植筋技術(shù)在地下工程加固改造中的應(yīng)用

李均山 郭宇

摘要：以某地下空間開發(fā)工程為滿足消防及商用功能，對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造為實例。采用植筋的方式實現(xiàn)原結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土梁、柱截面的增大，使原結(jié)構(gòu)承載力滿足設(shè)計要求。針對影響植筋錨固效果的主要因素進(jìn)行了分析，并推導(dǎo)出植筋錨固深度計算公式。最后，進(jìn)行原位非破壞性拉拔試驗。結(jié)果表明，各種型號植入鋼筋拉拔力均滿足規(guī)范要求，植筋達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：植筋;鋼筋混凝土;加固改造;拉拔試驗

引言

植筋是在原結(jié)構(gòu)基材上鉆孔，通過植筋膠的粘結(jié)與咬合實現(xiàn)植入鋼筋與基材的有效連接，可以有效地減少對原建筑結(jié)構(gòu)的損壞。植筋技術(shù)作為一種簡捷、有效的連接與錨固技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑二次結(jié)構(gòu)、加固、改造及補強等工程施工，尤其在新舊混凝土構(gòu)件連接上。以某地下工程混凝土梁、柱截面加大的施工為實例，介紹植筋錨固技術(shù)在地下工程結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用。

一、工程概況

某地下工程為地鐵車站配套商業(yè)開發(fā)項目，為滿足消防及商鋪規(guī)劃需要，在原地下室負(fù)一層增設(shè)通達(dá)地面的消防樓梯，并對樓梯開口影響范圍內(nèi)的地下室頂板梁、負(fù)一層板梁及板下柱進(jìn)行加固改造。原地下室結(jié)構(gòu)混凝土強度等級為C35，為了便于施工及保證灌注的密實性，加大截面梁柱采用灌漿料施工，并滿足C45強度等級;加大截面結(jié)構(gòu)鋼筋采用植筋方式與原混凝土基材進(jìn)行結(jié)合，使新舊結(jié)構(gòu)有效連接，提高梁柱結(jié)構(gòu)承載能力[1]。

二、植筋錨固機理分析

2.1本構(gòu)模型

植筋原理是通過植筋膠的粘結(jié)和鎖鍵作用使鋼筋與混凝土基材進(jìn)行連接，這種連接存在兩個接觸界面：一個是植筋膠與基材界面;另一個是植筋膠與植入鋼筋界面。兩個界面的粘滯作用效果是植筋破壞形式劃分重要判據(jù)，也是植筋效果好壞的重要標(biāo)志。當(dāng)拉拔力作用到鋼筋上時，荷載通過植筋膠與鋼筋界面的粘結(jié)力傳遞到植筋膠，再通過植筋膠與基材界面的粘結(jié)力傳遞到基材，兩個界面的粘結(jié)力強度共同抵抗外部載荷，使其界面不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。植筋結(jié)構(gòu)破壞也是從這兩個界面及基材自身的滑移破壞來體現(xiàn)，由此可以看出植筋錨固效果與植筋膠性能、基材強度及鋼筋強度有很大的關(guān)系[2]。

2.2破壞形式

2.2.1淺部混凝土錐形破壞

此類破壞主要是由于植筋深度不夠。受到荷載作用時，受力構(gòu)件薄弱部位為混凝土基材，基材首先發(fā)生破壞，受力構(gòu)件根部會裹帶著破壞的混凝土錐形體被整體拔出。實際操作中，出現(xiàn)此類破壞的情況時植筋效果得不到充分發(fā)揮，設(shè)計一會按規(guī)范要求規(guī)定植筋深度，因此此類破壞模式出現(xiàn)較少。

2.2.2界面破壞

由于膠～混凝土界面、膠～鋼筋界面或兩個界面粘結(jié)力不夠，界面出現(xiàn)滑移破壞。破壞特征分為2種：1）鋼筋連帶植筋膠一塊從混凝土基材中被拔出;2）鋼筋直接被拔出，往往在鋼筋肋處會裹帶著部分植筋膠。這種破壞模式一般是由于植筋膠強度或接觸界面處理達(dá)不到規(guī)范要求[3]。

