大直徑后置錨栓的探索

江建華

(攀枝花天譽(yù)工程檢測(cè)有限公司，四川攀枝花617023)

目前，國(guó)內(nèi)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ 145－2004)中所針對(duì)的主要是直徑d≤40的錨栓進(jìn)行的編制，沒(méi)有涉及到大直徑錨栓，現(xiàn)已不能滿足目前大直徑錨栓在工程施工中的要求。鑒于這種情況，我們針對(duì)大直徑錨栓進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。針對(duì)不同直徑的錨栓，分為不同的埋設(shè)深度、不同粘結(jié)材料、不同桿體形式等做了一系列的埋設(shè)及拉拔試驗(yàn)。其目的是為了適應(yīng)目前大型鋼鐵公司老舊設(shè)備的改造以及不具備預(yù)埋條件的特殊設(shè)施后錨固的施工。一般情況下，設(shè)備改造工程常常采用較大的錨栓來(lái)進(jìn)行設(shè)備的固定，且工期要求又非常緊。為了縮短工程工期，保證改造工程按期投產(chǎn)，施工單位常常會(huì)采用后錨固的方法進(jìn)行施工。目前采用這種后置大直徑錨栓進(jìn)行錨固的方式在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)，我們希望通過(guò)這一系列的試驗(yàn)，為大型工程的設(shè)備基礎(chǔ)的改造設(shè)計(jì)以及設(shè)備錨栓的埋設(shè)及其施工提供較為準(zhǔn)確的資料。

1 試驗(yàn)依據(jù)

本次試驗(yàn)依據(jù):

(1)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ 145－2004;

(2)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工驗(yàn)收規(guī)范》GB 50204－2002;

(3)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 59－99;

(4)《建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50300－2001;

(5)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》CECS 25:90;

(6)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23－2001;

(7)《鉆芯法檢測(cè)混凝土技術(shù)規(guī)程》CECS 03:88。

2 試驗(yàn)的主要設(shè)備與儀器

本次試驗(yàn)主要采用以下設(shè)備及儀器:JX－1型地質(zhì)鉆機(jī)一臺(tái)、喜利得HIT－RE500型建筑植筋膠若干、F·S流動(dòng)灌漿料若干、鋼梁一根、鋼板若干、QF320T－20b型千斤頂四臺(tái)、JCQ－203型位移計(jì)一臺(tái)、精密位移傳感器四套、ZB4－500型電動(dòng)油泵一臺(tái)、應(yīng)力片若干、DH3815N靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)一臺(tái)。

3 試驗(yàn)方案

3.1 鉆孔設(shè)備及安裝

本次試驗(yàn)鉆孔設(shè)備采用JX－1型地質(zhì)鉆機(jī)。由于成孔的孔徑較大、深度較深，其定位、速度、垂直度、同心度等方面的要求較高且精確，故鉆頭采用特殊定制的通長(zhǎng)2 m的薄壁金剛石鉆頭。為滿足施工要求，平均鉆孔速度控制在0.5 m/h內(nèi)。成孔時(shí)鉆孔位置應(yīng)精確放線，畫出鉆孔孔徑的同心圓，之后將鉆機(jī)用內(nèi)迫式安卡預(yù)固定，將鉆頭刃口與同心圓重合即解決了精確定位問(wèn)題，此時(shí)用水平尺沿鉆頭外壁貼緊，進(jìn)行鉆頭微調(diào)至垂直，即可保證其垂直度。將鉆機(jī)最終固定后，鉆孔。當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)深度時(shí)，取出鉆頭，折斷芯樣，用夾沙法由鉆機(jī)鉆頭將芯樣帶出從而完成鉆孔。

成孔后，用清水、自制鐵刷將孔壁仔細(xì)清洗干凈，然后將高壓縮空氣的風(fēng)管直接插入孔底，將孔中的積水及沉渣吹出、吹干待用。

3.2 鉆孔直徑及深度選擇

本次試驗(yàn)的鉆孔直徑及深度選擇見表1所示。

表1 鉆孔直徑及深度 單位:mm

為了滿足施工要求，有機(jī)料的孔徑采用d+10，無(wú)機(jī)料的孔徑針對(duì)不同規(guī)格型號(hào)的錨栓采用不同的孔徑，對(duì)于大直徑的 90其孔徑采用d+40，對(duì)于 150的錨栓采用d+60的孔徑。

因?yàn)槭┕すに嚨囊?，錨固施工必須采用先注膠或流動(dòng)料，后插入錨栓的模式。所以為使大直徑錨栓在具有粘性的錨固劑中順利插入，且考慮試驗(yàn)錨栓的有效埋置深度，鉆孔深度應(yīng)為有效錨固深度加20 mm。

試驗(yàn)場(chǎng)所的確定:本次試驗(yàn)考慮鉆孔深度的影響，其基礎(chǔ)厚度選用3.5 m?？紤]鉆孔邊緣的影響，鉆孔距基礎(chǔ)邊緣距離選用不小于500 mm。

