2×50+2×20+2×750+2×100=28640mm L（24）=23800+2×50+2×20+2×750+2×100=25640mm 3、张拉力及相应理论伸长值ΔL的计算：

在同一构件同一截面位置的预应力津（束）可能较多。采用分批张拉时，由于后批张拉的筋（束）的应对构件砼产生弹性压缩，引起先张拉的筋（束）的预应力损失，此项预应力损失值必须先计算加到先张拉的各批筋（束）的张拉控制力值内，才能满足整个构件张拉锚固完毕后，都能同时达到设计吨位要求。在设计图中，有规定的则严格按照设计每束张拉力值要求进行，若设计无规定时，可参用下列近似方法计算：

（1）应力 （2）相应伸长值 第一批张拉筋（束）：

σ

K1=（Δ

L1/ΔL）σK ΔL=ΔL+（n-1）（σh/Eh）L`

第一批张拉筋（束）：

σ

K1=（Δ

L2/ΔL）σK ΔL=ΔL+（n-2）（σh/Eh）L`

第n批张拉筋（束）：

σ

Kn=δK

ΔLn=ΔL

式中：σK——钢筋（束）张拉控制应力（Mpa）

σK=Ny/Sg （Sg为筋束截面积） n ——分批张拉的总次数

ΔL1 ————第一束钢筋束张拉的相应理论计算伸长值 ΔL2 ——第二束钢筋束张拉的相应理论计算伸长值 ΔLn ——第N束即同一截面最后一束筋相应的计算伸长值 L` ——钢筋束作用构件混凝土的有效计算长度（应扣除截面的

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节点部分长度，因为此处混凝土截面积大，应力小，压缩量也不，可不计）。

σh ——张拉每一批预应力筋（束）时，用在构件有效计算截面

（以最小均匀截面）上的混凝土应力值

Eh ——构件张拉时混凝土实际强度等级相应的弹性模量值 其中：ΔL=（σk/Eh）L`0

ΔL ——标准控制力作用下，钢筋束的伸长值

L`0 ——钢筋束有效张拉计算长度（mm），L`0= L0+2a+2c Eg ——钢筋束相应的弹性模量（Mpa） σh=Ny/Sh

Ny—— 一束钢筋的张拉力设计值（KN） Sh—— 有效计算受压砼的截面积（mm2） 实例应用计算：

YWJA-27-2屋架的每束张拉应力相对应的伸长值计算如下（n——一束的钢丝根数）：

σK=Ny/（Ay×n）=433×103/（π×2.52×22×10-6）pa=1002.4Mpa ΔL=（σK /Eg）L0

=[1002.4/(2×105)] ×(26800+2×50+2×20)=135mm Sh=240×220－2×2.52×π=48873 mm2

L`= L0－2 ×1000-2×1000-2×800-500=20700mm 由：σh= Ny/Sh=433×103/(48873×10-5)=9.04Mpa 得：构件在第二束张拉后，比第一束相应增加收缩量： Δh=σh /Eh×L`=9.04Mpa/(3.5×104Mpa) ×20700mm

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=5.4mm (注：Eh按实际砼强度等级50Mpa对应值计) ∴ΔL1=ΔL +（n－１）×（δh /Eh×L`） =135+(2－1) ×5.4=140.4mm ΔL2=ΔL=135mm ∴σσ

张拉控制应力 相应伸长值

即：第一束筋： 1042.5Mpa 140.4mm

第二束筋： 1042.5Mpa 140.4mm

同YWJA-27-2的计算原理过程，可计算出YWJA-24-2的数值：

YWJA-24-2 张拉控制应力 相应伸长值 第一束筋： 1070.2Mpa 132mm 第二束筋： 1032。3Mpa 127mm

说明：张拉时，可实际测量构件砼压缩情况，测得实际数修正。

K1=(L1/Δ

L) ×σK=(140.4/135)×1002.4=1042.5Mpa

K2=σK=1002.4Mpa

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五、工艺和工艺流程：

（一）屋架后张法施工总工艺流程图

图纸会审平整、夯实场地场地布置及设计钢筋试验钢筋分析及加工地胎模制作绑扎构件钢筋胎模刷隔离剂及铺薄膜图2安装构件模板安装芯管及铁件不合格模板内侧刷隔离剂芯管件的采购及加工送原材料做砼配比试验下达施工砼配合比检查钢筋及构件尺寸合格捣制构件混凝土抽芯管构件养护制作砼试块R28报告制作或修整模板钢筋（束）检查试验预应力筋钢丝束制作穿入预应力钢筋丝束就位锚具就位灌浆配合比试验拆除模板检查构件质量合格清洗预留张拉孔预应力筋束张拉及锚固孔道清洗、管浆构件端头剪丝锚固端头砼封闭及养护构件吊装达标制作试块100%设计强度达到试块试压张拉机具校验制作试块

