化學(xué)植筋在碼頭加固改造工程中的應(yīng)用

明廷濤 徐文成

(1.中交第二航務(wù)工程局一公司，湖北武漢 430012;2.中建三局建設(shè)工程股份有限公司西北公司，陜西西安 710065)

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對碼頭的使用要求也在不斷提高，在原有碼頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行加固改造的課題也日益顯得重要?；瘜W(xué)植筋技術(shù)是近年來發(fā)展的一項新型鋼筋錨固技術(shù)，具有施工工藝簡單、適用范圍廣、工作效率高、性能可靠，且成本較低以及不破壞原有結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，目前已經(jīng)在碼頭的加固改建中得到了普遍的應(yīng)用。

1 植筋理論分析

1.1 植筋錨固的工作原理

在原有混凝土構(gòu)件上根據(jù)需要，鉆以適當(dāng)?shù)闹睆?、深度的孔洞，注入化學(xué)錨固膠?；瘜W(xué)錨固膠在凝固后能產(chǎn)生高強度的粘結(jié)力，使螺桿、鋼筋等與混凝土通過錨固膠的粘結(jié)作用，成為一個共同受力體，以承受足夠的拉應(yīng)力或者剪應(yīng)力，從而達(dá)到預(yù)埋效果。作用在植筋上的拉力是通過化學(xué)植筋膠向混凝土中傳遞。

1.2 常見的植筋錨固結(jié)構(gòu)破壞形式［1］

在靜力拉拔試驗中常見的破壞形態(tài)有四種形式:鋼筋拉斷;混凝土錐體破壞;結(jié)構(gòu)膠與混凝土粘結(jié)滑移破壞;錐體—粘結(jié)復(fù)合破壞(見圖1)。1)鋼筋拉斷:鋼筋在拉力作用下被拉斷。當(dāng)植筋錨固深度比較大，混凝土和錨固膠的強度都比較高時，鋼筋的直徑比較小，鋼筋拉應(yīng)力超過了鋼筋的抗拉強度而被拉斷。2)混凝土錐體破壞:鋼筋周圍的混凝土在拉力作用下被拉裂而破壞。這種破壞一般發(fā)生在錨固長度比較小的情況下，此時鋼筋周圍的混凝土承受的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度，呈錐體狀被拉裂。3)粘結(jié)破壞:混凝土和錨固膠體發(fā)生滑移，錨固膠體隨著鋼筋一起被拔出?；炷量孜粌?nèi)水氣、粉塵、油污等清理不干凈，錨固膠體強度低，或者凍融均易發(fā)生這種形式的破壞。4)錐體—粘結(jié)復(fù)合破壞:破壞時混凝土表面的鋼筋周圍發(fā)生錐體破壞，錐體以下的錨固段發(fā)生滑移，膠層體隨著鋼筋一起從混凝土中拔出。

圖1 植筋錨固結(jié)構(gòu)破壞形式

1.3 植筋粘結(jié)性能影響因素

植筋粘結(jié)性能的影響因素很多。除了鋼筋直徑、鉆孔直徑、混凝土保護(hù)層厚度以及施工質(zhì)量外，還受到錨固基材混凝土強度、植筋深度、溫度三個主要方面的影響。植筋錨固承載力的確定首先是基于試驗結(jié)果。但是實驗室條件和現(xiàn)場施工條件完全不同。為了研究各個不同工作條件對植筋承載力的影響，某些重要的影響因素，則通過分組實驗，把各個因素分開考慮，除了考慮的因素變化外，其他條件按基本實驗條件不變。1)錨固基材混凝土強度:單向拉拔植筋試件的實驗結(jié)果表明，當(dāng)植筋的植入深度較小(鋼筋埋深小于15d)，且在混凝土中沒有橫向配筋時，往往會發(fā)生混凝土的錐形破壞。在此情況下，混凝土抗拉強度或抗裂強度將影響試件破壞時極限承載力的大小。當(dāng)植入深度達(dá)到15d或者更大時，鋼筋拉拔后的破壞形式，主要為鋼筋屈服?；炷翗?gòu)件的植筋粘結(jié)強度與混凝土的強度等級成正比。2)植筋深度:隨著錨固長度的增加，承載能力增大。但平均粘結(jié)強度減小，錨固長度較短時，這種變化尤為明顯。錨固較長時，這種變化則漸趨平緩［2］。3)溫度:將植入鋼筋預(yù)先進(jìn)行高溫加熱處理后，其粘結(jié)強度明顯大于沒有做任何處理的植筋粘結(jié)強度，且植筋粘結(jié)性能與混凝土強度等級成正比［3］。

2 化學(xué)植筋技術(shù)在加固改造工程中對材料的要求［4］

2.1 化學(xué)植筋技術(shù)對混凝土基材的要求

混凝土基材應(yīng)具有較大的體量，強度等級不得小于C20，能夠承擔(dān)對被連接件的錨固與全部附加荷載。對于一些風(fēng)化的、不密實的或者破損的混凝土或者混凝土的強度等級低于C20，由于其錨固承載力非常低，不得作為錨固基材。

2.2 化學(xué)植筋技術(shù)對錨筋的要求

化學(xué)植筋技術(shù)所使用的螺桿與鋼筋，應(yīng)采用Q345，Q235鋼螺桿和HRB335，HRB400級帶肋鋼筋，選用螺桿與鋼筋要根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用要求。鋼筋的強度指標(biāo)必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定。