3.3 粘結(jié)劑的選擇

本次試驗(yàn)錨固劑的選用:無(wú)機(jī)料選用F·S流動(dòng)灌漿料，施工時(shí)按照使用說(shuō)明書進(jìn)行配制;有機(jī)料選用喜利得HITRE500型建筑植筋膠，雙組份配置，施工時(shí)按1∶3的比例通過(guò)喜利得的專用工具進(jìn)行混合，混合后樹脂呈紅色粘稠狀。錨固劑的性能數(shù)據(jù)如表2。

表2 RE500膠主要性能

3.4 錨栓的制作和埋設(shè)

(1)錨栓直徑的選擇。本次試驗(yàn)的錨栓選用 90、 150兩種規(guī)格。

(2)試驗(yàn)錨栓的制作見表3。

本次試驗(yàn)錨栓材質(zhì)選用Q345，錨栓分為光圓與帶槽兩種型號(hào)，部分錨栓粘貼有應(yīng)力片，埋設(shè)深度分別采用8 d和12 d各一組，每組8根，部分錨栓的錨固段帶有若干環(huán)槽的直桿式。錨栓的材質(zhì)和制作圖紙見圖2所示。

表3 試驗(yàn)用螺栓規(guī)格

圖2 錨栓加工示意

(3)錨栓的埋設(shè)。

有機(jī)材料選用喜利得HIT－RE500型建筑植筋劑。雙組份結(jié)構(gòu)，使用時(shí)采用專用膠槍混合，為保證錨固效果，膠劑應(yīng)在初凝前灌注完畢。本次試驗(yàn)考慮到一次性注入膠劑量較多，為防止大體積膠體固化熱過(guò)大而使初凝過(guò)程加速，整個(gè)注膠過(guò)程應(yīng)控制在10 min內(nèi)完成。盡量使注入膠劑沉于孔底，避免中間留存空氣空洞。

無(wú)機(jī)材料選用F·S流動(dòng)灌漿料。將已配制好的灌漿料按使用說(shuō)明混合在一起，按說(shuō)明要求加入水量，人工進(jìn)行攪合，攪合均勻后，沿已放入孔中的錨栓四周，將灌漿料注入孔內(nèi)，適度釬插振搗即可。

錨栓應(yīng)緩慢旋轉(zhuǎn)插入，保證膠體充滿空隙。采用無(wú)機(jī)料時(shí)，在灌入過(guò)程中，輕敲錨栓桿體，產(chǎn)生振動(dòng)，使無(wú)機(jī)料與錨栓緊密結(jié)合，充分粘結(jié)。錨栓植入到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，若端部存在空隙，需進(jìn)行補(bǔ)灌。

有機(jī)料喜利得HIT－RE500型建筑植筋劑終凝時(shí)間為6 h，無(wú)機(jī)料F·S流動(dòng)灌漿料的終凝時(shí)間為24 h，在此期間內(nèi)不得對(duì)錨栓進(jìn)行晃動(dòng)，以保證錨栓與膠結(jié)料結(jié)合緊密。

4 錨栓抗拔試驗(yàn)測(cè)試

4.1 抗拔試驗(yàn)設(shè)備及安裝

抗拔試驗(yàn)的反力裝置采用特制鋼梁。試驗(yàn)時(shí)采用一臺(tái)ZB4－500型超高壓電動(dòng)油泵同時(shí)向四臺(tái)320 t的千斤頂聯(lián)運(yùn)供油的方式。本次試驗(yàn)主要采用以下儀器設(shè)備:ZB4－500型超高壓油泵、QF320T－20b型分離式油壓千斤頂、0.4級(jí)精密壓力表、JCQ－203型位移計(jì)、DH3815N型靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)。為測(cè)得錨栓錨固段粘結(jié)應(yīng)力分布，部分錨栓沿埋置深度每隔100 mm貼應(yīng)力片，離地面100 mm處安裝兩只位移計(jì)，埋置錨栓的混凝土地面、植筋膠與錨栓接觸面上各安裝一只位移計(jì)。

4.2 檢驗(yàn)設(shè)備的要求

(1)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)用的儀器、設(shè)備，如千斤頂、拉拔儀、位移計(jì)、應(yīng)力儀等，均應(yīng)在檢定有效合格期內(nèi)。

(2)加荷設(shè)備按規(guī)定的速度加荷，測(cè)力系統(tǒng)整體誤差不得超過(guò)全程的±2%。

(3)加荷設(shè)備保證所施加的拉伸荷載始終與錨栓的軸線一致。

(4)位移測(cè)量記錄儀連續(xù)記錄，記錄點(diǎn)在10點(diǎn)以上，位移測(cè)量誤差不超過(guò)0.01 mm。

(5)錨栓拉拔應(yīng)力的測(cè)試采用DH3815N型靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試儀，該儀器共有16個(gè)通道，自動(dòng)采集每一時(shí)刻應(yīng)力片應(yīng)力。本次測(cè)試采樣頻率為每5 s采集一次數(shù)據(jù)。

