植筋技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

劉翔，楊平

（1重慶城建控股(集團(tuán))有限責(zé)任公司重慶400013 2重慶交旅建設(shè)工程有限公司重慶400013）

植筋技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

劉翔1，楊平2

（1重慶城建控股(集團(tuán))有限責(zé)任公司重慶400013 2重慶交旅建設(shè)工程有限公司重慶400013）

植筋技術(shù)作為目前工程界較為常用的加固改造方法之一，有其獨特的技術(shù)特點和廣泛的應(yīng)用范圍。文章簡要介紹了植筋技術(shù)的基本概念和技術(shù)特點，并對植筋技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用特點進(jìn)行了介紹與分析，最后指出還需對植筋技術(shù)做進(jìn)一步的研究和完善。

加固改造；植筋技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

植筋技術(shù)是在以混凝土等為基材的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上進(jìn)行一定深度和直徑的鉆孔，并運用高強度的化學(xué)粘結(jié)劑(俗稱結(jié)構(gòu)膠)，使所植入的鋼筋、螺桿等與混凝土等基材產(chǎn)生設(shè)計所預(yù)期的錨固力的改造加固技術(shù)。植筋技術(shù)有著靈活的設(shè)計，可根據(jù)使用需要在鋼筋混凝土的任何位置，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特征設(shè)計植筋數(shù)量及規(guī)格，且可靠性優(yōu)于預(yù)埋件，承載力大，可用于水平、垂直及頂部裝置。植筋施工后產(chǎn)生高負(fù)荷承載力，不易產(chǎn)生移位、拔出，并且密著性能良好，無需作任何防水處理。由于其通過化學(xué)粘合固定，不但對基材不會產(chǎn)生膨脹破壞，而且對結(jié)構(gòu)有補強作用，施工簡便迅速，安全并符合環(huán)保要求。因而植筋技術(shù)是工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(如工業(yè)與民用建筑、橋涵等)變更、追加、加固、固定的最有效的方法[1]。

2 植筋技術(shù)的特點

在眾多建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)中，植筋技術(shù)有其獨特的技術(shù)特點，植筋技術(shù)的研發(fā)已成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)中極具活力的分支。

（1）設(shè)計靈活，應(yīng)用廣泛。根據(jù)使用需要可以在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的任何位置，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特征設(shè)計鋼筋的數(shù)量及規(guī)格。

（2）定位精確，可靠性強。一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在需要與其他結(jié)構(gòu)連接時均靠預(yù)留預(yù)埋件，但預(yù)埋件具有位置難以調(diào)整的弱點，結(jié)構(gòu)功能調(diào)整后預(yù)埋件的位置將難以改變，而植筋具有靈活性，且其可靠度與預(yù)埋件相同。

（3）施工方便。植筋操作支模簡便，一般采用能上人的腳手架即可施工，可以有效提高施工速度。

（4）工藝簡單，節(jié)省工期。

（5）承載力大，對原結(jié)構(gòu)影響小。

（6）可用于水平、垂直及頂部裝置。

（7）施工對環(huán)境影響小。

3 植筋技術(shù)的發(fā)展

目前在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的植筋技術(shù)，是在膨脹螺栓(mechanical expansion shell bolt)的基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展起來的，膨脹螺栓能在錨固區(qū)周圍產(chǎn)生很高的應(yīng)力，因此，當(dāng)受到荷載作用，特別是受到動力荷載作用時，膨脹螺栓很容易松動。為了克服膨脹螺栓受荷易松動的缺點，早在1959年，德國首先研究了樹脂膠囊(resincapsule)錨固礦山錨桿。此后，這一技術(shù)在20世紀(jì)60～70年代廣泛用于礦山、隧道等工程建設(shè)中。到了20世紀(jì)80年代，這一技術(shù)的應(yīng)用范圍更為廣泛，并且逐漸發(fā)展成為一種新的鋼筋錨固形式——后錨鋼筋。近年來，混凝土植筋技術(shù)在我國建筑工程應(yīng)用逐步發(fā)展起來，但國內(nèi)對該技術(shù)仍缺乏必要的試驗研究，而且國家也沒有統(tǒng)一的設(shè)計檢測標(biāo)準(zhǔn)[2]。

