體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在施工中的應(yīng)用

葉 青 楊秀杰 鄭志遠(yuǎn)

1.中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司 北京 100024；2.南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院 南京 210009

1 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是將新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，將無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋布置于主跨本體之內(nèi)，并將無(wú)黏結(jié)鋼絞線延伸出，繞過(guò)柱邊去加固已建好相鄰跨承載結(jié)構(gòu)的主跨，端部分別錨固于柱側(cè)，這種做法使1根完整的預(yù)應(yīng)力筋一部分存在于新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)之內(nèi)，另一部分則加固相鄰跨承載結(jié)構(gòu)，置于原有梁體外，如圖1所示。

圖1 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋布置示意

通過(guò)計(jì)算分析和施工過(guò)程合理布索，體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)能滿足新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)的受力要求，并具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可以做到對(duì)相鄰梁負(fù)彎矩增量進(jìn)行加固；

2）承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)帶來(lái)了新的內(nèi)力變化，體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)解決了既有結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備下降的問(wèn)題；

3）由于采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，梁高可以做小，而且解決了節(jié)點(diǎn)錨固和梁柱節(jié)點(diǎn)的施工縫控制問(wèn)題，提高了構(gòu)件的抗裂性；

4）由于采用了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)的非預(yù)應(yīng)力筋相應(yīng)減少，植筋的質(zhì)量可以得到保證。

2 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

2.1 新增承載結(jié)構(gòu)（或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)）施工

新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋布置于主跨本體之內(nèi)，非預(yù)應(yīng)力筋通過(guò)兩端植筋技術(shù)錨固在柱子上，植筋時(shí)將柱保護(hù)層鑿除，露出柱子縱向主筋，避免植筋施工時(shí)損害柱主筋[1,2]。

植筋的工藝流程：基面清理→畫(huà)定位線→鉆孔→清孔，孔徑、孔深驗(yàn)證→干燥清孔→清洗鋼筋→配膠→向孔內(nèi)灌膠→向孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)插筋→固定養(yǎng)護(hù)。

預(yù)應(yīng)力筋穿束既可在澆筑混凝土之前也可在其之后，但應(yīng)采取適當(dāng)措施，保證混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)中鋼束不被銹蝕，波紋管內(nèi)無(wú)異物。在錨固段混凝土強(qiáng)度達(dá)到張拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉體外預(yù)應(yīng)力筋束。

2.2 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋施工

體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋施工流程主要有：下料、預(yù)應(yīng)力筋編號(hào)→鋪放預(yù)應(yīng)力束、定位→澆筑新增梁混凝土并養(yǎng)護(hù)→安裝體外轉(zhuǎn)向裝置及錨固墊板→張拉并記錄→控制設(shè)計(jì)值和伸長(zhǎng)值，復(fù)核張拉值→放張、切筋，張拉端和錨固端封錨。

1）無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的下料長(zhǎng)度應(yīng)滿足張拉錨固要求，下料采用砂輪鋸切割，并且采取水冷措施。在新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)和既有梁體上標(biāo)出控制點(diǎn)，然后在綁扎好的鋼筋籠上焊接好定位筋，保證預(yù)應(yīng)力筋的線形和設(shè)計(jì)一致，用扎絲將預(yù)應(yīng)力筋綁扎在定位筋上。螺旋筋與體內(nèi)束轉(zhuǎn)體外轉(zhuǎn)向塊裝置也一并預(yù)埋在梁體內(nèi)。

2）預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)實(shí)行雙控，即張拉力及伸長(zhǎng)值雙控方法。由于預(yù)應(yīng)力筋錨固在原有結(jié)構(gòu)物上，故應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力。為確保質(zhì)量，在確定張拉力的同時(shí)，也應(yīng)校核預(yù)應(yīng)力鋼絞線的伸長(zhǎng)值。預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值，宜在初應(yīng)力的10%時(shí)開(kāi)始測(cè)量，但必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長(zhǎng)值，并扣除混凝土構(gòu)件在張拉過(guò)程中的彈性壓縮值。在需要錨固的位置安裝張拉墊板，并將無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的端頭剝掉30～40 cm的外包層，套上夾片式錨具。張拉前應(yīng)清理承壓面，并檢查承壓板后的混凝土質(zhì)量，一般采用高強(qiáng)微膨脹灌漿料澆筑。

3）張拉時(shí)對(duì)稱梁中線張拉預(yù)應(yīng)力筋，兩端同時(shí)張拉，每束鋼絞線斷、滑絲不超過(guò)1根，且每個(gè)截面斷絲之和不超過(guò)該截面鋼絲總數(shù)的1%；實(shí)際張拉伸長(zhǎng)量和理論伸長(zhǎng)量的誤差在-6%～6%之間。體內(nèi)外同索混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋均錨固在事先沒(méi)有配置螺旋筋或鋼筋網(wǎng)片的原結(jié)構(gòu)上，即使后加錨固板，原結(jié)構(gòu)由于碳化、局部損傷等原因，其局部承壓能力也比普通預(yù)應(yīng)力梁要差一些。再加上體外部分預(yù)應(yīng)力索彎折較多，故張拉力不宜太大，宜采取兩端分批張拉，其張拉順序按分類順序進(jìn)行，張拉控制應(yīng)力建議取σcon=（0.60～0.70）fptk。