4.3 試驗(yàn)的破壞形式

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》6.1.11條分析，排除錨栓本身被拔斷的因素外，本次錨栓抗拔試驗(yàn)破壞理論上有兩種模式:

(1)沿著錨固膠與錨栓界面拉剪破壞，承載力主要取決于錨固膠與錨栓的粘結(jié)抗剪強(qiáng)度。

膠栓截面破壞受拉承載力計(jì)算公式:

承載力標(biāo)準(zhǔn)值:

(2)由于混凝土的抗剪強(qiáng)度比膠的粘結(jié)抗剪強(qiáng)度低，故沿著錨固膠與鉆孔混凝土界面拉剪破壞，承載力主要取決于混凝土的抗剪強(qiáng)度。

膠混凝土界面破壞受拉承載力計(jì)算公式:

承載力標(biāo)準(zhǔn)值:

綜合以上兩種模式，針對(duì)不同類型的錨栓，其抗拔極限拉力值也不同。

4.4 試驗(yàn)加荷載方式

錨栓抗拔試驗(yàn)加荷等級(jí)按預(yù)估極限承載力的1/10進(jìn)行，逐級(jí)加載，每級(jí)荷載持荷時(shí)間2 min，每級(jí)加載后，測(cè)讀一次桿體位移、地面位移及每組應(yīng)力片的應(yīng)力，穩(wěn)壓后再讀一次數(shù)據(jù)，至設(shè)定荷載或錨固體破壞。

4.5 停止加載

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載:

(1)錨栓拔升量繼續(xù)增長(zhǎng)，在1 h內(nèi)未出現(xiàn)穩(wěn)定跡象時(shí);

(2)荷載施加不上，或施加后無(wú)法保持穩(wěn)定時(shí);

(3)錨栓被拔至屈服極限強(qiáng)度時(shí)。

符合上述終止試驗(yàn)條件的前一級(jí)荷載，即為錨栓的極限抗拔力試驗(yàn)值。

5 試驗(yàn)結(jié)論與建議

5.1 錨栓極限抗拔力

本次試驗(yàn)錨栓的極限抗拔力均取每組錨栓中的最小值，各試驗(yàn)錨栓的極限抗拔力見表4。

表4 試驗(yàn)成果

5.2 錨栓的破壞型式

本次試驗(yàn)，錨栓的破壞形式基本上表現(xiàn)為混合型破壞。在錨栓粘結(jié)的孔口成一錐形破壞體，其破壞錐形高度分別為: 90的錨栓約為120 mm， 150的錨栓約為300 mm。采用無(wú)機(jī)料時(shí)，錐孔以下基本上是錨栓的桿體從無(wú)機(jī)料中脫出，表現(xiàn)為桿體與無(wú)機(jī)料粘結(jié)破壞;采用有機(jī)料時(shí)，錐孔以下基本上有100 mm左右的有機(jī)料附在桿體上隨桿體脫出，其下部為桿體從有機(jī)料中脫出，表現(xiàn)為桿體與有機(jī)料粘結(jié)破壞。

5.3 建議

(1)設(shè)計(jì)時(shí)，采用錨固長(zhǎng)度為12 d的錨栓，錨栓形式為錨栓錨固段端部帶有若干環(huán)槽的直桿式。

(2)錨栓粘結(jié)劑使用有機(jī)料喜利得HIT－RE500粘結(jié)劑。錨栓埋置時(shí)，當(dāng)溫度≥40℃，應(yīng)采取降溫措施，以避免溫度過(guò)高，粘結(jié)劑凝結(jié)時(shí)間過(guò)快影響埋設(shè)質(zhì)量。

(3)錨栓埋置時(shí)，應(yīng)精確控制錨栓埋深和粘結(jié)劑保護(hù)層厚度?？裳劐^栓長(zhǎng)度方向上作好標(biāo)記，控制埋設(shè)深度。在距錨栓底部100 mm和距錨栓孔口位置100 mm的地方沿錨栓四周焊接小的短鋼筋做保護(hù)層墊塊，以控制錨栓居中。

6 前景展望

隨著大型鋼企新舊設(shè)備改造、大型設(shè)備的安裝等項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)的快速發(fā)展，大直徑錨栓在施工中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。后置錨栓具有施工簡(jiǎn)單、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越深受施工單位的喜愛，其前景廣闊，具有良好的發(fā)展空間。

[1]JGJ 145－2004混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[S]

[2]戴廣海，張惠，陳海燕.無(wú)機(jī)后錨固材料植筋性能試驗(yàn)研究與分析[J].粉煤灰，2009(3)

[3]邢國(guó)起，王曉利.一種新型化學(xué)錨栓的拉拔試驗(yàn)研究[J].工程建設(shè)，2010(1)