早在1992年，經(jīng)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會批準(zhǔn)，四川建筑科學(xué)研究院主編的“混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范”(CECS25：90)中提到了“植筋”的初步概念。

在1992年至今的各種有關(guān)“加固”、“改造”的文獻(xiàn)中，介紹過“植筋技術(shù)”并提出過有關(guān)的計算方法及構(gòu)造要求，但由于施工方法不同，采用的粘結(jié)膠不同，其計算方法和構(gòu)造要求也各不相同。

新的“混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范”正在修編，仍由四川建筑科學(xué)研究院主編，并將其由原“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”提升為“國家”標(biāo)準(zhǔn)，編入“GB”系列。

目前由中國建筑科學(xué)研究院編制中的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——“混凝土用建筑錨栓技術(shù)規(guī)程”，該規(guī)程較詳細(xì)地介紹了“植筋技術(shù)”。

由冶金部建筑科學(xué)研究院主編的“水泥基灌漿材料施工技術(shù)規(guī)程”(YB／丁9261—98)第7部分“混凝土結(jié)構(gòu)加固和改造”中，提到了“載埋鋼筋”的有關(guān)要求，但缺少詳細(xì)的計算方法。

綜上所述，雖然有些現(xiàn)有規(guī)范和規(guī)程中提到了“植筋錨固”技術(shù)，但不夠詳細(xì)，介紹植筋技術(shù)的規(guī)范也還未正式發(fā)布，故諸多設(shè)計單位在實際應(yīng)用時多采用與植筋技術(shù)相近的計算方法，或參照類似的其他規(guī)程。

4 植筋技術(shù)的應(yīng)用

植筋技術(shù)可廣泛應(yīng)用于[3]、[4]：

現(xiàn)澆板之間的連接。中間平板分期施工的連接，結(jié)構(gòu)性的改建、修復(fù)工程，恢復(fù)暫時性的開口，如塔式起重機、設(shè)備預(yù)留的孔洞連接，均需采用植筋后澆筑新式混凝土以連接舊混凝土，使之成為整體。其墻壁支模簡便，建筑方法靈活，加固對原有結(jié)構(gòu)的影響較小，施工速度快。

墻與橫梁的連接。建筑接縫，結(jié)構(gòu)延伸，增接構(gòu)件等加固需應(yīng)用植筋技術(shù)。其支模的固定與拆除操作簡便，連接準(zhǔn)備方便，鉆孔小。

垂直連接。新增鋼筋混凝土柱、鋼筋混凝土柱加固及其他結(jié)構(gòu)柱加固，樁頂承臺處理，公路、橋梁等均可廣泛應(yīng)用植筋技術(shù)。垂直連接定位精確，無需復(fù)雜的加固固定，施工方便。

大型結(jié)構(gòu)的修復(fù)。橋梁擋墻的修復(fù)，結(jié)構(gòu)改造混凝土的修復(fù)工程可應(yīng)用植筋技術(shù)。大型結(jié)構(gòu)修復(fù)采用植筋技術(shù)可以減少混凝土拆除量，避免加固性焊接及類似的連接。

結(jié)構(gòu)性連接。如樓梯、墻板、檢修孔等采用植筋技術(shù)，能做到精確定位，可用于復(fù)雜的細(xì)部連接，墻壁支模及連接準(zhǔn)備簡單，施工對環(huán)境無影響。

混凝土覆蓋。植筋混凝土覆蓋可用于橋面修復(fù)，混合界面的結(jié)構(gòu)粘合，板面、橫梁的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。其特點是鉆孔小、愈合快。