2.3 化學(xué)植筋技術(shù)對錨固膠的要求

植筋用的錨固劑必須通過專門的試驗確定，獲準(zhǔn)后方可使用。除錨固膠說明書規(guī)定可以摻入定量的填料外，現(xiàn)場施工中不宜隨意增添摻料。當(dāng)植筋的直徑大于22 mm時，應(yīng)采用A級膠。錨固用膠粘劑的質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

3 植筋施工工藝

3.1 工藝流程

定位→材料準(zhǔn)備→機械鉆孔→清孔→注膠植筋→固化保護(hù)→檢測。

3.2 施工方法［5］

1)定位:按照設(shè)計要求標(biāo)示出植筋鉆孔位置、型號?？蛇m當(dāng)調(diào)整孔位以錯開原結(jié)構(gòu)鋼筋位置。2)材料準(zhǔn)備:按照加固設(shè)計的要求確定植入鋼筋的下料長度和鋼筋直徑。用鋼絲刷將所需植入長度范圍內(nèi)的鋼筋表面的油污、銹漬除掉，然后將其烘烤使其清潔干燥。3)機械鉆孔:鉆孔宜采用沖擊鉆或風(fēng)鎬鉆，也可用水鉆鉆孔。用沖擊鉆鉆孔，鉆頭直徑應(yīng)比鋼筋直徑大5 mm左右，鉆頭始終與結(jié)構(gòu)面保持垂直，且孔距不得小于5倍鋼筋直徑。4)清孔:清孔是植筋中最重要的一個環(huán)節(jié)?？足@完后內(nèi)部會有很多灰粉、灰渣;用水鉆鉆孔時，孔里面會有殘留水漬，這會直接影響到植筋的粘結(jié)性能，所以一定要把孔內(nèi)雜物清理干凈。方法是:先用毛刷伸至孔底，來回反復(fù)抽刷，把孔底和孔壁的灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內(nèi)浮塵。吹完后再用脫脂棉蘸酒精或丙酮擦洗孔內(nèi)壁。若采用水鉆鉆孔，可對孔進(jìn)行烘烤，以保證孔內(nèi)干燥。5)注膠植筋:把膠粘劑通過注膠槍從孔底慢慢向孔口注膠，注膠槍邊注膠邊慢慢后退，使孔內(nèi)的空氣徹底排出，確保注膠飽滿。注膠至3/4孔洞處后，把鋼筋植入設(shè)計深度的標(biāo)志處后，繼續(xù)注膠填滿孔洞。鋼筋插入時要注意以單一方向慢慢旋轉(zhuǎn)，使膠體與鋼筋充分粘結(jié)并不留空隙，同時應(yīng)保證植入鋼筋垂直于混凝土表面。6)固化保護(hù):在錨固膠凝固之前要防止鋼筋受到擾動。若發(fā)現(xiàn)鋼筋受到大的擾動，必須將其馬上拔出，重新植筋。7)檢測:植筋后進(jìn)行非破損性拉拔試驗，檢測的數(shù)量是植筋總數(shù)的10%。梯度加載至設(shè)計錨固力并保持3 min，若構(gòu)件未受到破壞滿足承載力要求即可。

4 植筋技術(shù)在碼頭結(jié)構(gòu)改造工程中的運用情況

某碼頭于1998年7月修建，一直作為砂石料卸貨碼頭。后需將其按?？?4 000 kW大型救助船的系靠要求對該碼頭進(jìn)行加固改造為某東海救助局碼頭。改造方案為:1)岸側(cè)300H拱形橡膠護(hù)舷預(yù)埋螺栓采用鉆孔后化學(xué)錨固，螺栓埋設(shè)完成后安裝300H拱形橡膠護(hù)舷本體。錨固螺栓型號為M30，材質(zhì)為1Cr13，錨固深度60 cm，錨固螺栓抗拔力檢測要求為M30-130 kN，鉆孔直徑采用38 mm。2)在碼頭前沿設(shè)置4座混凝土斜梯。斜梯長7 m，寬1.5 m，厚度42 cm，斜梯上下高差3.2 m。斜梯上部與排架上橫梁連接，下部通過化學(xué)植筋與排架下橫梁連接。植筋鋼筋采用上下兩排共20根直徑25的HRB335鋼筋，植筋長度為600 mm，鉆孔直徑為32 mm。在加固過程中，錨固膠采用HY150植筋膠。在粘結(jié)終凝后，經(jīng)現(xiàn)場拉拔試驗，拉力達(dá)到167 kN時，未發(fā)生任何情況的破壞現(xiàn)象。該工程2012年加固改造完畢投入使用后，至今未出現(xiàn)任何異常，完全滿足使用要求。

5 結(jié)語

化學(xué)植筋技術(shù)作為一種新型的鋼筋錨固技術(shù)，具有工藝簡單，適用性強等特點，而且省時省工，操作方便，節(jié)約了資金，保證了工程的順利施工，更重要的是錨固性能、質(zhì)量能夠得到保證。

［1］Cook R A.Behavior of chemically bond anchors［J］.Journal of Structural Engineering，1993，119(9):2274-2761.

［2］張炳林.化學(xué)植筋在混凝土結(jié)構(gòu)改造工程中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)，2009(51):145.

［3］王婷婷，崔士起，徐新生，等.高溫下化學(xué)植筋的粘結(jié)性能［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，26(3):324.

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

［5］程 超.建筑化學(xué)植筋技術(shù)在加固改造工程的應(yīng)用探討［J］.山西建筑，2010，36(21):129-130.