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【摘 要】 本文提出了有粘结体外预应力的基本概念，讨论了有粘结体外预应力加固体系的施工工艺和施工关键技术，详细分析了体外筋张拉施工时的控制措施及在张拉过程中可能存在的异常情况。
【关键词】 有粘结；体外预应力；施工工艺；张拉
【中图分类号】 TU121.5 【文献标识码】 A 【文章编号】 1121-5123（2011）04-021-02
有粘结体外预应力有广义和狭义之分，广义的有粘结体外预应力指对原结构施加预应力，后加补强材料与原结构粘结后共同受力，两者之间通过粘结力共同工作，而对结构施加预应力不一定要是钢绞线或钢索。狭义的有粘结体外预应力是预应力混凝土结构的分支，是一种用完全位于混凝土截面以外的预应力钢束来对混凝土施加预应力后喷射高强抗拉砂浆，从而与原结构共同受力。有粘结体外预应力加固不同于其他加固方法的一个主要特点是主动加固，同时又是通过粘结力共同工作。
近几年来，随着体外预应力技术的发展，预应力加固技术的理论、工艺更趋完善，使用范围更为广阔。但体外预应力加固由于在活载作用的体外预应力筋的二次偏心矩效应会降低一部分承载力而且体外索的防腐更是重中之重，而有粘结体外预应力加固吸取了体外预应力加固和有粘结混凝土结构两者的优点，克服了体外预应力加固的缺点，是一种新型的加固方法，并广泛应用于桥梁等其它跨度较大的梁类结构。以下将主要探讨桥梁结构利用有粘结体外预应力进行加固的有关施工技术。
１ 有粘结体外预应力加固体系的基本构造
有粘结预应力加固体系属于主动加固的范畴，该加固主要通过设计特殊的锚垫板和一般的夹片式锚具，采用锚固于梁体上的小股钢绞线或小直径钢筋利用小型千斤顶对梁施加预应力，然后喷射具有一定抗拉性能的复合砂浆（ＨＴＣＭ），将预应力钢筋与被加固梁体粘结为一体，从而构成有粘结预应力加固体系.该体系根据受力分为体外预加力阶段和有粘结阶段。
２ 体外预应力筋的张拉
２.１ 张拉施工工艺。有粘结体外预应力加固按照施工过程可分为两个阶段，即体外施加预应力阶段和喷注高性能复合砂浆阶段。
体外施加预应力阶段可以用旋紧螺帽、端部用张拉千斤顶张或电热法张拉等手段完成。张拉补强加固的施工工艺为：
２.１.１ 打磨开锚：利用打磨机打磨锚固部位，以便于涂结构胶粘贴锚垫板，锚垫板一般１５～２０ｍｍ厚。
２.１.２ 钻孔：在锚固区域按设计要求钻螺栓孔，孔的位置要适当错开。
２.１.３ 粘贴锚垫板：涂抹结构胶粘贴张拉两端的锚固垫板或角钢。
２.１.４ 安装预应力钢筋：按设计要求安装预应力钢绞线，用夹片式锚具固定两端，使钢绞线处于自然下垂状态。
２.１.５ 除锈：钢绞线在张拉前一定要进行除锈，用丙酮对预张拉的钢绞线出去油污和铁锈。
２.１.６ 张拉：利用小型千斤顶对每片梁上的钢绞线分别进行张拉，张拉应保持均衡张拉。为减少张拉预应力的损失可采用分批张拉的方法或对称张拉，也可利用二次张拉的办法。张拉程序可简化为：
０→２０％初应力→８０％σｃｏｎ→１０５％σｃｏｎ
在预应力张拉加固施中必须注意横向各片主梁的共同作用使各片主梁的受力相互影响这一特点，当张拉后一片主梁时，前一片已张拉主梁的预应力筋的预应力值将减小。因此，需要对各片主梁进行反复补充张拉，以调整各主梁的预应力值，使各片主梁均达到设汁值。准确地控制预应力筋的预应力值，是体外预应力补强加固效果的关键。预应力值的控制方法有以下几种：①在预应力筋上贴应变片，测量钢绞线的应变；②直接测出张拉千斤顶压力表读数；③用测力扳手测定螺帽旋转力，或控制螺帽转数；④测量构件的上挠度。
２.２ 体外筋张拉阶段。
２.２.１ 锚具安装时原结构钢筋位置探测：在锚固区固定体外张拉筋的锚垫板和原结构的连接部位施工中需为锚固螺栓钻孔，在加固设计中仅根据原结构的设计图纸确定锚固及打孔位置是不够的。由于在施工中可能出现钢筋代换及钢筋施工位置偏差，都将为钻孔施工带来很大的麻烦。因此在放样施中必须探测钢筋位置，这一工作可借助于钢筋位置测定仪或混凝土保护层测定仪来完成。
２.２.２ 张拉体外筋施工时双控措施：在体外预应力张拉施工中一般采用控制张拉应力和控制预应力筋伸长量的“双控”措施。在体外预应力的张拉过程中考虑到预应力的损失，因此必须在施工中采取应力控制和伸长量力控制。
２.３ 张拉阶段异常情况分析。
２.３.１ 混凝土底板的凹凸不平可能会加大钢绞线与混凝土之间的摩阻，从而增大摩阻损失。
２.３.２ 布筋的影响：即设计的偏转角和安装时造成的偏转的影响。
２.３.３ 钢绞线退扭的影响：不同捻向的钢绞线连接在一起或“长线法”采用钢绞线单根张拉均可导致旋转退扭现象（张拉延伸增大）。
