葉 青 楊秀杰 鄭志遠

1.中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024；2.南京工業(yè)大學建筑設計研究院 南京 210009

1 體內(nèi)外同索預應力結(jié)構(gòu)優(yōu)點

體內(nèi)外同索預應力混凝土結(jié)構(gòu)是將新增承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(jié)構(gòu)采用預應力結(jié)構(gòu)，將無黏結(jié)預應力筋布置于主跨本體之內(nèi)，并將無黏結(jié)鋼絞線延伸出，繞過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根完整的預應力筋一部分存在于新增承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(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)外同索預應力筋布置示意

通過計算分析和施工過程合理布索，體內(nèi)外同索預應力混凝土結(jié)構(gòu)能滿足新增承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(jié)構(gòu)的受力要求，并具有以下優(yōu)點：

1）可以做到對相鄰梁負彎矩增量進行加固；

2）承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(jié)構(gòu)帶來了新的內(nèi)力變化，體內(nèi)外同索預應力混凝土結(jié)構(gòu)解決了既有結(jié)構(gòu)安全儲備下降的問題；

3）由于采用預應力結(jié)構(gòu)，梁高可以做小，而且解決了節(jié)點錨固和梁柱節(jié)點的施工縫控制問題，提高了構(gòu)件的抗裂性；

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

2 體內(nèi)外同索預應力結(jié)構(gòu)施工技術

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

新增承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(jié)構(gòu)預應力筋布置于主跨本體之內(nèi)，非預應力筋通過兩端植筋技術錨固在柱子上，植筋時將柱保護層鑿除，露出柱子縱向主筋，避免植筋施工時損害柱主筋[1,2]。

植筋的工藝流程：基面清理→畫定位線→鉆孔→清孔，孔徑、孔深驗證→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。

預應力筋穿束既可在澆筑混凝土之前也可在其之后，但應采取適當措施，保證混凝土澆筑、養(yǎng)護中鋼束不被銹蝕，波紋管內(nèi)無異物。在錨固段混凝土強度達到張拉設計強度后張拉體外預應力筋束。

2.2 體內(nèi)外同索預應力筋施工

體內(nèi)外同索預應力筋施工流程主要有：下料、預應力筋編號→鋪放預應力束、定位→澆筑新增梁混凝土并養(yǎng)護→安裝體外轉(zhuǎn)向裝置及錨固墊板→張拉并記錄→控制設計值和伸長值，復核張拉值→放張、切筋，張拉端和錨固端封錨。

1）無黏結(jié)預應力筋的下料長度應滿足張拉錨固要求，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)或擴大截面結(jié)構(gòu)和既有梁體上標出控制點，然后在綁扎好的鋼筋籠上焊接好定位筋，保證預應力筋的線形和設計一致，用扎絲將預應力筋綁扎在定位筋上。螺旋筋與體內(nèi)束轉(zhuǎn)體外轉(zhuǎn)向塊裝置也一并預埋在梁體內(nèi)。

2）預應力筋張拉應實行雙控，即張拉力及伸長值雙控方法。由于預應力筋錨固在原有結(jié)構(gòu)物上，故應嚴格控制張拉力。為確保質(zhì)量，在確定張拉力的同時，也應校核預應力鋼絞線的伸長值。預應力鋼絞線的實際伸長值，宜在初應力的10%時開始測量，但必須加上初應力以下的推算伸長值，并扣除混凝土構(gòu)件在張拉過程中的彈性壓縮值。在需要錨固的位置安裝張拉墊板，并將無黏結(jié)預應力筋的端頭剝掉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，一般采用高強微膨脹灌漿料澆筑。

3）張拉時對稱梁中線張拉預應力筋，兩端同時張拉，每束鋼絞線斷、滑絲不超過1根，且每個截面斷絲之和不超過該截面鋼絲總數(shù)的1%；實際張拉伸長量和理論伸長量的誤差在-6%～6%之間。體內(nèi)外同索混凝土結(jié)構(gòu)的預應力筋均錨固在事先沒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應力梁要差一些。再加上體外部分預應力索彎折較多，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行，張拉控制應力建議取σcon=（0.60～0.70）fptk。

