植筋法在加固圓筒與臨時底板連接螺桿中的應用

唐承源

摘 要：本文通過對廣西某碼頭工程項目中的圓筒與臨時底板的連接螺桿加固技術的研究分析，總結(jié)出利用植筋的方式植入螺桿是最為簡捷經(jīng)濟的方法，為類似的工程提供借鑒和經(jīng)驗。

關鍵詞：圓筒；臨時底板；連接螺桿；植筋

中圖分類號：U655 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）6-0041-03

1 工程概況

廣西某碼頭工程項目為重力式墩式結(jié)構，碼頭水工結(jié)構按30萬噸級設計。工程共需預制鋼筋混凝土圓筒18件，圓筒高度為29.50m，底座外徑23.2m，筒身外徑20.00m，壁厚50㎝，頂部200㎝高度范圍內(nèi)壁厚加至100㎝，圓筒立面見圖1。單件圓筒頂部5.5m以下為C40混凝土，工程量為921m3 ；上部5.5m為C50混凝土，工程量為234 m3，為了圓筒浮游安裝需要，圓筒采用鋼筋砼板臨時封底，浮游安裝穩(wěn)定性計算成果見表1。底板為C25混凝土，厚95㎝，單塊方量為264m3。圓筒與臨時底板用螺栓連接，詳見圖2。單件圓筒（含臨時底板）重3550t。

2 臨時底板漏水及原因分析

在項目進行首件圓筒出運安裝時，在圓筒內(nèi)暫停注水后下沉至內(nèi)外水頭差達到6米時，圓筒水位突然上升且速度明顯加快，每小時可達60cm。因水位升高太快，根據(jù)以往安裝經(jīng)驗，此漏水現(xiàn)象極為異常，因此，現(xiàn)場技術員安排潛水員對進水閥門，螺桿孔位及圓筒與底板接縫分別進行檢查。

經(jīng)潛水員逐一檢查發(fā)現(xiàn)，圓筒與底板接縫有涌水現(xiàn)象。而此類漏水問題一直是我們關注的重點，圓筒與底板的連接螺絲都經(jīng)過風炮、加力桿及出運后復查三重檢查，橡膠墊受壓緊貼混凝土面，大流量漏水的機率極低，而潛水員檢查發(fā)現(xiàn)圓筒與底板之間已出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象，可以認定為臨時底板止水功能失效，導致臨時底板止水功能失效的主要原因可能是連接螺桿受拉伸長，超出止水橡膠回彈的厚度，為此對連接螺桿強度進行了計算復核。

2.1連接螺桿強度復核

（1）圓筒重量：

混凝土方量：1155m3

圓筒重量：G=1155*2.53=2922.2t

（2）排水量計算：

1.4米高的底座排水量為229m3

筒身斷面面積為S=3.14*（202-192）/4=30.62m2

圓筒吃水h后的排水量：

V=229+30.62*（h-1.4）

（3）排水重量：G2=V*1.025

（4）浮重：G3=G-G2

（5）為使圓筒上浮，必須外加一個與圓筒浮重相等，方向相反的拉力，即每根螺桿的拉力為：T=G3/92

（6）螺桿伸長率：△l=TL/AE，式中T為螺桿拉力，L為螺桿計算長度，A為螺桿斷面面積，E為螺桿的彈性模量，此處取2.10*105N/mm。

根據(jù)以上說明，計算結(jié)果見表2。

由表2可以看出，螺桿伸長后導致橡膠止水失效，并當圓筒吃水17.5米，筒內(nèi)加水7.75米達到浮游穩(wěn)定時，底板連接螺桿的平均拉應力達261N/mm2，現(xiàn)使用的Q235螺桿不能滿足強度要求，而且采用Q235材質(zhì)的螺桿此時已出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，伸長值遠大于上表的計算值，此時圓筒已預制完成14件，此批圓筒的臨時底板連接螺桿須作加強處理。

3 加固措施

3.1 方案選擇

問題發(fā)現(xiàn)后，項目部對圓筒與臨時底板連接螺桿加強十分重視，即刻組織研究討論加強方案，提出了幾種方案進行討論，增加螺桿是最好的方法，經(jīng)多次討論形成以下兩套方案：植筋法和拉桿法。

⑴方案一：植筋法。植筋法是在圓筒底座螺桿間鉆孔至理論錨固長度，再利用植筋膠植入一定數(shù)量的螺桿來增強對底板的拉力，達到加固圓筒的目的。

⑵方案二：拉桿法。拉桿法是在圓筒底座螺桿間鉆孔，直接鉆通，再用一定雙頭螺桿作為拉桿，增強圓筒對底板的拉力，從而達到加固圓筒的目的。

方案比選見表3。

經(jīng)過方案比選，現(xiàn)場決定采用方案一：植筋法。

3.2 增加螺桿計算

圓筒浮游穩(wěn)定出塢時，所需浮力為2182t，已埋設的92根Q235螺桿已承受1564t，為此擬增加31根Q345的M36螺桿。計算以下：

M36螺桿斷面面積：A=3.14*36*36/4=1017mm2；

單根Q235螺桿承受拉力：T1=1017*205/1.2=170kN；

單根Q345螺桿承受拉力：T2=1017*265/1.2=220kN；

92+31根螺桿總受力：T=170*92+220*31=2246t>2182t

以上計算時，將臨時底板作剛性板考慮，所有連接螺桿均在彈性階段內(nèi)變形。

3.3 植筋錨固深度計算

根據(jù)《混凝土結(jié)構加固設計規(guī)范》（GB50367-2006）進行計算：

基本錨固深度：ls=0.2*asptdfy/fbd

式中：aspt為防止混凝土劈裂引用的計算系數(shù)，按規(guī)范取1.1， d為鋼筋直徑，為36mm，fy取310N/mm2， fbd按規(guī)范取4.5 N/mm2。

