直接剪切型錨栓應(yīng)用于圓柱構(gòu)件加固施工

龐錢祥 唐文

[摘? 要]：文章通過總結(jié)直接剪切型錨栓在某工程中圓柱形加固構(gòu)件上的應(yīng)用施工經(jīng)驗(yàn)，介紹直接剪切型錨栓在圓柱加固構(gòu)件上的加固施工技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]：直接剪切型錨栓; 圓柱加固; 施工工藝; 施工質(zhì)量

TU746.3B

直接剪切型錨栓鋼板加固法是一門新的加固技術(shù)。它是通過在混凝土基層上鉆孔，然后植入直接剪切型錨栓，加固鋼板通過錨栓固定在構(gòu)件表面，并在混凝土基層與加固鋼板的空隙間灌加固膠漿密實(shí)，從而形成一個(gè)整體，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下發(fā)生變形時(shí)，帶動(dòng)錨栓擠壓鋼板孔壁，使得加固鋼板和混凝土結(jié)構(gòu)形成整體受力，協(xié)同變形，提高了原結(jié)構(gòu)的承載力，達(dá)到結(jié)構(gòu)加固的目的。

1 工程概況

本工程位于四川省成都市錦江區(qū)，其地下停車場修建于2002年，結(jié)構(gòu)形式為地下2層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，豎向承重構(gòu)件為700 mm鋼筋混凝土圓柱，地下停車場總建筑面積10 764 m2。因經(jīng)受汶川地震、蘆山地震的荷載影響，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的裂縫破壞，嚴(yán)重影響工程使用功能。經(jīng)鑒定檢測，本地下停車場需結(jié)構(gòu)加固修復(fù)后方能投入使用。按照加固設(shè)計(jì)圖紙要求，負(fù)1層頂板梁柱均采用直接剪切型錨栓+鋼板的加固方式（圖1、圖2）。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工材料準(zhǔn)備

主要材料見表1。

2.2 施工技術(shù)準(zhǔn)備

（1）認(rèn)真學(xué)習(xí)和熟悉設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)文件，全面透徹地理解圖紙，了解設(shè)計(jì)要求及施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確工藝流程。

（2）組織內(nèi)部圖紙會(huì)審，提出問題和建議，深入理解設(shè)計(jì)意圖，明確設(shè)計(jì)要求。

（3）編制實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)、施工方案和作業(yè)指導(dǎo)書。

（4）針對(duì)工程特點(diǎn)，為提高項(xiàng)目施工管理水平和施工技術(shù)水平，做好崗前培訓(xùn)。

（5）針對(duì)工藝特點(diǎn)，施工要點(diǎn)有針對(duì)性的培訓(xùn)，做好技術(shù)交底。

2.3 工藝流程

定位放線—反頂卸載—基層及裂縫處理—掃描定位避結(jié)構(gòu)主筋—確定鉆孔孔位—加固鋼板放樣開孔—安裝鉆孔導(dǎo)向管—鉆孔—復(fù)核孔道并清理—注膠—安裝直接抗剪錨栓—孔道膠體固化—拉拔實(shí)驗(yàn)—安裝加固鋼板—封縫灌膠—檢查驗(yàn)收。

2.4 操作要點(diǎn)

2.4.1 反頂卸載

（1）結(jié)構(gòu)加固前，需將額外荷載卸除后方能施工。因各種條件及需求限制，如無法實(shí)現(xiàn)直接卸荷，則需采取體外千斤頂反頂卸載的方式處理（圖3）。

（2）體外卸荷的反頂力，需結(jié)合實(shí)際荷載及結(jié)構(gòu)情況復(fù)核，并由設(shè)計(jì)單位出具卸載值。

（3）卸載過程中，每根卸載柱需分級(jí)加載至設(shè)計(jì)卸載值，并保證各方向的反頂力均衡一致，如有多層卸載，需保證多層卸載柱點(diǎn)位保持在一條鉛垂線，達(dá)到荷載有效傳遞。

（4）保持反頂持荷狀態(tài)，用型鋼安放于千斤頂兩側(cè)，并用鋼楔楔緊然后電焊焊死固定，取出千斤頂，實(shí)現(xiàn)反頂卸載的轉(zhuǎn)換。

（5）施工過程中，設(shè)置專人觀測并記錄反頂設(shè)備運(yùn)行情況，出現(xiàn)緊急情況立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，確保反頂設(shè)備運(yùn)行正常。

2.4.2 掃描定位避結(jié)構(gòu)主筋

結(jié)構(gòu)加固都是對(duì)既有建筑的結(jié)構(gòu)受力性能進(jìn)行補(bǔ)償，其中原結(jié)構(gòu)涉及到很多的隱蔽工程，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理之前，需對(duì)原結(jié)構(gòu)鋼筋位置采取人工和機(jī)器掃描探測，準(zhǔn)確定位，加固作業(yè)時(shí)避開結(jié)構(gòu)主筋，盡可能地減小對(duì)原結(jié)構(gòu)的損傷。