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（二）关键工艺： 1、成孔工艺

屋架制作时，预留孔道可预埋波纹管方法，或采用φ50胶皮管，在捣制砼前，波纹管或胶皮管必须固定在正确位置上（预先用φ6或φ4钢筋按预留孔道的位置、数量、尺寸要求焊成一网片支架，间距宜在1m至1.5m放一个，并将其与周围结构钢筋点焊牢固，再穿入波纹管或胶皮管）。安装牢固后，一定要从一端能通视另一端，并呈圆形亮光，否则必必须须重新安装调直，方可进行砼捣制。若采用无缝钢管或胶皮管成孔，浇注砼之前预先在无缝钢管或胶皮管表面涂抹一层润滑剂。在捣制砼时，注意观察预埋管是否位移，若有位移现象，必须挖出部分砼记性纠正，再继续捣制。一榀屋架宜在3h以内捣制完砼。在捣制完砼3~5后，即砼初凝后，抽出波纹管或胶皮管，时间一定要控制好。

2、张拉工艺

（1）现场张拉机具及设备的布置见（图3、图4）：

1000高压油泵机高压油泵机10001500张拉机2000贮浆桶张拉机水泥浆搅拌机压浆机2000500张拉设备平面布置图

图3柳州铁路局工程处建筑工程段

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0.5t手动葫芦屋架锚环第一榀第二榀第三榀第四榀自制三脚架张拉机300950950张拉设备侧面布置图图4 （2）张拉机具校验：

油压千斤顶的作用力一般是直接用油压表测定。油压表上的指示读数是油缸内单位油压，在理论上可以计算出其相应顶力。然而，油缸与活塞之间有摩阻力，因此，作用前必须送计量所校验。一般测三次，取平均值，即求得油压千斤顶的实际作用力与油压表之间的对应关系。必须注意，应将千斤顶及配套使用的油泵、油压表一并进行校验，并配套编号使用。

（3）预应力钢丝束编束工艺： I、钢丝试验检查：

首先对钢丝的外观、直径、质量进行检查，把直径超出±0.1mm的钢丝剔出，并将有生锈脱皮的另行堆放标识，以免误用。然后对钢丝进行抽样试验，试验其抗拉强度、屈服强度、破坏强度、冷弯性能、弹性模量Eg、伸长率等指标是否合格，反复弯曲次数是否达到，不合格的钢

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丝不使用。若发现有不合格的钢丝、应逐盘试验。

II、编束：

按计算好的钢丝长度（L）下料，用破坏钳剪断编束，严禁用气割或焊割。按设计所需的钢丝数，在平整的地坪上依次摆放。先将钢丝一头在挡板上对齐，用一分丝梳从一端向另一端梳通钢丝，并同时从一端0.5m处开始用两根φ0.7mm铅丝编扎成束，按图5要求逐步向另一端编扎，直至距另一端0.5m处位为止。

III、捆扎成束后，在前进端套上套筒，推入孔道中纪委。两端外露75cm以上。

挡板φ0.7mm铅丝编束φs5钢丝5005007003000@3000下料长度L13000700500φ0.7mm铅丝捆绑成束下料长度L1钢丝编束工艺简图图5 Ⅳ、张拉前的检查、清理工艺：

a、送屋架制作的砼试块试压，其强度达到该构件设计强度登记100%

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时，方可张拉；

b、张拉前对构件的几何尺寸、砼捣制质量、孔道位置是否正确和合格，孔道是否畅通，灌浆孔是否满足施工要求，构件端部预埋铁板是否正确等等。必须进行全面检查。构件上如发现裂纹、蜂窝及损伤等情况时，应划出标记，并采取可靠措施，妥善修补后，方可进行张拉。