4）張拉完畢，退銷時應采取安全防護措施，人工拆卸銷子，不得強擊，對張拉施錨兩端應妥善保護，不得壓重物。在新增承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(jié)構(gòu)管道尚未灌漿前，梁端應設圍護和擋板。割除錨外鋼絞線，保證伸出錨板后30 mm，采用砂輪切割機切割，切割應采用取降溫措施，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)或擴大截面結(jié)構(gòu)管道壓漿前，應沖洗清除孔道內(nèi)的有害材料，并用高壓風吹干，保證孔道暢通，錨塞周圍鋼絞線的間隔應用水泥砂漿填塞，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，封閉出漿口，并保壓1 min，隨后，關閉進漿口，使水泥漿在有壓力狀態(tài)下凝結(jié)，以保證壓漿充分密實。

2.3 體內(nèi)外同索預應力筋體內(nèi)束轉(zhuǎn)體外轉(zhuǎn)向塊裝置

無黏結(jié)預應力筋由體內(nèi)新增承載結(jié)構(gòu)或擴大截面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體外既有結(jié)構(gòu)時，一般會沿體內(nèi)預應力筋出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折偏角。在此轉(zhuǎn)折處局部區(qū)域?qū)⒁疠^大的拉應力，張拉應力過大會造成結(jié)構(gòu)開裂，為解決這一問題，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)或擴大截面結(jié)構(gòu)中預留一個三角形作后澆筑，并布置長100～200 mm的螺旋筋，將預應力筋套箍著，待混凝土結(jié)構(gòu)強度達到設計要求的張拉強度時，張拉預應力筋。體外預應力加固梁，一般采用扁擔式轉(zhuǎn)向裝置，所有預應力筋均采用扁擔式錨固端板錨固在相應位置，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)外同索預應力筋繞柱措施

體內(nèi)外同索預應力結(jié)構(gòu)預應力筋端部一般錨固在柱端或相鄰梁的底部，預應力筋需繞過柱子，當梁寬與柱寬相差不大時，可在柱上沿預應力筋走向開槽，鑿除柱混凝土保護層，將預應力筋布置在槽內(nèi)，此種情況施工較簡單。而當柱寬與梁寬相差較大時，若仍按此做法，則會造成預應力筋的水平彎折過多，預應力損失大，且轉(zhuǎn)向區(qū)域容易造成結(jié)構(gòu)開裂，故需在柱上鉆孔將預應力筋穿過，打孔對施工人員作業(yè)水平要求較高，施工復雜且容易造成廢孔。

3 工程應用實例

3.1 工程概況

某影院工程內(nèi)部改造項目，擬在原結(jié)構(gòu)3層、4層處設置影院，3層、4層為了擴大使用空間，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)外同索預應力加固框架主梁工藝流程

按照圖1完成擴大截面梁施工后，預應力筋孔預留在擴大截面梁體內(nèi)。

圖2 抽柱平面示意（圓圈為抽除柱）

3.2.1 放線、錨固板、護角塊、轉(zhuǎn)向塊加工

當建筑物對室內(nèi)凈高有要求時，預應力鋼絞線應盡量隱蔽。根據(jù)圖及現(xiàn)場實際情況用墨線定位。錨固板、護角塊、轉(zhuǎn)向塊尺寸根據(jù)設計要求結(jié)合現(xiàn)場實際情況下料制作。本工程預應力錨固端在梁底及梁頂，鋼絞線從梁穿出時會與梁表面產(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，同時也增強了錨固板的抗彎能力。護角塊、轉(zhuǎn)向塊邊角磨圓，避免對鋼絞線產(chǎn)生損傷，并涂刷防銹漆。

3.2.2 錨固位置開孔、穿索、布置轉(zhuǎn)向塊和護角塊

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)梁跨度估算預應力鋼絞線下料長度，將鋼絞線兩端穿過斜孔，并進行梁端錨固（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 分級張拉錨固、封錨