懸臂連接。植筋可用于陽臺、平臺、樓梯平臺等懸臂連接。其特點是位移微乎其微，鋼筋外露部分短，可避免腐蝕。

墻與柱的連接。如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的砌體填充墻與框架柱的拉結(jié)筋可采用該技術(shù)。其特點是施工方便、造價低、工期短、鋼筋位置準(zhǔn)確。

同時，植筋技術(shù)還廣泛地應(yīng)用到高速公路、水利、隧道、鐵路、地下工程等領(lǐng)域。

5 植筋技術(shù)研究

5.1 植筋的抗拉拔原理

植筋的抗拉拔原理：當(dāng)植入鋼筋受力后，首先通過鋼筋與周邊的粘結(jié)劑握裹咬合，將力傳到周邊的粘結(jié)劑中，然后再傳到孔壁周圍的原混凝土上。由于粘結(jié)劑強度都高于原混凝土，因此，植筋受力后的抗拔力直接與孔壁上的粘結(jié)摩阻力有關(guān)。在傳遞過程中，隨著荷載增加，鋼筋與粘結(jié)劑的粘結(jié)力逐漸向鋼筋下端發(fā)展，當(dāng)整個錨固段內(nèi)粘結(jié)摩阻力最大發(fā)揮時，就發(fā)生錨固鋼筋與原混凝土的相對位移。

5.2 材料

鋼筋：建筑用鋼筋或螺栓均可用作植筋。植筋的抗拉粘結(jié)力與粘結(jié)面積成正比，而粘結(jié)面積與截面周長成正比，其比值為d/4，稱為相對粘結(jié)面積。因而直徑越大的鋼筋，其相對粘結(jié)面積越小，不利于充分發(fā)揮鋼筋的極限強度，故所植鋼筋的直徑不宜過大。另一方面，為了滿足布置和間距的要求，鋼筋直徑也不能過小。

錨固劑：目前，錨固劑主要歸為樹脂和水泥兩類。樹脂類材料有環(huán)氧樹脂、聚酯和聚胺酯。水泥類材料有微脹水泥、普通水泥摻外加劑及水泥藥卷。

5.3 錨固長度的確定

錨固劑生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品說明書中一般注明植筋錨固長度為植筋(鋼筋或螺栓)直徑的10～15倍，但無直接理論依據(jù)，且不提及混凝土強度要求，實際上錨固長度與混凝土強度等級有關(guān)。強度越高錨固力越大，產(chǎn)品說明書的提法顯然是不完整的。由于目前尚無植筋技術(shù)的規(guī)范或規(guī)程，故植筋錨固長度是一個理論上待探討的問題。

鋼筋或螺栓的錨固是靠錨固劑來固定的。植筋抗拔試驗表明[5]，極大部分破壞是發(fā)生在錨固劑與混凝土之間，而鋼筋與錨固劑基本完好，鋼筋從錨固劑中拔出的實例很少，這說明在普通混凝土(非高強混凝土)中，錨固劑抗拉與抗剪強度比混凝土要高，因此應(yīng)考慮植筋錨固長度與錨固劑直徑(即植筋鉆孔直徑)的直接關(guān)系。

持力因子：

（1）咬合力：與錨固劑及結(jié)構(gòu)原混凝土的單軸抗拉強度有關(guān)，亦與孔壁形狀有關(guān)。

（2）摩擦力：與孔壁摩擦系數(shù)和錨固劑的固結(jié)膨脹率有關(guān)。

分析可知，這兩個因子決定著錨固劑與原混凝土界面的極限強度，可推得公式如下：

其中:

l—錨固長度（理論鉆孔深度）；

fy—植筋抗拉屈服強度；

α—咬合力因子系數(shù)，由試驗確定；

β—摩擦力因子系數(shù)，由試驗并參照錨固劑的性能指標(biāo)確定。

通過積累經(jīng)驗和工程實踐，可以把常用材料的孔壁進(jìn)行分級，以確定一具體工程中α和β的數(shù)值范圍，簡化錨固長度的確定過程。

5.4 植筋的布置

植筋應(yīng)當(dāng)采用犬牙交錯的立體布置或梅花形的平面布置，以避免產(chǎn)生集中持力面。

在基礎(chǔ)上植筋時，往往因新增柱或擴大柱有一定的植入深度要求，所以無論獨立柱基、筏基或箱基，都要考慮其底板厚度是否能滿足錨固深度的要求，否則要采取其他措施保證錨固。

