“后张法预应力锚孔凿毛器”的应用分析

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摘要：后张法预应力施工是当前工程建设特别是桥涵建设中常常采用的一种方法，但在锚孔的处理上，往往达不到凿毛要求使得内部结合不紧密，导致拉应力不足，从而使得预应力体系达不到预期的效果。采用“后张法预应力锚孔凿毛器”可以较好地解决这个问题，在锚孔内自动生成环形槽道,增强了封锚混凝土与锚孔的粘结强度,使预应力体系的耐用性得到有效的保证。

关键词：后张法预应力施工 锚孔凿毛器 应用

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言

后张法预应力施工其主要原理是对锚孔进行凿毛处理，以保证有足够的粗糙度，使得整个预应力体系的锚板、预应力筋、夹片等共同作用，确保足够的预应力，使整个系统稳定。当前施工中，常常采用电锤、钢钎、铁凿、钢錾等工具，施加外力，来凿毛锚孔（孔）。但在施工中，由于技术工人责任心不强，凿毛没有统一的定量标准，凿毛时大量粉尘出现不易清洁，影响封锚效果等，导致开的锚孔在粗糙度方面并不统一，个别的锚孔过于光滑，导致后期堵塞混凝土封锚后不密实，干燥后出现裂缝、脱落现象；或者凿毛时力度没有掌握恰当，造成锚孔附近的混凝土构件受损，造成工程质量隐患。

使用背景

在大跨度桥梁施工或类似工程项目上，往往需要使用后预应力结构，如笔者所在项目部，在承建某城市高架桥期间，采用纵横向预应力体系，预应力筋为φ13低松弛无粘结预应力钢棒，在进行预应力施工前期，出现了如下不利情况：

在施工工艺中张拉完成后即进行凿毛和封锚施工，多个类似构件重叠在一起进行加工，张拉、凿毛和封锚均在同一场地进行，容易相互干扰而出错。此外，在加工过程中，施工人员用电锤等工具凿毛锚孔，混凝土片飞溅，粉尘四溢，影响了后续封锚效果，也对人员健康不利。此外，凿毛时力度掌握不妥，导致锚孔边沿出现裂缝。

此外，经笔者查阅资料，在构件使用中，如反复承受动载荷，封锚预应力结构也往往出现脱锚现象，甚至日本新干线轨道板也出现过类似现象，这些都是和加工封锚过程中细节造成的。因此，有必要针对这类具有广泛用途但目前又没有更好解决办法的后预应力结构的锚孔加工开发更好的工具与工艺。通过反复实践，我们参考了《客运专线铁路无砟轨道施工手册》，使用了锚孔凿毛器来解决这个问题，增强了封锚砂浆与板体的粘结强度。能够有效控制了锚孔脱落现象发生，长久地保护预应力体系；同时大大减轻了工人劳动强度，杜绝了凿毛产生的粉尘污染，提高了工效。

应用方案

3.1数据验算

传统的封锚施工，其基本原理是将锚孔内壁凿毛以增加其摩擦力，防止混凝土脱落，从而使后预应力体系保持相对稳定。而传统的凿毛工艺，由于前述如粗糙度不规范、粉尘、边缘破碎等原因，使得其摩擦力也不是很稳定，而混凝土由于其物理性质，加之长期反复的荷载作用也有一定程度的收缩，从而可能在一定情况下导致封锚混凝土脱落。由些可见，如果对传统的封锚施工加以改进，那么重点是考虑改进前后的施工方案中，其锚孔内壁与锚件摩擦力、咬合力（以下统称抗脱落力）的变化，如改进后大于改进前，则这样的改进才是有意义的。通过使用预制件凿毛器的使用，在每个锚孔内壁预留两道宽8mm,深5-8mm的环形槽，以这样的形式来代替原有的凿毛工艺。为验证这样的做法是否可靠，也必须通过计算来进行比较，看两种方式的抗脱离力的变化情况，以考虑新方案的可行性。由于封锚方案仅仅是锚孔内壁的处理方式不同，其他方面都没有什么变化，因此我们只需要考虑两种方式的抗脱落力变化即可。

