植筋技术在地下工程加固改造中的应用

李均山 郭宇

摘要：以某地下空间开发工程为满足消防及商用功能，对原结构进行加固改造为实例。采用植筋的方式实现原结构钢筋混凝土梁、柱截面的增大，使原结构承载力满足设计要求。针对影响植筋锚固效果的主要因素进行了分析，并推导出植筋锚固深度计算公式。最后，进行原位非破坏性拉拔试验。结果表明，各种型号植入钢筋拉拔力均满足规范要求，植筋达到预期效果。

关键词：植筋;钢筋混凝土;加固改造;拉拔试验

引言

植筋是在原结构基材上钻孔，通过植筋胶的粘结与咬合实现植入钢筋与基材的有效连接，可以有效地减少对原建筑结构的损坏。植筋技术作为一种简捷、有效的连接与锚固技术广泛应用于建筑二次结构、加固、改造及补强等工程施工，尤其在新旧混凝土构件连接上。以某地下工程混凝土梁、柱截面加大的施工为实例，介绍植筋锚固技术在地下工程结构加固中的应用。

一、工程概况

某地下工程为地铁车站配套商业开发项目，为满足消防及商铺规划需要，在原地下室负一层增设通达地面的消防楼梯，并对楼梯开口影响范围内的地下室顶板梁、负一层板梁及板下柱进行加固改造。原地下室结构混凝土强度等级为C35，为了便于施工及保证灌注的密实性，加大截面梁柱采用灌浆料施工，并满足C45强度等级;加大截面结构钢筋采用植筋方式与原混凝土基材进行结合，使新旧结构有效连接，提高梁柱结构承载能力[1]。

二、植筋锚固机理分析

2.1本构模型

植筋原理是通过植筋胶的粘结和锁键作用使钢筋与混凝土基材进行连接，这种连接存在两个接触界面：一个是植筋胶与基材界面;另一个是植筋胶与植入钢筋界面。两个界面的粘滞作用效果是植筋破坏形式划分重要判据，也是植筋效果好坏的重要标志。当拉拔力作用到钢筋上时，荷载通过植筋胶与钢筋界面的粘结力传递到植筋胶，再通过植筋胶与基材界面的粘结力传递到基材，两个界面的粘结力强度共同抵抗外部载荷，使其界面不出现滑移现象。植筋结构破坏也是从这两个界面及基材自身的滑移破坏来体现，由此可以看出植筋锚固效果与植筋胶性能、基材强度及钢筋强度有很大的关系[2]。

2.2破坏形式

2.2.1浅部混凝土锥形破坏

此类破坏主要是由于植筋深度不够。受到荷载作用时，受力构件薄弱部位为混凝土基材，基材首先发生破坏，受力构件根部会裹带着破坏的混凝土锥形体被整体拔出。实际操作中，出现此类破坏的情况时植筋效果得不到充分發挥，设计一会按规范要求规定植筋深度，因此此类破坏模式出现较少。

2.2.2界面破坏

由于胶～混凝土界面、胶～钢筋界面或两个界面粘结力不够，界面出现滑移破坏。破坏特征分为2种：1）钢筋连带植筋胶一块从混凝土基材中被拔出;2）钢筋直接被拔出，往往在钢筋肋处会裹带着部分植筋胶。这种破坏模式一般是由于植筋胶强度或接触界面处理达不到规范要求[3]。

2.2.3混凝土锥形及界面复合破坏

这种破坏模式一般是在植筋深度满足要求的情况下，植筋锚固体与深部基材受拉强度存在差异性而出现的脱离破断现象。此类破坏较为常见且复杂，一种情况表现为钢筋与植筋胶连带着混凝土锥形体一块被拔出;另一种情况表现为钢筋发生破坏的同时发生混凝土锥形体破坏。

2.2.4钢筋破坏

此类破坏表现为钢筋屈服破断，一般是植筋深度足够大且植筋胶锚固性能强，锚固效果得到充分发挥的情况，在实际操作中为比较理想的状态。但设计时应按规范要求设计，选择合适的植筋参数，以免过于保守，造成成本浪费。

2.3影响因素

2.3.1植筋胶性能

市面上植筋胶的种类繁多，性能各异，按照植筋胶成分可分为有机型和无机型。植筋胶对于性能差异的影响主要体现在与基材的粘结力上，粘结力越大，锚固效果越好。在实际工程中应该综合考虑，选择质量可靠、性能较好、行业口碑较好的满足设计规范要求的植筋胶[4]。

3.1工程概况

本工程结构设计使用年限为100a，对结构耐久性要求比较高，尤其是植筋锚固构件的强度要求。为保证后浇结构与原结构受力的协同性，后浇结构强度应大于原结构强度至少一个等级;钢筋采用与原结构相同强度等级，均为HRB400级钢筋，植筋胶采用A级结构胶。

3.2施工控制

3.2.1基材处理

首先凿除混凝土构件表面的装饰、保护，露出混凝土结构层;对混凝土缺陷部位（混凝土疏松、破损）应清理至坚实基层。混凝土存在裂缝应按要求处理;钢筋锈蚀应进行除锈和清洁。将结合面处的混凝土进行凿毛;凿毛点深约3mm，点数为600点/m2～800点/m2，均匀分布，也可凿成点深4～5mm，间距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、浮浆，并将灰尘清理干净。

3.2.2植筋施工

首先按设计要求的孔位、孔径、孔深钻孔，用吹风机与刷子清理孔道直至孔内壁无浮尘水渍为止。要求钢筋必须顺直，植筋前应对原钢筋进行除锈，且除锈长度大于植筋长度。植筋时，其钢筋宜先焊后种植，若有困难必须后焊，其焊点距基材混凝土表面应大于15d，且应采用冷水浸润的湿毛巾包裹植筋外露部分的根部。

3.2.3灌浆施工

施工前应对混凝土基面充分洒水浸润。原构件混凝土的界面，应涂刷结构界面剂。拌制灌浆料时水的掺入量按产品说明要求。浇筑过程中应保证气体自由溢出，保证浇筑密实。浇筑完成后应采取适当的养护措施。

结语

植筋技术在改造工程中的广泛应用，能够有效、方便地解决新旧混凝土构件的连接问题，提高结构补强效果。影响植筋锚固强度因素很多，主要有钢筋强度、植筋胶性能、植筋深度及间距和外部环境等，因此植筋设计时选择合理的参数，确保植筋的有效性。现场拉拔试验结果表明，当植筋深度l≥16d时，其锚固强度完全可以满足设计及规范要求，植筋效果达到预期效果。

参考文献：

[1]赵学军.植筋技术在桥梁加固工程中的应用[J].科技创新与应用，2018（26）：173-174.

[2]曹贺龙.地下室剪力墙植筋施工项目质量控制措施辨析[J].中国招标，2018（29）：34-35.

[3]孙天生，牟长江，刘瑞，安宝.高速公路改扩建桥梁工程中植筋技术的应用分析[J].科技资讯，2018，16（21）：59-60.

[4]贾红虎.植筋技术在高速公路改扩建桥梁工程中的应用[J].建筑技术开发，2018，45（13）：100-101.

[5]刘洪俊.植筋技术在高速桥梁加宽施工中的应用研究[J].价值工程，2018，37（17）：251-253.

[6]毛秋燕，陈炳耀，庞文武，温海军，何冬梅.浅谈植筋技术加固原理及施工质量控制[J].建材发展导向，2018，16（04）：59-61.