《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》是新七建設集團有限公司、新疆城建（集團）股份有限公司完成的建築類施工工法，完成人是劉炳元、易登猛、江濤。該工法適用於在房屋建築施工、改造過程中，因使用功能改變、設計和施工不當、原材料不符要求等原因，或為了減小結構變形改善結構使用性能，對原正截面受彎承載力不足的梁，可採用體外預應力工藝進行加固。
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》主要的工法特點是：施工工藝簡單、工期短，工藝費用低，加強結構的整體性。
2011年9月，《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：混凝土框架梁體外預應力加固施工工法
- 工法編號：GJEJGF056-2010
- 完成單位：新七建設集團有限公司、新疆城建（集團）股份有限公司
- 主要完成人：劉炳元、易登猛、江濤
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
體外預應力技術是21世紀預應力體系中的重要組成部分，該技術首先在橋樑結構中得到套用。隨著科學技術的不斷發展，在房屋建築施工、改造過程中，體外預應力技術也逐漸得到充分認可和套用。《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》對結構荷載變化較大、結構變形較大等不利條件下，採用常規加固方法不能解決問題的情況下，體外預應力加固方法體現出不可替代的優勢。體外預應力加固混凝土梁參見下圖。
體外預應力加固混凝土梁
工法特點
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的工法特點是：
1、因受力構件正截面承載力不夠，當採取貼上鋼板加固法、貼上纖維複合材加固法加固時，在規範容許貼上厚度情況下仍滿足不了加固要求，體外預應力加固法有效地解決了此類構件加固的難題。
2、加固採用的預應力筋自重小，由加固引起的自重荷載小。
3、由於體外預應力筋自身材質的特點，可以採用連續跨布置預應力筋，加強了結構的整體性。
4、施工工藝簡單、工期短。
5、對同一構件進行加固，體外預應力工藝較粘鋼、貼碳纖維工藝費用低，可節約費用近一半以上。
操作原理
適用範圍
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》適用於在房屋建築施工、改造過程中，因使用功能改變、設計和施工不當、原材料不符要求等原因，或為了減小結構變形改善結構使用性能，對原正截面受彎承載力不足的梁，可採用體外預應力工藝進行加固。
工藝原理
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的工藝原理敘述如下：
體外預應力技術，是在加固構件的實體外側（一般在構件兩側或底部），採用鋼絞線、鋼絲、精扎螺紋鋼筋等材料作預應力鋼筋，通過轉向塊將預應力筋變向呈折線型布置，以利預應力的傳遞；預應力筋一端在構件端部錨固，在構件另一端部採取預應力張拉機具進行張拉，達到設計值後採用錨具錨固；從而完成體外預應力筋對加固構件實施的應力，達到提高構件正截面承載能力的效果。
施工工藝
- 工藝流程
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的施工工藝流程：體外預應力加固梁工藝流程框圖見下圖。
體外預應力加固梁工藝流程圖
- 操作要點
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的操作要點如下：
一、測量放線
依據加固圖紙，對應加固梁進行測量放線。確定樓板開洞部位，彈線定出預應力筋在梁側的折線位置，確定轉向塊、張拉端、固定端鐵件安裝位置。
二、預應力筋下料
預應力筋的下料長度應通過計算確定。計算時應綜合考慮錨具長度、千斤頂長度、張拉伸長值、預應力筋折線布置長度。預應力筋的下料宜採用砂輪機或切斷機切斷，不得採用乙炔、電焊機進行熱切割。
三、轉向塊製作安裝
依據圖紙進行轉向塊製作，幾何尺寸、焊縫高度應嚴格控制。按照測量放線的位置，精準進行定位。定位的偏差直接會造成預應力張拉應力的損失。轉向塊與混凝土梁採用結構用A級膠粘劑、化學錨栓進行固定。轉向塊安裝前，採用角磨機打磨與混凝土梁接觸面，轉向塊與混凝土接觸面打磨至金屬本色，且紋路與受力方向垂直；混凝土梁用角磨機將表面碳化層磨掉，露出混凝土硬基面，最後用脫脂棉蘸丙酮擦清洗乾淨，直至無粉塵。轉向塊安裝前將鋼件打磨麵用脫脂棉蘸丙酮擦拭乾淨基層處理完畢，將轉向塊與混凝土的貼上面分別塗刷結構膠，保證結構膠有一定的厚度，採用適當方式對轉向塊加壓，使結構膠從轉向塊鋼板邊均勻擠出為宜，在結構膠初凝前將化學螺栓擰緊。梁底轉向塊大樣見下圖1，梁底轉向塊實物大樣見下圖2，梁頂轉向塊大樣見下圖3。