2.4.3 安裝鉆孔導(dǎo)向管

（1）由于錨栓的鉆孔垂直度要求高，施工過程中不能有廢孔，即要求一次鉆孔合格率達(dá)到100%，施工難度大。故采取提前安裝鉆孔導(dǎo)向管措施予以保障。

（2）鉆孔導(dǎo)向管采用鋼管制作，內(nèi)部直徑比鉆孔直徑大4 mm，導(dǎo)向管長度100 mm，端部弧形墊板支座固定在混凝土圓柱上，保證鉆孔成孔質(zhì)量。

（3）導(dǎo)向管利用膨脹螺栓臨時(shí)固定在圓柱上，底座與圓柱面密貼，然后進(jìn)行垂直度的檢測，滿足要求后方能進(jìn)行鉆孔施工。

（4）待一個(gè)孔施工完成，并復(fù)測合格后方能拆除導(dǎo)向管，移至下一個(gè)孔位繼續(xù)施工。

鉆孔導(dǎo)向管施工節(jié)點(diǎn)大樣如圖4所示。

2.4.4 加固鋼板放樣開孔

（1）結(jié)構(gòu)基層上錨栓位置精確定位并鉆孔完成后，將點(diǎn)位放樣至加固鋼板上，進(jìn)行開孔，加固鋼板采用2個(gè)半圓圍合而成，接縫處采取焊接連接。

（2）鋼板開孔不能采用電弧焊，成孔形式需采用沖孔工藝，以保證鋼板孔壁的順直，不能有毛邊、夾渣、不順滑等缺陷，實(shí)現(xiàn)孔壁與栓桿緊密連接。

（3）鋼板開孔孔徑需滿足D=d+6，（d為錨栓桿直徑）。

2.4.5 安裝直接抗剪錨栓

（1）對(duì)應(yīng)每根圓形結(jié)構(gòu)柱，復(fù)核每個(gè)鉆孔的深度，垂直度，孔內(nèi)殘?jiān)那謇砬闆r，形成書面記錄。

（2）配置結(jié)構(gòu)膠，將錨栓桿植入孔內(nèi)。

（3）待結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度滿足要求后，經(jīng)拉拔實(shí)驗(yàn)合格，將工廠內(nèi)加工好的鋼板，對(duì)應(yīng)相應(yīng)孔位進(jìn)行安裝，并臨時(shí)固定。

（4）將每個(gè)鋼板孔位置，套入抗剪錨栓配套的開口墊環(huán)。開口套環(huán)翼緣緊貼鋼板孔外壁。

（5）旋進(jìn)螺帽，將開口墊環(huán)頂進(jìn)膨脹，頂緊鋼板孔壁，通過開口墊環(huán)，使鋼板孔與錨栓桿緊密無間歇連接。

（6）待錨栓及加固鋼板安裝完畢后，將錨栓螺帽位置及加固鋼板底口用抗裂砂漿進(jìn)行臨時(shí)封堵，形成強(qiáng)度后，進(jìn)行灌膠，使加固鋼板與結(jié)構(gòu)基層間的縫隙完全填充密實(shí)，形成有效整體。

直接剪切型錨栓與加固鋼板安裝示意如圖5所示。

3 質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量控制

直接剪切型錨栓鋼板加固施工嚴(yán)格按照J(rèn)GJ82-2011《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》及GB 50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》進(jìn)行施工，按照GB 50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB 50300-2013《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行自檢，并結(jié)合設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行施工，確保工程施工質(zhì)量。

3.2 材料質(zhì)量保證措施

（1）加固用鋼板、錨栓等原材料均需滿足設(shè)計(jì)要求，鋼板、型鋼采用Q345B鋼材，粘鋼用結(jié)構(gòu)錨栓采用高強(qiáng)直接剪切型錨栓。分別進(jìn)行材料的長度、寬度與厚度檢查，注意材料的負(fù)公差是否超標(biāo)。

（2）結(jié)構(gòu)灌縫膠的選擇采用GB 50367- 2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的A級(jí)膠，其力學(xué)性能等指標(biāo)必須有權(quán)威單位的檢測報(bào)告，且符合設(shè)計(jì)文件要求;化學(xué)漿液應(yīng)具有一定抗沖擊、變形能力、漿液粘度小、滲透能力強(qiáng)，此外還應(yīng)滿足表2技術(shù)指標(biāo)。

（3）進(jìn)場材料必須有相應(yīng)合格證，質(zhì)量證明文件，檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告單等。并由監(jiān)理單位見證取樣送至具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)復(fù)檢，合格后方能投入使用。

3.3 加工制作質(zhì)量控制措施

（1）因加固的結(jié)構(gòu)柱為圓柱，采取在工廠內(nèi)加工成2個(gè)半圓鋼板，待現(xiàn)場鉆孔點(diǎn)位確定后，放樣至半圓鋼板上，再?zèng)_孔制作而成，分別編號(hào)完善，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行合攏對(duì)孔安裝。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行自檢、互檢、專業(yè)檢的“三檢制度”，確保工序質(zhì)量。