Ⅴ、锚夹具的检验

所有锚具应按设计要求进行检验，看是否有合格证并进行外观检查，看有无裂纹、变形或损伤情况，检查合格后，用煤油或汽油擦净油污及脏物，再进行使用。

Ⅵ、孔道端分中

在每一孔道两端必须认真分孔中线，用红铅笔正确画出锚环的位置，不得有丝毫偏差。孔道偏小或偏歇应加工标准，以免张拉时损伤钢丝。

Ⅶ、张拉机及钢丝的清洁

所张拉有锚固处的钢丝，必须要干燥、干净。张拉机插销应经常吹刷，使其凹槽处同样保持无锈、无砂、无杂质。

（三）、张拉工艺

1、总体张拉程序是从最上面一榀开始，逐步张拉至最下面一榀（一般为四榀叠层生产，平逐层加大超张拉里，最上一榀超张拉103%σK，最下一榀超张拉105%σK。

2、装销程序：

（1）锚环套入要张拉的钢丝束中，并与预先画好的在屋架上的锚环圈吻合，并检查是否完全对中；

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（2）被中套套入钢丝束中，与锚环相接； （3）把锚环放入钢丝束中，靠近锚环；

（4）张拉机就位，其重心刚好能使其顶端顶住被中套，并保持为水平状态为最佳；

（5）开动油泵，大缸进油，使千斤顶大缸行走5~8cm，然后停机； （6）把钢丝束端部的钢丝逐一解开，并按顺序逐一放入张拉机销槽中，避免钢丝扭曲和交叉混乱。

（7）分别插入插销，并用铁锤轻击二次，使插销固定在锚环孔内。在锤击时力度要均匀，不得漏打或超打。

3、单束筋张拉程序

预拉 超张拉 持荷2min以上 顶锚 0 10%σK 105%σK 60%σK

标记初始位置 记录相应伸长值班室 顶锚力 （1）预拉：预拉的目的是调整每根钢丝的长度一致。开动油泵，使千斤顶大缸进油，将钢丝束拉出一小段长度。当左油压表读数值达10%σ

K

时，检查每根钢丝的张拉长度是否一致。如发现有读一致则表明有

滑丝松动现象，此时应回油使左油表读数回零，退下松动楔块重装，调整打紧重拉。

（2）超张拉：

预拉完后，在打销处上的钢丝逐一用红笔画一圈，作为初始位置标记。然后开动油泵，使千斤顶大缸进油，左油表行走速控制在1圈/min，上到103%～105%σ

K

位置为止，然后停止进油，并分别量出两端的钢

丝伸长值，取其之和，看是否在理论计算伸长值范围内，若是，则待停

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2~5min持荷，压力表读数不低于相对应的σ即可进行顶锚。K读数值时，

若发现伸长值不符，则应查明原因方可进行下道工序。

（3）顶锚：顶锚时，关闭大缸油路，小缸进油，使小缸活塞猛顶锚塞，将钢丝锚塞，顶锚力宜为60%σk，顶锚力在右油表上反应出来。然后大小缸同时回油，楔块自动退出。不宜用硬物分块顶出，取出千斤顶，同时注意是否有滑丝现象，但滑丝超出3%时，则须退出重拉。

（四）孔道灌浆工艺：

张拉束钢丝检查→水泥浆配合比确定→搅拌水泥浆→灌浆操作→试块制作→清洗整理。

1、灌浆之前，对所要灌的孔道用手电筒从两端向里观察，同时观察锚环外的钢丝记号，看是否有少丝、断丝、滑丝情况，若发现有少丝、断丝、滑丝等超过3%的数量则应重新在该束装上张拉机再超张拉后退出该束。其方法是：在一端上超张拉，加力要慢，一般若张拉到75~90%σ

k

时，钢丝束会把锚塞拉出一点，然后迅速从被中套的观察缝插入一

根φ8的钢筋（大号起子最佳），顶住锚塞，再减少张拉力，使钢丝束回缩一小段，注意尽量把锚塞卡住，不能让钢丝把它带回原位。然后又继续拉出一段，退回一段，方法同第一次一样，连续几次，即可全部卸下，然后再换一束，换锚重拉。