四、張拉端、錨固端安裝
張拉端、錨固端一般安裝在加固梁兩端梁面標高柱根處，常用加固大樣見下圖1、下圖2，實物大樣見下圖3。張拉端、固定端在柱根處設定張拉橫樑或鋼板柱箍，張拉橫樑、鋼板柱箍採用粘鋼和化學錨栓與混凝土柱固定。
五、樓板開洞
根據測量放線確定的位置，優先採用無損切割的工藝進行樓板開洞。樓板開洞宜採用鋼筋探測儀檢測樓板鋼筋位置，若無樓板主筋，可採取電錘打孔或取芯機鑽孔的方法進行樓板開洞。若遇有樓板主筋，則採用小錘鑿洞，成孔後仍保留主筋，預應力筋張拉完畢一併進行封閉處理。
六、預應力筋安裝
預應力筋安裝從加固梁一端向另一端穿束，穿束過程中注意排序並採取措施臨時固定；在張拉之前對預應筋進行預緊，安裝錨具體系之前，實測並精確計算張拉端需剝離的預應力筋外層護套長度，清理表面油脂後安裝錨具待張拉。
七、預應力筋張拉
1.千斤頂和壓力表的標定千斤頂和壓力表應配套標定，以確定張拉力與壓力表之間的關係曲線。所有壓力表的精度不宜低於1.4級，標定千斤頂用的試驗機或測力計的精度不得低於±2%。標定時千斤頂活塞的運動方向應與實際張拉工作狀態一致。
2.張拉應力控制張拉程式為：首先：0→10%δco米8米→0（調整錨具及張拉端夾片）；然後：020%δco米（測量伸長初始值）→50%δco米（暫停片刻）→100%δco米（測量伸長終止值）→103%δco米（停留2分鐘）→100%δco米錨固
張拉應力嚴格按設計要求執行，最大張拉控制應力不得超過0.65
。預應力筋採用應力控制張拉時，應以伸長值進行校驗。實際伸長值與計算值之差應控制在+6%至-6%以內，否則應查明原因並採取措施予以調整後，方可繼續張拉。體外預應力張拉施工參見下圖。
體外預應力張拉施工
3.張拉注意事項
一端固定，一端多根張拉，千斤頂必須同步頂進以保持張拉橫樑、預應力筋均勻受力，分級載入至設計張拉應力。多跨連續張拉，可一端張拉，另一端補張。預應力筋張拉時，應對張拉力、壓力表讀數、張拉伸長值、異常現象等作出詳細記錄。
八、張拉端錨固端封閉處理
體外預應力筋張拉錨固完畢，宜採用機械方法切割外露部分預應力鋼絞線，嚴禁採用電弧切割，外露部分長度切至50毫米。在錨具及承壓板表面塗以防腐塗料，並及時採用C30細石混凝土密封。
九、樓板封洞
體外預應力筋張拉錨固完畢，對預應力筋穿樓板孔洞清理混凝土表面並塗刷界面劑後，採用高於原樓板一個強度等級的細石混凝土進行封洞處理。
十、預應力筋防腐蝕防火處理
1.設定密封防護罩：對不要求更換的體外預應力筋，可採用高密度聚乙烯管或鍍鋅鋼管作為防護罩；並在防護罩內選擇灌注水泥砂漿、環氧砂漿或其他防腐蝕材料。
2.在體外預應力筋、轉向塊、張拉橫樑表面直接塗刷防腐、防火塗料，選擇的防火塗料應滿足不低於原結構設計的耐火等級。
十一、檢查驗收
1.體外預應力加固工程驗收，應在全部加固施工完畢後進行。當設有臨時支撐時，應在臨時支撐拆除後進行。
2.體外預應力加固施工完成時，應提供下列檔案和記錄：
（1）預應力材料（鋼絞線、錨具、轉向塊用鋼材、防腐、防火等材料）質量證明書。
（2）鋼絞線、錨具等進場復檢報告。
（3）張拉設備配套標定報告。
（4）體外預應力加固工程的設計、變更檔案。
（5）轉向塊、張拉橫樑與混凝土結構的連線檢測記錄。
（6）預應力筋張拉記錄。
（7）檢驗批質量驗收記錄。
- 勞動力組織
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》體外預應力加固工程，視工程量大小、工期要求、現場實際情況進行勞動力組織。以下按單個構件梁安排勞動力計畫，見下表。
序號 | 工種 | 人數 | 工作內容 |
1 | 氣割電焊工 | 1~2人 | 轉向塊、張拉橫樑製作安裝，預應力筋下料、切割 |
2 | 輔助工 | 2~3人 | 樓板鑿洞、封洞，防腐、防火塗料塗刷 |
3 | 鋼筋工 | 2~3人 | 預應力筋製作、安裝 |
4 | 預應力施工專業工人 | 2~3人 | 錨具安裝、預應力筋張拉 |
材料設備
1、《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》採用的主要材料見下表。
序號 | 部件名稱 | 規格、型號 | 適用標準 |