4）張拉完畢，退銷(xiāo)時(shí)應(yīng)采取安全防護(hù)措施，人工拆卸銷(xiāo)子，不得強(qiáng)擊，對(duì)張拉施錨兩端應(yīng)妥善保護(hù)，不得壓重物。在新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)管道尚未灌漿前，梁端應(yīng)設(shè)圍護(hù)和擋板。割除錨外鋼絞線，保證伸出錨板后30 mm，采用砂輪切割機(jī)切割，切割應(yīng)采用取降溫措施，如用石棉繩浸濕纏裹其根部，或用清水澆其根部。

5）在新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)管道壓漿前，應(yīng)沖洗清除孔道內(nèi)的有害材料，并用高壓風(fēng)吹干，保證孔道暢通，錨塞周?chē)摻g線的間隔應(yīng)用水泥砂漿填塞，以免冒漿而損失灌漿壓力。

6）采用“一次壓注法”，由一端向另一端壓漿，待另一端出濃漿時(shí)，封閉出漿口，并保壓1 min，隨后，關(guān)閉進(jìn)漿口，使水泥漿在有壓力狀態(tài)下凝結(jié)，以保證壓漿充分密實(shí)。

2.3 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋體內(nèi)束轉(zhuǎn)體外轉(zhuǎn)向塊裝置

無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由體內(nèi)新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體外既有結(jié)構(gòu)時(shí)，一般會(huì)沿體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折偏角。在此轉(zhuǎn)折處局部區(qū)域?qū)⒁疠^大的拉應(yīng)力，張拉應(yīng)力過(guò)大會(huì)造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，為解決這一問(wèn)題，需增加轉(zhuǎn)折區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。先在新增承載結(jié)構(gòu)或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)中預(yù)留一個(gè)三角形作后澆筑，并布置長(zhǎng)100～200 mm的螺旋筋，將預(yù)應(yīng)力筋套箍著，待混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的張拉強(qiáng)度時(shí)，張拉預(yù)應(yīng)力筋。體外預(yù)應(yīng)力加固梁，一般采用扁擔(dān)式轉(zhuǎn)向裝置，所有預(yù)應(yīng)力筋均采用扁擔(dān)式錨固端板錨固在相應(yīng)位置，而現(xiàn)澆新增梁部分轉(zhuǎn)向裝置一般采用分離式轉(zhuǎn)向塊[3-5]。

2.4 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋繞柱措施

體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋端部一般錨固在柱端或相鄰梁的底部，預(yù)應(yīng)力筋需繞過(guò)柱子，當(dāng)梁寬與柱寬相差不大時(shí)，可在柱上沿預(yù)應(yīng)力筋走向開(kāi)槽，鑿除柱混凝土保護(hù)層，將預(yù)應(yīng)力筋布置在槽內(nèi)，此種情況施工較簡(jiǎn)單。而當(dāng)柱寬與梁寬相差較大時(shí)，若仍按此做法，則會(huì)造成預(yù)應(yīng)力筋的水平彎折過(guò)多，預(yù)應(yīng)力損失大，且轉(zhuǎn)向區(qū)域容易造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，故需在柱上鉆孔將預(yù)應(yīng)力筋穿過(guò)，打孔對(duì)施工人員作業(yè)水平要求較高，施工復(fù)雜且容易造成廢孔。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

某影院工程內(nèi)部改造項(xiàng)目，擬在原結(jié)構(gòu)3層、4層處設(shè)置影院，3層、4層為了擴(kuò)大使用空間，需將3層底板至4層頂板間的6根框架柱拆除。拆除后，4層頂板（屋面）跨度由原來(lái)的8.40 m增加到16.80 m，其抽柱平面如圖2所示。

3.2 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力加固框架主梁工藝流程

按照?qǐng)D1完成擴(kuò)大截面梁施工后，預(yù)應(yīng)力筋孔預(yù)留在擴(kuò)大截面梁體內(nèi)。

圖2 抽柱平面示意（圓圈為抽除柱）

3.2.1 放線、錨固板、護(hù)角塊、轉(zhuǎn)向塊加工

當(dāng)建筑物對(duì)室內(nèi)凈高有要求時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)盡量隱蔽。根據(jù)圖及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況用墨線定位。錨固板、護(hù)角塊、轉(zhuǎn)向塊尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況下料制作。本工程預(yù)應(yīng)力錨固端在梁底及梁頂，鋼絞線從梁穿出時(shí)會(huì)與梁表面產(chǎn)生斜角。在施工中采用在錨固板一端焊接鋼筋的方式使鋼絞線能夠與錨固板垂直，同時(shí)也增強(qiáng)了錨固板的抗彎能力。護(hù)角塊、轉(zhuǎn)向塊邊角磨圓，避免對(duì)鋼絞線產(chǎn)生損傷，并涂刷防銹漆。