2、水泥浆配合比宜用51.7Mpa普通硅酸盐水泥，水灰比=0.33~0.36，并加1/1000的100~300铝粉作为膨胀剂，其膨胀率为4.26%。再加0.3%的减水剂FDN-1000，或按设计要求，送料到试验室确定。

3、搅拌水泥浆

按配合比逐一半料送搅拌机中，要求严格计量，搅拌均匀。

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4、灌浆操作：

（1）先开压浆机试机一次，看是否运转正常，并加入清水入机中，冲洗孔道。

（2）正式上浆进行灌浆，灌浆时宜从构件中部的灌浆孔灌入，再向两端移动。或从一端灌浆。灌浆前，准备好木塞、棉纱等堵塞物。

（3）灌浆机的施加的压力开始时小些，然后逐渐加大，并稳定在0.4~0.5Mpa。当构件两端的排气孔排除空气→水→稀浆→浓浆时，将其逐一堵塞。最后一洞堵完后，压浆机须稍加大压力，再待5秒钟后拔出喷嘴，并立即用木塞堵住。

5、试块制作：

每次灌浆须做2组7.07*7.07*7.07cm3的试块，以便测定其强度及作为竣工资料存档。

6、清洗整理：

灌完浆后，随即用清水装入贮浆斗中，将灌浆机及胶管中得不偿失水泥浆冲洗干净，同时，将构件表面残留的水泥浆冲洗干净。

（五）端头封闭：

灌完浆第二天后，即可剪断外留多余钢丝（注：切记不可用氧焊或电焊切断，以免造成应力损失）锚具外最少留50mm长，根据设计要求而定，并用C40细石砼封闭保护端头锚具及钢丝头。

（六）吊装：

吊装作业必须有响应的吊装方案，并报上级部门审核同意后再实施。

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六、机具设备

1、一个工作点所需的主要机具设备表 附表2

顺号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 机具设备名称 油压千斤顶 电动油泵 钢质锥形锚具 压浆机 水泥浆搅拌机 手拉葫芦 千斤顶三角架 砼搅拌机 交流电焊机 型号及规格 YZ—85型 ZB4—500型 GE5—24 1.0~1.5Mpa 250L 0.5t H=2.7m J250 Z5—300 4KW 40mm GJ40A 10A 单位 台 台 套 台 台 个 个 台 台 台 台 台 台 数量 2 2 8 1 1 2 2 2 1 1 1 2 1 1 生产厂家 柳州建筑机械厂 柳州建筑机械厂 柳州建筑机械厂 柳州建筑机械厂 柳州建筑机械厂 自制 四川建筑机械厂 上海电焊机厂 北京任免机器厂 江苏江阴工程机械厂 桂林市振动器厂 上海建筑机械制造厂 杭州工程机械厂 10 钢筋弯曲机 11 钢筋切割机 12 砼振动器 14 钢筋调直机 13 QU32履带式吊机 SM—87 GTJ4/14 7.5KW 台

2、主要设备的技术性能

YZ—85型千斤顶技术性能表： 附表3 额定油压 Mpa 46 额定顶压行程 mm 2 主缸张拉活塞面积 cm188.69 主缸张拉回程油压面积 cm2 850 主缸张拉回程退楔力 250 配用油泵 86.59 用油品种(机油) KN 额定张拉力 额定张拉行程 kN mm ZB4500型 20#(冬)30#夏 2副缸顶压活塞面积 cm

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顶压力

kN 390 整机净重 Kg 125 ZB4型电动油泵技术性能(500型) 附表4

直径 行程 个数 泵转数 理论排量 恒定压力 恒定排量 mm mm 个 转/分钟 mL/转 Mpa L/分 10 6.8 2*3 1430 3.2 500 2*2 出油嘴数 油箱容量 自重 外形尺寸(l*b*h) 用油种类 电型号 动功率 机 转数 个 L kg mm 2 42 120 752*494*1052 10#或20#机油 Y100 L2-4 Kew 转/分钟 3 1430 3、GE5—24型钢质锥形锚具的性能：

本锚具采用45号钢制作，使用于锚固以锥锚式千斤顶YZ—85型配套使用，可锚每束12~24根φS5或φS4钢丝。也可根据所张拉的预应力筋（束），选用锚具的尺寸、型号、或其他锚、夹具。 七、质量要求