1 | 張拉橫樑 | Q235、Q345 | 《碳素結構鋼》GB/T 700-2006、 《低合金高強度結構鋼》GB/T 1591-2008 |
2 | 轉向塊 | ||
3 | 體外預應力鋼筋 | 鋼絞線 fptk=1860牛/平方毫米 | 《預應力鋼絞線規範》GBT 5224-2003 |
4 | 精扎螺紋鋼 | fptk=980牛/平方毫米 fptk=1080牛/平方毫米 | 《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》GB 1499.2-2007 |
5 | 錨具 | 0VM15-X型 | 《預應力筋用錨具、夾具和連線器》GB/T 14370-2007、《預應力筋用錨具、夾具和連線器套用技術規程》JGJ 85-2002 |
6 | 手工焊接條E43、E50 | Q235、Q345 | 《碳鋼焊條》GB/T 5117-1995、《低合金鋼焊條》GB/T 5118-1995 |
7 | 結構膠 | A級膠 | 《混凝土結構加固設計規範》GB 50367-2006 |
8 | 化學螺栓 | / | 《混凝土結構後錨固技術規程》JGJ 145-2004、《混凝土用膨脹型，擴孔型建築錨栓》JG 160-2004 |
2、《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》設備該工法採用的設備見下表。
序號 | 名稱 | 規格 | 數量 | 備註 |
1 | 千斤頂 | YC-240Q | 1台 | / |
2 | 前卡千斤頂 | YDC240Q | 1台 | / |
3 | 油泵 | ZB4一500 高壓油泵 | 1台 | / |
4 | 水泥灌漿機 | UB3C | 1台 | / |
6 | 灰漿泵攪拌機 | JW180 | 1台 | / |
7 | 電焊機 | Bx1一400 | 1台 | / |
Bx6-2502F | 1台 | / | ||
8 | 砂輪切割機 | L3GB400 | 1台 | / |
質量控制
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的質量控制要求如下：
1、體外預應力加固質量標準
體外預應力加固質量標準按下表中規範標準進行製作安裝。
序號 | 名稱 | 檔案編號 |
1 | 混凝土結構設計規範 | GB 50204-2002 |
2 | 高層建築混凝土結構技術規程 | JGJ 3-2002 |
3 | 鋼結構設計規範 | GB 50017-2003 |
4 | 混凝土結構加固設計規範 | GB 50367-2006 |
5 | 建築鋼結構焊接技術規程 | JGJ 81-2002 |
6 | 建築抗震加固技術規程 | JGJ 116-2009 |
7 | 鋼筋焊接及驗收規程 | JGJ 18-2003 |
8 | 混凝土結構後錨固技術規程 | JGJ 145-2004 |
9 | 混凝土結構工程施工質量驗收規範 | GB 50204-2002 |
10 | 鋼結構工程施工質量驗收規範 | GB 50205-2001 |
11 | 鋼焊縫手工超音波探傷方法和探傷結果等級 | GB 11345-89 |
12 | 預應力鋼絞線規範 | GBT 5224-2003 |
13 | 鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋 | GB 1499.2-2007 |
14 | 預應力筋用錨具、夾具和連線器 | GB/T 14370-2007 |
15 | 預應力筋用錨具、夾具和連線器套用技術規程 | JGJ 85-2002 |
16 | 混凝土結構加固構造 | 06SG 311-1、2 |
17 | 混凝土後錨固連線構造 | 04SG 308 |
18 | 建築工程預應力施工規程 | CECS1 80:2005 |
19 | 混凝土結構後錨固技術規程 | JGJ 145-2004 |
20 | 混凝土用膨脹型，擴孔型建築錨栓 | JG 160-2004 |
2、轉向塊、張拉端固定端柱箍、張拉鋼橫樑製作安裝質量標準按下表進行製作安裝。
序號 | 項目 | 誤差 |
1 | 轉向塊張拉端固定端柱箍、張拉鋼橫樑安裝 | 平面位置及標高±10毫米 |
2 | 轉向塊安裝 | 梁高h≤300±5毫米 300≤h≤1500±10毫米 H>1500±15毫米 |
3 | 預應力鋼筋下料長度 | ≤30毫米 |
4 | 轉向塊焊縫 | 焊縫長度、高度滿足設計要求 |
安全措施