（3）堅(jiān)持樣板引路制度。在每個(gè)工序施工之前，制作施工樣板，提前暴露各種施工問題，梳理施工注意要點(diǎn)并在后續(xù)施工中加以規(guī)避錯(cuò)誤，保證大面施工的正確性，避免大量返工，從而保證施工質(zhì)量及施工工期要求。

（4）充分發(fā)揮技術(shù)管理工作，加強(qiáng)技術(shù)交底，特別對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的宣貫，施工前每個(gè)人員都應(yīng)做到心中有底。認(rèn)真研讀圖紙，相關(guān)技術(shù)規(guī)范、圖集及標(biāo)準(zhǔn)的把握，交底清楚。對(duì)于特別重要的部位，需加強(qiáng)過程管控，編制工藝施工指導(dǎo)書，指導(dǎo)施工，避免錯(cuò)誤，影響施工質(zhì)量。

（5）加固鋼板的焊接作業(yè)工程量大，焊接質(zhì)量直接影響工程質(zhì)量。焊接制作過程中，加強(qiáng)焊接工藝的評(píng)定及管理，注意各焊接參數(shù)的選定，確保質(zhì)量。

（6）鋼板的沖孔質(zhì)量需滿足孔壁與抗剪錨栓無間隙緊密連接，對(duì)成孔質(zhì)量控制嚴(yán)格，故特采取在加工廠內(nèi)利用沖床進(jìn)行成孔作業(yè)?？妆谛枳龅巾樆?，無其他質(zhì)量缺陷。

3.4 直接剪切型錨栓安裝質(zhì)量控制措施

（1）安裝錨栓之前，必須將錨栓孔內(nèi)的灰渣清理干凈。結(jié)構(gòu)基層的浮灰及裂縫必須提前修復(fù)處理完畢。

（2）將合格的材料樣品進(jìn)行封樣保存，隨機(jī)抽取現(xiàn)場材料與樣品進(jìn)行比對(duì)。

（3）錨栓孔的鉆孔施工前，提前在孔位安裝導(dǎo)向管，確保電鉆成孔過程中不發(fā)生歪斜，從而達(dá)到鉆孔與圓柱結(jié)構(gòu)成垂直角度，滿足加固鋼板孔壁與栓桿緊密無間隙連接。

（4）錨栓孔內(nèi)注入粘鋼膠，膠體注入孔道2/3為宜。然后把錨栓緩慢的按一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)插入孔道，使膠液剛好擠出孔道，同時(shí)插入的過程中時(shí)刻檢查并保證栓桿與結(jié)構(gòu)基層的垂直度。

（5）待加固鋼板對(duì)孔套入栓桿后，開口墊環(huán)套入鋼板孔（鋼板孔直徑D=d+6，開口墊環(huán)翼緣直徑D1=d+7，d為栓桿直徑），最后旋緊螺帽。在螺帽的旋緊過程中，螺帽頂緊開口墊環(huán)，帶領(lǐng)開口墊環(huán)膨脹從而卡緊鋼板孔，實(shí)現(xiàn)鋼板孔壁與錨栓桿的緊密連接。

4 加固效果分析

以前常用的錨栓鋼板加固法在施工過程中，鋼板的穿孔直徑需大于錨栓桿直徑，以滿足加固鋼板穿套錨栓桿的要求，但這樣做以后，當(dāng)加固構(gòu)件受荷載作用，發(fā)生變形或位移，可能出現(xiàn)某些錨栓已受力屈服，某些錨栓才剛剛開始受力，甚者還有栓桿和鋼板孔還未接觸，導(dǎo)致各個(gè)錨栓不能有效協(xié)同受力，使得群錨系統(tǒng)的抗剪能力不能充分的發(fā)揮。

直接剪切型錨栓螺栓鋼板則有效的解決了這一問題，能夠發(fā)揮群錨系統(tǒng)協(xié)同受力，充分發(fā)揮各錨栓的抗剪能力。其原理為：加固鋼板對(duì)孔套入錨栓桿后，其設(shè)置開口墊環(huán)，套入鋼板孔，鋼板孔直徑D=d+6，開口墊環(huán)翼緣直徑D1=d+7，其中d為栓桿直徑，最后旋緊螺帽。在螺帽的旋緊過程中，螺帽頂緊開口墊環(huán)，帶領(lǐng)開口墊環(huán)膨脹從而卡緊鋼板孔，實(shí)現(xiàn)鋼板孔壁與錨栓桿的緊密連接。這個(gè)工藝對(duì)鉆孔與結(jié)構(gòu)基層的垂直度要求非常高，鉆孔過程中，采用了提前安裝導(dǎo)向管的工藝，保證鉆孔垂直度的精度要求。相較傳統(tǒng)加固施工工藝直接剪切型錨栓螺栓鋼板加固效果更好。

參考文獻(xiàn)

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