按上式及數(shù)據(jù)計算得ls=546mm，再考慮其他因素取修正系數(shù)1.15，錨固深度設計值取 ld=ls*1.15=546*1.18=628mm，施工時按900mm控制。

3.4 植筋平面布置

擬增加的31根M36螺桿沿底板頂圓周內(nèi)均勻布置，見圖3及圖4。

3.5選用合適的植筋膠

施工中采用SHB-環(huán)氧建筑強力植筋膠。該膠是A、B雙組分改性環(huán)氧類結(jié)構膠，具有粘接強度高、常溫固化、硬化過程收縮小，耐溫性能好、可在埋筋后焊接，耐久性、耐候性好，抗老化、耐介質(zhì)（酸、堿、水）性能好，固化后韌性、抗沖擊能力優(yōu)異，不含揮發(fā)性溶劑、無毒環(huán)保，施工方便等特點。

3.5.1適用范圍

（1）各種建筑結(jié)構中鋼筋、螺桿埋植，建筑結(jié)構加固、補強，建筑結(jié)構框架、剪力墻植筋。

（2）各種設備基礎的固定，鐵路、公路、橋梁、水利改擴建工程加固

（3）廣告牌、隧道管線、高架道路隔音板和護欄固定

3.5.2 配膠比例

A、B組分配膠比例：3：1

3.5.3固化時間

植筋膠的固化時間和施工時的溫度有關，如表4所示。

4 方案實施情況

4.1 工藝流程

定位→成孔→清孔→烘干孔壁→注膠→植筋→固化→緊固底板連接螺母

4.2 施工方法

（1）定位。為了避免成孔時與底座、底板鋼筋相碰，鉆孔前應先用鋼筋探測器確認以避開鋼筋，在原螺桿之間均勻選擇31處位置。

（2）成孔。用抽芯型鉆機鉆孔，鉆頭直徑42mm，理論孔深15d（630mm），實際鉆深660mm.鉆孔時，鉆頭始終與柱面保持垂直，見圖5。

（3）清孔。清孔是植筋中最重要的一個環(huán)節(jié)，因為在成孔過程產(chǎn)生的混凝土粉末或粉漿粘附在孔壁，嚴重影響植筋膠與混凝土壁的粘結(jié)強度，從而直接影響植筋錨固質(zhì)量，所以必須清孔處理。方法是：用毛刷套上加長棒，伸至孔底，來回反復掃刷，把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內(nèi)浮塵。后再用脫脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔內(nèi)壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易揮發(fā)，水不易揮發(fā)。鉆孔清洗完后可注膠植筋。若孔壁過于潮濕，植筋前用電吹風筒加導管烘干孔壁，見圖6。

（4）注膠。SHB-環(huán)氧建筑植筋膠是雙組分專用成品，按組分比例分別取放在平板上攪拌均勻，由于混合膠體無法用注射器輸送，實施在用人員利用重力小塊滴進孔內(nèi)，膠體按一個孔的所需體積進行攪拌制作，即一孔一拌。

（5）植筋。植筋前要把螺桿植入部分用鋼絲刷反復刷，清除銹污，再用酒精或丙酮清洗?？變?nèi)注完膠后，把經(jīng)除銹處理過的螺桿立即放入孔口，然后慢慢單向旋入，不可中途逆向反轉(zhuǎn)，直至鋼筋伸入孔底。

（6）固化。鋼筋植入后，植筋膠完全固化前不能振動螺桿。 強力植筋膠在常溫下就可完成固化，48小時后便可進行下道工序施工。

（7）抗拔試驗。為檢測首個臨時底板植筋加固效果，在大批量施工前對植筋進行現(xiàn)場拉拔試驗，以確定植筋是否符合設計要求。

（8）緊固底板螺絲。在所有植筋膠完全固化且檢測合格后，方可安排緊固底板螺絲。

5 加固效果

在完成第一個圓筒的植筋施工且植筋膠完全固化后，項目部委托有相當資質(zhì)的檢測機構抽取植筋數(shù)量的10%進行抗拔承載試驗，實際試驗荷載值達250kN時所有被抽檢植筋均未出現(xiàn)松動、破壞現(xiàn)象。

14件臨時底板加固的圓筒已順利安全安裝完成，證實采用植筋的方法植入底板連接螺桿的方案是切實可行。

6 結(jié)語

本工程以植筋的方式，成功地完成了14件圓筒與臨時底板的連接加強，累計植入螺桿434條，為類似的改造工程提供了經(jīng)驗。

本工程由于工期緊迫，整個項目在邊設計邊施工的情況下施工，經(jīng)過本次設計失誤充分說明在邊設計邊施工的情形下施工存在很大風險，建設方應重視圖紙審查這一重要過程，以免造成沒有必要的經(jīng)濟損失。

參考文獻：

[1] 朱慈勉. 結(jié)構力學[M]. 高等教育出版社， 2004.

[2] 四川省建筑科學研究院. GB 50367-2013 混凝土結(jié)構加固設計規(guī)范[M]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2014.