採用《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1、轉向塊、張拉端固定端柱箍、張拉鋼橫樑製作和安裝時，所用機具、電器等使用前進行檢查，不合要求的不得使用。
2、電器設施和線路必須絕緣良好，手持電動工具必須裝有漏電保護裝置。
3、預應力張拉開始前，張拉區應設定明顯的標誌，禁止非預應力張拉人員進入張拉區域。
4、張拉設備使用前，應對高壓油泵、千斤頂等進行空載試運轉，無異常情況方可正式使用。
5、操作高壓油泵要平穩、均勻，張拉時兩端預應力筋軸線方向不得站人，以防斷絲、滑絲傷人，張拉設備在持荷情況下，嚴禁拆除液壓系統的任何零件。
6、張拉完成後，及時切斷電源，鎖好電閘箱。將拉伸設備放在指定地點保養。
環保措施
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的環保措施如下：
1、該工法實施過程中，執行《建築施工現場環境與衛生標準》JGJ 146-200。
2、施工操作人員佩戴安全帽及有關勞動防護用品。
3、預應力張拉過程中，施工區域設定警界線，防止他人進入作業區內，防止張拉工程中斷絲傷人。
4、施工過程產生的各種廢棄物集中存放，定期運送到指定的廢棄物處理站。由此可見，對同一構件進行加固，體外預應力工藝較粘鋼、貼碳纖維工藝費用大為降低，其直接費比貼上鋼板加固法、貼上纖維複合材加固法降低成本一半以上。
效益分析
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的效益分析如下：
1、以650×250毫米（長度8400毫米）同一加固梁進行對比
（1）貼上鋼板加固法（加固大樣見下圖）。
貼上鋼板加固法加固大樣
（2）貼上纖維複合材加固法（加固大樣見下圖）。
貼上纖維複合材加固法加固大樣
（3）體外預應力加固法（加固大樣見下圖）。
體外預應力加固法加固大樣
2、經濟比較
三種加固方法進行直接費比較見下表。
貼上鋼板加固法 | 貼上纖維複合材加固法 | 體外預應力加固法 | ||||||
材料名稱 | 單價（元） | 金額（元） | 材料名稱 | 單價（元） | 金額（元） | 材料名稱 | 單價（元） | 金額（元） |
粘鋼（含化學螺栓7.17平方米） | 1000元/平方米 | 7170 | 貼碳纖維10.66平方米 | 450元/平方米 | 4800 | 預應力鋼絞線（含張拉）25.32千克 | 27000元/噸 | 684 |
/ | / | / | / | / | / | 0VM15-1型 錨具4個 | 40/套 | 160 |
/ | / | / | / | / | / | 轉向塊、鋼柱箍、張拉鋼樑0.65平方米 | 1000元/平方米 | 650 |
合計 | / | 7170 | / | / | 4800 | / | / | 1494 |
由此可見，對同一構件進行加固，體外預應力工藝較粘鋼、貼碳纖維工藝費用大為降低，其直接費比貼上鋼板加固法、貼上纖維複合材加固法降低成本一半以上。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
套用實例
《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》的套用實例如下：
1、武漢“武漢伊美特服飾生產基地”工程
由武漢伊美特服飾有限公司開發的“武漢伊美特服飾生產基地”工程，建築面積19554平方米，框架剪力牆結構7層。開工日期2008年7月，竣工日期2009年5月。該工程3層結構梁因新增設備重量和試驗荷載超過設計承載能力，經設計院覆核，對框架梁採用體外預應力進行加固，經近兩年的運行，結構安全使用效果好，見下圖。
武漢伊美特服飾生產基地體外預應力加固混凝土梁
2、武重行政技術綜合大樓工程
由武漢重型工具機集團有限公司建設的“武重行政技術綜合大樓”改造工程，建築面積15410平方米，框架結構5層。開工日期2009年2月，竣工日期2010年1月。其中部分框架梁採用了體外預應力加固方法，效果好。
3、華中農業大學農作物遺傳改良國家重點實驗室掛藏室改擴建工程
由華中農業大學建設的華中農業大學農作物遺傳改良國家重點實驗室掛藏室改擴建工程，建築面積20338平方米，框架4層。工程開工日期209年3月，竣工日期2010年7月。該工程部分混凝土梁採用了體外預應力加固方法，效果好。
榮譽表彰
2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《混凝土框架梁體外預應力加固施工工法》被評定為中國國家二級工法。