本工程設計要求張拉控制應力σcon=0.60fptk，使用油壓千斤頂進行張拉施工。張拉前，應根據(jù)千斤頂標定的回歸公式計算張拉控制應力設計值所對應的油壓表讀數(shù)。在張拉過程中，應測量記錄鋼絞線的收縮量與儀表盤讀數(shù)，并實施分級張拉，最后進行封錨。

3.2.4 鋼絞線隱蔽施工

對于經(jīng)過防腐處理的帶有套管的鋼絞線（無黏結(jié)預應力鋼絞線），可直接采用1∶2水泥砂漿粉刷保護。對于無套管保護的鋼絞線（有黏結(jié)預應力鋼絞線），應采用環(huán)氧樹脂封閉、拍干砂的方式進行防腐防銹處理后，再粉刷砂漿。本工程采用1860級φ15.20 mm低松弛有黏結(jié)預應力鋼絞線，當氣溫較低時，環(huán)氧樹脂不易與鋼絞線粘連，所以在刷環(huán)氧樹脂前需進行加熱處理。

3.3 質(zhì)量、安全控制措施

1）張拉前，應仔細檢查錨具、夾片及油管的完整性能，壓力表應按規(guī)定周期進行檢定，應檢查混凝土強度，必須達到設計要求強度后方可進行張拉，發(fā)現(xiàn)問題及時改進處理。

2）張拉作業(yè)時，千斤頂后面不得站人，以防預應力鋼絞線拉斷或裂斷釀成重大的事故，且千斤頂正前方應設置專門的防護結(jié)構(gòu)，防止夾片或鋼絞線飛出傷人。若出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應立即停機進行檢查。

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，應仔細檢查壓漿管道接頭處牢固情況，防止壓漿過程中管道爆裂，造成意外。

5）所有壓漿作業(yè)人員應按要求佩戴好防護眼鏡、穿好防護服。

6）水泥漿的強度應符合設計的強度要求，水泥漿稠度控制在14～18 s之間，通過實驗確定，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)時間，視氣溫情況而定，不得超過40 min，在這個時間內(nèi)應不斷攪拌水泥漿。壓漿后48 h內(nèi)，必須保證構(gòu)件溫度不低于5 ℃。當氣溫高于35 ℃時，壓漿宜在夜間進行[6,7]。

7）壓漿作業(yè)時，出漿口正前方嚴禁站人，且每一工作班應留取不少于3組邊長為70.70 mm的立方體試件，標準養(yǎng)護28 d，檢查其抗壓強度，作為評定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。

3.4 施工效果分析

為擴大結(jié)構(gòu)使用空間，將原結(jié)構(gòu)框架柱抽除后，通過采用體內(nèi)外同索預應力混凝土技術，既使結(jié)構(gòu)空間的使用面積得到擴大，又克服了擴跨引起的已有結(jié)構(gòu)安全儲備降低的問題，同時還避免了對原有結(jié)構(gòu)進行的大量加固工作，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益，該項技術的應用得到了業(yè)主和有關專家的一致認可和好評。

4 結(jié)語

體內(nèi)外同索預應力混凝土技術是在結(jié)構(gòu)加固改造實踐過程中經(jīng)過探索而發(fā)現(xiàn)的一種新結(jié)構(gòu)形式，通過新增承載結(jié)構(gòu)（或擴大截面結(jié)構(gòu)）、體內(nèi)外同索預應力筋施工要求、轉(zhuǎn)向塊裝置設置、體內(nèi)外同索預應力筋繞柱措施等施工關鍵技術，解決了常規(guī)加固施工中新增框架梁在局部區(qū)域內(nèi)的錨固相對集中、層高受到限制、植筋梁過多、普通加固抗裂性差等缺點。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特的優(yōu)越性，為使其在結(jié)構(gòu)施工中更好地推廣應用，還需大量的理論研究和試驗工作來完善該種結(jié)構(gòu)的設計和施工。