當(dāng)柱筋植于筏基或箱基的交叉梁上時，應(yīng)打開梁的上部保護(hù)層以確定梁筋位置，使植筋在其空隙間植人。當(dāng)植筋上升需要穿過樓板時，也往往會遇到上層的交叉梁系或單排梁的障礙。因此，新植柱的中部筋須彎折，按1／6緊貼梁邊而上，在梁邊樓板上開孔，使柱筋從孔中上升。柱鋼筋不需要上升時，可采取措施讓鋼筋在樓板中錨固；當(dāng)柱筋還要繼續(xù)上升，則中部筋應(yīng)從柱角板孔中再彎折1／6，使之恢復(fù)到柱中部筋的位置并保持兩相鄰柱筋間距不超過規(guī)范要求。

6 結(jié)論與建議

在植筋技術(shù)應(yīng)用的20多年歷史中，已經(jīng)積累很多相關(guān)的設(shè)計與施工經(jīng)驗，使得這項技術(shù)在結(jié)構(gòu)補強加固中起到良好的作用，因此在今后的工程實際中要大量地推廣這種技術(shù)。

由于我國尚未出臺植筋方面有關(guān)規(guī)范，所以今后植筋課題研究的重點方向應(yīng)該是植筋膠性能要求，混凝土鉆孔、注入植筋膠等工藝，混凝土基本工作條件，植筋工作條件（包括溫度、濕度、化學(xué)腐蝕和焊接等要求），早日出臺植筋相關(guān)的規(guī)范。

此外，目前植筋的設(shè)計計算是依靠工程實例和施工經(jīng)驗進(jìn)行的。雖然有些項目在設(shè)計前做過一些植筋抗拔試驗，但由于施工現(xiàn)場與試驗條件不相同，如何進(jìn)行處理等設(shè)計方法包括折減系數(shù)取定等，尚須探討，而植筋往往與鋼板粘貼和焊接等工藝結(jié)合使用，兩者如何協(xié)調(diào)工作也需要研討，因此開展植筋設(shè)計計算方法研討也勢在必行。

[1]隋東，章東林，華錦耀.植筋施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J].浙江建筑，2007，01(24):33-34，40.

[2]彭文波，彭勃，單遠(yuǎn)銘.植筋施工質(zhì)量的統(tǒng)計分析[J].中外建筑，2006，(03）:106-107.

[3]夏樂.橋梁加固技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].北方交通，2006，(10):26-28.

[4]丁玉春，張從中.橋梁植筋施工技術(shù)[J].公路交通技術(shù)，2006，（06）:83-86.

[5]李艷茹，劉新宇，成慧.種植鋼筋粘結(jié)應(yīng)力與粘結(jié)強度試驗研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2005，02(32):29-30，41.

責(zé)任編輯：余詠梅

Development and Application of the Postinstalled Rebar Technology

The postinstalled rebar technology,one of the transforming and reinforcing methods commonly used in engineering project circles at present，has its unique technological characteristics and extensive ranges of application．The article briefly introduces the basic conception of this muscle technology and technological characteristics，and explains the range of application，points out finally that further research is still needed for the perfection of the technology．

strengthen and transform；postinstalled rebar technology；application

TU755

A

1671-9107（2010）09-0069-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.9.069

2010-7-16

劉翔（1976-），女，工程師，主要從事工程施工和造價工作。