2.2.3混凝土錐形及界面復(fù)合破壞

這種破壞模式一般是在植筋深度滿足要求的情況下，植筋錨固體與深部基材受拉強度存在差異性而出現(xiàn)的脫離破斷現(xiàn)象。此類破壞較為常見且復(fù)雜，一種情況表現(xiàn)為鋼筋與植筋膠連帶著混凝土錐形體一塊被拔出;另一種情況表現(xiàn)為鋼筋發(fā)生破壞的同時發(fā)生混凝土錐形體破壞。

2.2.4鋼筋破壞

此類破壞表現(xiàn)為鋼筋屈服破斷，一般是植筋深度足夠大且植筋膠錨固性能強，錨固效果得到充分發(fā)揮的情況，在實際操作中為比較理想的狀態(tài)。但設(shè)計時應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)計，選擇合適的植筋參數(shù)，以免過于保守，造成成本浪費。

2.3影響因素

2.3.1植筋膠性能

市面上植筋膠的種類繁多，性能各異，按照植筋膠成分可分為有機型和無機型。植筋膠對于性能差異的影響主要體現(xiàn)在與基材的粘結(jié)力上，粘結(jié)力越大，錨固效果越好。在實際工程中應(yīng)該綜合考慮，選擇質(zhì)量可靠、性能較好、行業(yè)口碑較好的滿足設(shè)計規(guī)范要求的植筋膠[4]。

3.1工程概況

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100a，對結(jié)構(gòu)耐久性要求比較高，尤其是植筋錨固構(gòu)件的強度要求。為保證后澆結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)受力的協(xié)同性，后澆結(jié)構(gòu)強度應(yīng)大于原結(jié)構(gòu)強度至少一個等級;鋼筋采用與原結(jié)構(gòu)相同強度等級，均為HRB400級鋼筋，植筋膠采用A級結(jié)構(gòu)膠。

3.2施工控制

3.2.1基材處理

首先鑿除混凝土構(gòu)件表面的裝飾、保護(hù)，露出混凝土結(jié)構(gòu)層;對混凝土缺陷部位（混凝土疏松、破損）應(yīng)清理至堅實基層?；炷链嬖诹芽p應(yīng)按要求處理;鋼筋銹蝕應(yīng)進(jìn)行除銹和清潔。將結(jié)合面處的混凝土進(jìn)行鑿毛;鑿毛點深約3mm，點數(shù)為600點/m2～800點/m2，均勻分布，也可鑿成點深4～5mm，間距30mm的梅花形分布。被包的混凝土棱角要打掉。清除混凝土表面的油污、浮漿，并將灰塵清理干凈。

3.2.2植筋施工

首先按設(shè)計要求的孔位、孔徑、孔深鉆孔，用吹風(fēng)機與刷子清理孔道直至孔內(nèi)壁無浮塵水漬為止。要求鋼筋必須順直，植筋前應(yīng)對原鋼筋進(jìn)行除銹，且除銹長度大于植筋長度。植筋時，其鋼筋宜先焊后種植，若有困難必須后焊，其焊點距基材混凝土表面應(yīng)大于15d，且應(yīng)采用冷水浸潤的濕毛巾包裹植筋外露部分的根部。

3.2.3灌漿施工

施工前應(yīng)對混凝土基面充分灑水浸潤。原構(gòu)件混凝土的界面，應(yīng)涂刷結(jié)構(gòu)界面劑。拌制灌漿料時水的摻入量按產(chǎn)品說明要求。澆筑過程中應(yīng)保證氣體自由溢出，保證澆筑密實。澆筑完成后應(yīng)采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施。

結(jié)語

植筋技術(shù)在改造工程中的廣泛應(yīng)用，能夠有效、方便地解決新舊混凝土構(gòu)件的連接問題，提高結(jié)構(gòu)補強效果。影響植筋錨固強度因素很多，主要有鋼筋強度、植筋膠性能、植筋深度及間距和外部環(huán)境等，因此植筋設(shè)計時選擇合理的參數(shù)，確保植筋的有效性。現(xiàn)場拉拔試驗結(jié)果表明，當(dāng)植筋深度l≥16d時，其錨固強度完全可以滿足設(shè)計及規(guī)范要求，植筋效果達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

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