２.３.４ 弹性模量Ｅ：钢绞线弹性模量一般取（１９５±１０）ｋＮ／ｍｍ２ ，钢丝一般取（２００±１０）ｋＮ／ｍｍ２，也有都加大５ｋＮ／ｍｍ２的情况。准确地测试弹性模量是很难的，需要足够长的引伸计、软件以及经验。成束张拉时的行为与试验室的单根拉伸是不同的。
２.３.５ 屈服强度的变化：存放时如卷绕曲度过小，弯曲应力大于屈服点时可造成缓慢的屈服点下降，下降可能达到３～５％。
２.３.６ 钢的横截面积：在尺寸允许的范围内，钢材的实际横截面积与公称值通常是不同的。
２.３.７ 锚具的回缩：一端张拉时，应考虑固定端锚具的回缩对延伸的影响。
２.３.８ 其它因素。
３ 喷注高性能复合砂浆补强材料
３.１ 喷注砂浆的施工程序。喷注砂浆的施工程序可分为：搭设作业脚手架、受喷而清理凿毛、设置控制喷注厚度标志，钻孔和安装膨胀螺栓、挂设钢筋网、喷射砂浆、砂浆养生。
３.１.１ 受喷而清理凿毛：为了使喷射的砂浆与原结构之间有足够的粘结力，保证两种材料达到整体受力的设计要求，需对梁底进行清理和凿毛。清理时主要使用钢刷子、铁锤、小铲子等工具清除拱波上的油污、泥土及其它表面杂物，对拱波联结处己松散的勾缝也要清理；凿毛时使用电锤梁底面钻凿深度约 ５ｍｍ 的小坑，密度视原混凝上表面粗糙程度定。
３.１.２ 设置喷注厚度标志：由于喷注砂浆是由下向上喷，因此喷注厚度不易控制，为了很好控制的喷注砂浆的厚度，必须在喷注前设置标志，如挂螺杆标志厚度线，在梁体底面拉细铁丝或铝丝以保证喷注厚度在设计范围之内。
３.１.３ 钻孔和安装膨胀螺栓：钻孔前技术人员先测定孔位并用粉笔标出“十”，字记号。膨胀螺栓平面呈梅花形布置五排，排距和列距根据构造要求确定：钻孔采用出力大、钻孔速度快的ＺＩＣ－２２电锤及１２ｍｍ的钻头钻凿深度６ｃｍ的锚栓孔。膨胀螺栓起挂设钢筋网，加强新旧材料的结合和增大结合面抗剪能力，以达到新旧结构共同变形的重要作用。设计可采用直径为ｌ０ｍｍ带弯勾的厚壁高强度膨胀栓。锚入长度６ｃｍ，外露长度３～４ｃｍ。安装时用开口板手将螺帽拧紧至膨胀栓丝毫不动。
３.１.４ 挂设钢筋网：在砂浆较厚处（＞３ｃｍ）挂设钢筋网或细钢丝网片，从而防止由于水化热或砂浆的早期收缩造成微裂缝。钢丝网的重点部位在体外钢筋的锚固区域，该区域厚度较厚，大体积喷注造成的水化热不易散失容易产生早期裂缝。
３.１.５ 喷射砂浆、砂浆养生：喷射前现用高压水冲洗，湿润受喷面，目的是保证新加补强材料与与结构的粘结。喷注时应有两支喷枪分别从两头向中间喷射，采用分层喷射，每次喷注厚度约为６～８ｍｍ，每次喷射应在砂浆初凝后终凝前进行，两次间隔的时间一般为１小时左右，对于锚固区和厚度大于３ｃｍ的区域喷射时应该加大间隔时间，尤其要避开砂浆水化热的峰值。喷注完成后要进行砂浆的养生，一般的养生时间为７天，在养生期间内要按时洒水，保持砂浆表面湿润直至吵浆最终硬化达到设计强度。
３.２ 喷射砂浆阶段的关键技术。在喷射砂浆阶段主要的技术问题是水化热，由于砂浆中含有高标号水泥，因此在施工过程中，由于水泥水化热引起的温度应力及收缩作用超过了砂浆的抗拉强度，或更确切的说温度及收缩变化引起的拉应变超过了砂浆的极限拉应变，砂浆是一种流动性材料，随时间的增长逐渐硬化，在此期间砂浆的变形性能将发生根本的变化，且龄期越早变化越大。早期砂浆的强度极限拉伸变形都很低，而此时砂浆内部温度较高，一方面由于砂浆本身的传热性能差，结构内部热量不易散发，形成内外温差，导致砂浆发生应变；另一方面结构物的约束会阻止这种应变，产生温度应力，一旦温度应力超过砂浆所能承受的极限抗拉强度就会产生温度裂缝，而且还会因水化热使温升过高导致砂浆的后期强度明显损失。鉴于此，在喷注砂浆时一定要做好温控措施，拉大喷注的时间间隔，增加喷注的层数从而避开水化热的峰值时间都是有效的施工措施。
由下向上喷射砂浆时，下垂脱落和回弹量过大是两大问题。下垂是喷层过厚或过湿造成的，当喷射砂浆的自重大于粘结强度时，就容易出现下垂或脱落，所以喷射砂浆应分层喷射，厚度以不脱落、回弹量小为准。
４ 结论与展望
提出了有粘结体外预应力有广义和狭义之分的概念及有粘结体外预应力加固方法及施工工艺。有体外预应力加固的方法是在体外预应力的基础之上拓展开来的，伴随着该加固方法的应用，将会不断的出现一些新材料和新工艺，例如在文中提出的ＨＴＣＭ砂浆是一种聚合物材料，它的力学性能和材质特性还有待进一步研究和改进；体外预应力加固是近几十年来才在工程中应用，将体外预应力转变为有粘结体系，不仅可以克服体外预应力加固的缺点，同时又体现了有粘结体系的优点，应该说有粘结体外预应力是一种值得思考和推广的主动加固方法。
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发表于 2020-6-17 07:15:36
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