化学植筋在码头加固改造工程中的应用

2013-08-23明廷涛徐文成

山西建筑 2013年14期

明廷涛徐文成

(1.中交第二航务工程局一公司，湖北武汉 430012;2.中建三局建设工程股份有限公司西北公司，陕西西安 710065)

近年来，随着我国经济的快速发展，对码头的使用要求也在不断提高，在原有码头结构基础上进行加固改造的课题也日益显得重要。化学植筋技术是近年来发展的一项新型钢筋锚固技术，具有施工工艺简单、适用范围广、工作效率高、性能可靠，且成本较低以及不破坏原有结构等优点，目前已经在码头的加固改建中得到了普遍的应用。

1 植筋理论分析

1.1 植筋锚固的工作原理

在原有混凝土构件上根据需要，钻以适当的直径、深度的孔洞，注入化学锚固胶。化学锚固胶在凝固后能产生高强度的粘结力，使螺杆、钢筋等与混凝土通过锚固胶的粘结作用，成为一个共同受力体，以承受足够的拉应力或者剪应力，从而达到预埋效果。作用在植筋上的拉力是通过化学植筋胶向混凝土中传递。

1.2 常见的植筋锚固结构破坏形式［1］

在静力拉拔试验中常见的破坏形态有四种形式:钢筋拉断;混凝土锥体破坏;结构胶与混凝土粘结滑移破坏;锥体—粘结复合破坏(见图1)。1)钢筋拉断:钢筋在拉力作用下被拉断。当植筋锚固深度比较大，混凝土和锚固胶的强度都比较高时，钢筋的直径比较小，钢筋拉应力超过了钢筋的抗拉强度而被拉断。2)混凝土锥体破坏:钢筋周围的混凝土在拉力作用下被拉裂而破坏。这种破坏一般发生在锚固长度比较小的情况下，此时钢筋周围的混凝土承受的拉应力超过混凝土抗拉强度，呈锥体状被拉裂。3)粘结破坏:混凝土和锚固胶体发生滑移，锚固胶体随着钢筋一起被拔出。混凝土孔位内水气、粉尘、油污等清理不干净，锚固胶体强度低，或者冻融均易发生这种形式的破坏。4)锥体—粘结复合破坏:破坏时混凝土表面的钢筋周围发生锥体破坏，锥体以下的锚固段发生滑移，胶层体随着钢筋一起从混凝土中拔出。

图1 植筋锚固结构破坏形式

1.3 植筋粘结性能影响因素

植筋粘结性能的影响因素很多。除了钢筋直径、钻孔直径、混凝土保护层厚度以及施工质量外，还受到锚固基材混凝土强度、植筋深度、温度三个主要方面的影响。植筋锚固承载力的确定首先是基于试验结果。但是实验室条件和现场施工条件完全不同。为了研究各个不同工作条件对植筋承载力的影响，某些重要的影响因素，则通过分组实验，把各个因素分开考虑，除了考虑的因素变化外，其他条件按基本实验条件不变。1)锚固基材混凝土强度:单向拉拔植筋试件的实验结果表明，当植筋的植入深度较小(钢筋埋深小于15d)，且在混凝土中没有横向配筋时，往往会发生混凝土的锥形破坏。在此情况下，混凝土抗拉强度或抗裂强度将影响试件破坏时极限承载力的大小。当植入深度达到15d或者更大时，钢筋拉拔后的破坏形式，主要为钢筋屈服。混凝土构件的植筋粘结强度与混凝土的强度等级成正比。2)植筋深度:随着锚固长度的增加，承载能力增大。但平均粘结强度减小，锚固长度较短时，这种变化尤为明显。锚固较长时，这种变化则渐趋平缓［2］。3)温度:将植入钢筋预先进行高温加热处理后，其粘结强度明显大于没有做任何处理的植筋粘结强度，且植筋粘结性能与混凝土强度等级成正比［3］。

2 化学植筋技术在加固改造工程中对材料的要求［4］

2.1 化学植筋技术对混凝土基材的要求

混凝土基材应具有较大的体量，强度等级不得小于C20，能够承担对被连接件的锚固与全部附加荷载。对于一些风化的、不密实的或者破损的混凝土或者混凝土的强度等级低于C20，由于其锚固承载力非常低，不得作为锚固基材。