传统封锚方式：

抗脱落力p1=未凿毛部分的摩擦力F0+凿毛部分的摩擦力F1

新方案封锚方式：

抗脱落力p2=未开槽部分的摩擦力F2+开槽部分混凝土产生的抗剪力Q

式中，摩擦力F＝f·N（f——摩擦系数，N——压力）

压力N＝β·M（β——接触面的压应力，M——接触面的面积）

接触面的压应力β＝E(δv/v) (E——弹性模量，δv/v为变形百分比）

抗剪力Q＝τA （τ——抗剪强度或抗折强度，A——抗剪面积）

通过计算，开槽面积能明显地增大抗脱落能力，可以视具体情况在5-8mm中取值。又由于随着时间的推移，混凝土会发生一定程度的轻微收缩，达到一定时间后，δv/v0，此时β0，那么此时传统封锚模式的P10。而采用新的开槽工艺封锚后，即使摩擦力趋近于0，而抗剪力不可能趋近于0，因此，锚固混凝土是不会脱落的。

3.2凿毛器（开槽器）的设计

锚孔凿毛器由成孔器和凿毛器本体组成，成孔器可直接利用施工现场原有成孔器即可。在本案中，结合相关资料，我们选用的凿毛器（开槽器）为PVC软性材料，其直径与成孔器对应，并结合前述计算结果，环形布置2道凸起，其高度与宽度要考虑一定的精度。同时，开槽器要考虑与成孔器既有一定的紧密度，又要考虑其方便取出。凿毛器本体的环形圈之间由至少一个竖向条进行连接，竖向条连接多个环形圈，是为保证凿毛器安装和拆除方便而设定，其数量大于两条时，使凿毛器本体成为可紧套在成孔器上的环形网状结构。

3.3凿毛器（开槽器）使用过程

按前述方案，用PVC软性材料，根据锚孔形状、尺寸制作高弹性、环形网状凿毛器，将凿毛器本体安装在锚孔成孔器上，利用凿毛器的弹性套箍力使凿毛器紧固在成孔器表面，灌注混凝土预制件时，混凝土因压力及振动自然在锚孔内的凿毛器凸起处形成凹槽。待混凝土预制件达到初凝或拆模条件后，将成孔器连同凿毛器一并取出。但要注意的是，由于凿毛器本身具有环状凸起，拆膜时一定要小心谨慎，防止将预留的槽道损坏，影响预期效果。

由上可见，预制件后预应力锚孔的开槽工作，也就是相对于原先的凿毛工艺，已经前移到了预制件生产环节且一次成型，可以较好地缩短整个工期，也避免了后期在现场加工时的不便与粉尘污染。

结论

综上所述，在后张法预应力施工中，采用新型凿毛器，在预制件生产时，就在锚孔中预留槽道的方法，代替了原先的在后期对锚孔凿毛方法，可以提高工效，减轻粉尘污染，更不会有凿毛时对结构物可能造成的损伤，同时预应力锚固钢筋等材料的防脱落能力强。同时，采用该工艺后，即使经过长期荷载及混凝土自身的收缩后，锚固件也不会轻易脱落。同时，该新型开槽器的制作与使用也比较简便，只需要根据实际情况进行计算后，确定开槽器表面的凸起高度与宽度，就能够保证锚固抗脱离力相对稳定与规范，避免了人为误差。通过笔者在城市高架桥预制件的大量使用，其效果非常良好。可以预见，该工艺的广泛应用与不断改进，将更好地推进后张法预应力施工这一传统工艺，使工程建设项目又好又快地发展。

参考文献：

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[4] 杨平.后张法预应力混凝土梁预制施工[J]. 工程科技. 2006(01)

作者简介：

梁伟（1973—），男，汉族，河北唐山人，专科，河北理工学院，助工，研究方向：机电一体化