3.2.2 錨固位置開(kāi)孔、穿索、布置轉(zhuǎn)向塊和護(hù)角塊

在梁側(cè)按照錨固板孔位鉆出與水平面成30～45°角的斜孔，根據(jù)梁跨度估算預(yù)應(yīng)力鋼絞線下料長(zhǎng)度，將鋼絞線兩端穿過(guò)斜孔，并進(jìn)行梁端錨固（圖3），梁底鋼絞線交叉（圖4），用錨具與錨固板固定。

圖3 梁端錨固

圖4 梁底鋼絞線交叉

3.2.3 分級(jí)張拉錨固、封錨

本工程設(shè)計(jì)要求張拉控制應(yīng)力σcon=0.60fptk，使用油壓千斤頂進(jìn)行張拉施工。張拉前，應(yīng)根據(jù)千斤頂標(biāo)定的回歸公式計(jì)算張拉控制應(yīng)力設(shè)計(jì)值所對(duì)應(yīng)的油壓表讀數(shù)。在張拉過(guò)程中，應(yīng)測(cè)量記錄鋼絞線的收縮量與儀表盤(pán)讀數(shù)，并實(shí)施分級(jí)張拉，最后進(jìn)行封錨。

3.2.4 鋼絞線隱蔽施工

對(duì)于經(jīng)過(guò)防腐處理的帶有套管的鋼絞線（無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線），可直接采用1∶2水泥砂漿粉刷保護(hù)。對(duì)于無(wú)套管保護(hù)的鋼絞線（有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線），應(yīng)采用環(huán)氧樹(shù)脂封閉、拍干砂的方式進(jìn)行防腐防銹處理后，再粉刷砂漿。本工程采用1860級(jí)φ15.20 mm低松弛有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，當(dāng)氣溫較低時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂不易與鋼絞線粘連，所以在刷環(huán)氧樹(shù)脂前需進(jìn)行加熱處理。

3.3 質(zhì)量、安全控制措施

1）張拉前，應(yīng)仔細(xì)檢查錨具、夾片及油管的完整性能，壓力表應(yīng)按規(guī)定周期進(jìn)行檢定，應(yīng)檢查混凝土強(qiáng)度，必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后方可進(jìn)行張拉，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)處理。

2）張拉作業(yè)時(shí)，千斤頂后面不得站人，以防預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉斷或裂斷釀成重大的事故，且千斤頂正前方應(yīng)設(shè)置專門(mén)的防護(hù)結(jié)構(gòu)，防止夾片或鋼絞線飛出傷人。若出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢查。

3）張拉完成后，鋼絞線不得使用明火切割，防止傷及鋼束及錨環(huán)后發(fā)生意外。

4）壓漿前，應(yīng)仔細(xì)檢查壓漿管道接頭處牢固情況，防止壓漿過(guò)程中管道爆裂，造成意外。

5）所有壓漿作業(yè)人員應(yīng)按要求佩戴好防護(hù)眼鏡、穿好防護(hù)服。

6）水泥漿的強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求，水泥漿稠度控制在14～18 s之間，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，水泥漿中可摻入適量的膨脹劑。水泥漿從拌制到壓入孔道的延續(xù)時(shí)間，視氣溫情況而定，不得超過(guò)40 min，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)應(yīng)不斷攪拌水泥漿。壓漿后48 h內(nèi)，必須保證構(gòu)件溫度不低于5 ℃。當(dāng)氣溫高于35 ℃時(shí)，壓漿宜在夜間進(jìn)行[6,7]。

7）壓漿作業(yè)時(shí)，出漿口正前方嚴(yán)禁站人，且每一工作班應(yīng)留取不少于3組邊長(zhǎng)為70.70 mm的立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，檢查其抗壓強(qiáng)度，作為評(píng)定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。

3.4 施工效果分析

為擴(kuò)大結(jié)構(gòu)使用空間，將原結(jié)構(gòu)框架柱抽除后，通過(guò)采用體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，既使結(jié)構(gòu)空間的使用面積得到擴(kuò)大，又克服了擴(kuò)跨引起的已有結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備降低的問(wèn)題，同時(shí)還避免了對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行的大量加固工作，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用得到了業(yè)主和有關(guān)專家的一致認(rèn)可和好評(píng)。

4 結(jié)語(yǔ)

體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)是在結(jié)構(gòu)加固改造實(shí)踐過(guò)程中經(jīng)過(guò)探索而發(fā)現(xiàn)的一種新結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)新增承載結(jié)構(gòu)（或擴(kuò)大截面結(jié)構(gòu)）、體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋施工要求、轉(zhuǎn)向塊裝置設(shè)置、體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力筋繞柱措施等施工關(guān)鍵技術(shù)，解決了常規(guī)加固施工中新增框架梁在局部區(qū)域內(nèi)的錨固相對(duì)集中、層高受到限制、植筋梁過(guò)多、普通加固抗裂性差等缺點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)體系在增加共享空間、增加樓層等建筑物結(jié)構(gòu)加固改造工程中有其獨(dú)特的優(yōu)越性，為使其在結(jié)構(gòu)施工中更好地推廣應(yīng)用，還需大量的理論研究和試驗(yàn)工作來(lái)完善該種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工。