2.2 化学植筋技术对锚筋的要求

化学植筋技术所使用的螺杆与钢筋，应采用Q345，Q235钢螺杆和HRB335，HRB400级带肋钢筋，选用螺杆与钢筋要根据结构的使用要求。钢筋的强度指标必须符合现行国家标准GB 50010混凝土结构设计规范中的相关规定。

2.3 化学植筋技术对锚固胶的要求

植筋用的锚固剂必须通过专门的试验确定，获准后方可使用。除锚固胶说明书规定可以掺入定量的填料外，现场施工中不宜随意增添掺料。当植筋的直径大于22 mm时，应采用A级胶。锚固用胶粘剂的质量和性能应符合相关规范的规定。

3 植筋施工工艺

3.1 工艺流程

定位→材料准备→机械钻孔→清孔→注胶植筋→固化保护→检测。

3.2 施工方法［5］

1)定位:按照设计要求标示出植筋钻孔位置、型号。可适当调整孔位以错开原结构钢筋位置。2)材料准备:按照加固设计的要求确定植入钢筋的下料长度和钢筋直径。用钢丝刷将所需植入长度范围内的钢筋表面的油污、锈渍除掉，然后将其烘烤使其清洁干燥。3)机械钻孔:钻孔宜采用冲击钻或风镐钻，也可用水钻钻孔。用冲击钻钻孔，钻头直径应比钢筋直径大5 mm左右，钻头始终与结构面保持垂直，且孔距不得小于5倍钢筋直径。4)清孔:清孔是植筋中最重要的一个环节。孔钻完后内部会有很多灰粉、灰渣;用水钻钻孔时，孔里面会有残留水渍，这会直接影响到植筋的粘结性能，所以一定要把孔内杂物清理干净。方法是:先用毛刷伸至孔底，来回反复抽刷，把孔底和孔壁的灰尘、碎渣带出，再用压缩空气，吹出孔内浮尘。吹完后再用脱脂棉蘸酒精或丙酮擦洗孔内壁。若采用水钻钻孔，可对孔进行烘烤，以保证孔内干燥。5)注胶植筋:把胶粘剂通过注胶枪从孔底慢慢向孔口注胶，注胶枪边注胶边慢慢后退，使孔内的空气彻底排出，确保注胶饱满。注胶至3/4孔洞处后，把钢筋植入设计深度的标志处后，继续注胶填满孔洞。钢筋插入时要注意以单一方向慢慢旋转，使胶体与钢筋充分粘结并不留空隙，同时应保证植入钢筋垂直于混凝土表面。6)固化保护:在锚固胶凝固之前要防止钢筋受到扰动。若发现钢筋受到大的扰动，必须将其马上拔出，重新植筋。7)检测:植筋后进行非破损性拉拔试验，检测的数量是植筋总数的10%。梯度加载至设计锚固力并保持3 min，若构件未受到破坏满足承载力要求即可。

4 植筋技术在码头结构改造工程中的运用情况

某码头于1998年7月修建，一直作为砂石料卸货码头。后需将其按停靠14 000 kW大型救助船的系靠要求对该码头进行加固改造为某东海救助局码头。改造方案为:1)岸侧300H拱形橡胶护舷预埋螺栓采用钻孔后化学锚固，螺栓埋设完成后安装300H拱形橡胶护舷本体。锚固螺栓型号为M30，材质为1Cr13，锚固深度60 cm，锚固螺栓抗拔力检测要求为M30-130 kN，钻孔直径采用38 mm。2)在码头前沿设置4座混凝土斜梯。斜梯长7 m，宽1.5 m，厚度42 cm，斜梯上下高差3.2 m。斜梯上部与排架上横梁连接，下部通过化学植筋与排架下横梁连接。植筋钢筋采用上下两排共20根直径25的HRB335钢筋，植筋长度为600 mm，钻孔直径为32 mm。在加固过程中，锚固胶采用HY150植筋胶。在粘结终凝后，经现场拉拔试验，拉力达到167 kN时，未发生任何情况的破坏现象。该工程2012年加固改造完毕投入使用后，至今未出现任何异常，完全满足使用要求。