后张法预应力屋架施工质量要求包括：质量标准、质量控制、质量检查等三大方面，确保这三大方面，才能创出优良的施工质量来。

1、本工法质量标准按《钢筋砼工程施工及验收规范》为标准； 2、本工法质量控制重点在以下几个方面： （1）各种材料的合格证及试验报告齐全；

（2）有各种配合比选择试验报告，配合比应严格执行，派专人负责计量工作；

（3）必须派专人对预应力构件的砼养护，开始2h浇一次水，以后

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逐渐减少，但保证每天不少于3次，直到14天后为止；

（4）砼捣制及罐浆，均须在5℃以上施工； （5）张拉机操作人员必须经过培训，方能上岗；

（6）张拉机及配套压力表，使用必须有正规试验室出示的校验报告，即张拉力与压力表的相应读数值；

（7）将预应力筋（束）的每束的各张拉值及相应的压力表读数值及理论伸长值一并填写在附表4、附表5中，并在张拉时，按要求填好此表，附表5、附表6作为质量保证资料纳入竣工资料。

3、质量检查方面：

均以国家标准、规范及设计要求进行严格检查，对于不合格的工序产品，坚决给予返工，现场的质量检查工作须由专职质量检查工程师和监理工程师签证后，方可进行下一道工序施工。 八、劳动组织

后张法施工的各工序定员人数，与现场工程数量、计划进度、各工作工人熟练程度等有关。我们以一个工作点两套张拉设备对拉的施工方案进行，对后张法施工11榀27m、11榀14m屋架所须的人机等劳动力组织及设备配用的安排如附表7所示。 九、安全措施

各工种必须按柳局《劳动安全》手册规定的条例遵守、实施，同时遵守有关设备所规定的安全技术措施要求。由于本工法具有它的特殊性，还必须重点注意以下的安全措施，做到胆大心细、责任心强、严格遵守：

1、操作高压油泵人员要戴防护眼镜，防止油管破裂及接头处喷油

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伤眼；

2、张拉时两端头正立面严禁站人，并在两侧用挡板防护。开机操

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张 拉 程 序 表附表5

张拉机编号：张拉单位：张拉时间：K K工程名称：张拉操作员：数值审核：σ顶锚0 10%σK 105%σ预拉调整楔块刻标记在钢丝上读伸长值超张拉持荷2分钟以上张拉数值计算：预制构件型号：柳州铁路局工程处建筑工程段

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钢丝顺构件束张序编号拉顺序号读数值60%σK顶锚力备注(正常与否)张拉力左压力表读数张拉力左压力表读数张拉力左压力表读数张拉力左压力表读数张拉力左压力表读数顶锚力右压力表读数顶锚力右压力表读数顶锚力右压力表读数顶锚力右压力表读数顶锚力右压力表读数注:YZ千斤顶编号: ZB4—500型电动油泵编号： 油压表编号左： 右： 校验日期：19

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预应力张拉记录报告表工程名称：预应力构件型号：“双控”张拉记录表构件编号钢丝束张拉顺序号钢丝规格实际张拉力压力表读数张拉力理论计算张拉时伸长值实测(+10%、-5%）一端伸长值另一端伸长值合计伸长值张拉时间张拉时砼强度附表-10报告日期：张拉后灌入水泥浆时间备注张拉机操作人员:读数记录人员:工程技术负责人:工程施工负责人:

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附表—7后张法屋架施工人、机安排统筹表1主要施工场地项目平整主要人员机械混凝土工木工钢筋工电焊工张拉机操作人员综合工普通工10人钢筋弯曲机、切割机各一台振动器一台电焊机一台砼搅拌机、振动器各一台1人1人1人4人4人2人油牙千斤顶、电动油泵各二台水泥搅拌机、压浆机各一台6人2人履带吊一台6人2人2钢筋加工3小型拼装构件制作4人6人6人4安装构件模板5绑扎构件钢筋6波纹管铁件预埋7捣制构件砼8抽芯管及留置灌孔9构件养护10拆除模板11清理孔道12预应力筋张拉及锚固14锚固端砼封闭及养护8人3人1人13孔道灌浆及清洗15注构件吊装124人1人人2人3人机械设备

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