桥梁加固施工中化学植筋技术的应用

饶彪飞，李红玉

（1.抚州市交通运输局，江西 抚州 344099；2.江西省交通工程集团建设有限公司，江西 南昌 330199）

1 化学植筋承载力的影响因素

化学植筋技术的锚固效果主要受钢筋质量、混凝土基材质量、粘接剂性能、钢筋锚固深度、孔径、施工环境温度等因素的影响。植筋在结构受力的情况下会与周边的粘接剂握裹咬合，并将受力传递至粘接剂和孔壁周围混凝土结构中，因粘接剂具有大于混凝土结构的强度，所以，孔壁粘结摩阻力直接影响植筋受力的抗拔力。在植筋受力向孔壁及混凝土结构传递的过程中，粘接力将逐渐向钢筋末端传递，并当粘结摩阻力发挥至极限时，便会导致植筋与混凝土发生相对位移[2]。植筋破坏主要表现为粘接剂（与钢筋和混凝土）粘结破坏、钢筋断裂、混凝土复合锥体破坏等具体形式。虽然化学植筋锚固遭遇破坏的原因和机理较为复杂，但完全可以通过严控植筋锚固尺寸、粘接剂性能、承载力计算等方式预防植筋破坏，提升植筋锚固施工质量。

1.1 混凝土强度

植筋承载力及破坏形式受混凝土强度的影响较大，混凝土强度较低时植筋表现为混凝土锥体破坏，而当混凝土强度高时，植筋表现为混凝土锥体和粘结的复合型破坏。随混凝土结构强度的增大，其结构和粘接胶之间的吸附、内嵌作用均显著增加，能有效延缓混凝土基材开裂，阻止即有裂缝的进一步延伸。植筋技术所锚固的混凝土基材必须为等级C20～C60的钢筋混凝土、普通混凝土和预应力混凝土等结构，对于各种砌体结构、轻质或风化的混凝土结构、脆弱的抹灰及装饰层等不能使用植筋加固技术。

1.2 粘接剂

由粘合机温度、性能、相变等引起的粘合剂层和待粘接结构变化而形成的内应力对植筋和既有混凝土结构粘接强度有较大影响。为保证粘接剂和孔壁、植筋表面紧密接触，粘接剂充分浸润结构物表面，必须保证被粘接表面清洁干燥。试验结果表明，未处理的钢筋表面和环氧树脂粘接剂粘接后抗拉强度仅为0.349kg·mm-2，而通过三氯乙烷等清洁溶液处理后的钢筋表面与粘接剂粘接后抗拉强度可达1.625kg·mm-2，粘接强度显著增大。通常情况下，抗拉和抗剪切强度随粘接层厚度的增大而减小，剥离强度却随之增大，为获得最大的抗拉和抗剪强度，应将粘结层厚控制在0.02～0.08mm以内或是0.1～0.2mm范围内。

1.3 钢筋埋深

钢筋埋深主要影响锚栓承载力，不同的植筋深度所承受和传递的承载力不同，按照相关试验，当植筋埋设深度在钢筋直径8～10倍时，通常发生锥体-粘接的复合型破坏，当植筋埋深在钢筋直径15倍以上时，钢筋才会达到屈服状态，并表现出锥体-粘结复合型破坏。钢筋埋深应控制在混凝土基材厚度的2/3以内才能有效防止植筋强度范围内发生劈裂破坏和锥体破坏。按照《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）的规定，符合锚固深度条件的化学植筋不得发生混凝土基材拔出破坏[3]，这就要求植筋的屈服荷载不得超出粘结破坏和混凝土基材破坏时所对应的承载力。上述粘结破坏和混凝土基材破坏均直接受钢筋埋深的影响，为使钢筋达到设计屈服强度要求，其埋深必须符合设计及相关规范的规定。

2 应用实例

2.1 工程概况

某桥梁为县道公路沿江大道涌桥维修加固工程，桥梁起讫桩号为K2+240～K2+820，中心桩号K2+530，全长580m，设计跨径组合为12×20m，桥面宽50m，按照四幅桥设计建设，中间两幅总宽12.8×2m，为机动车道，外侧两幅为非机动车道和人行道。上部结构按后张法预应力混凝土空心板设计，每跨包括10片空心板；下部结构为柱式桥墩和钻孔灌注桩基础，左右副桥结构墩台顶设置板式橡胶伸缩缝，桥面采用水泥铺装层。桥梁自2006年运行以来随着车流量的不断增大，桥面板先后出现多条裂缝，危及桥梁结构运行安全。

2.2 方案设计

本桥梁工程加固胶粘剂采用ZL-JGN建筑结构胶，此类型胶粘剂分为甲胶和乙胶，其中甲胶呈白色，环氧树脂、二辛脂增塑剂和二甲酸二丁酯增韧剂是其主要成分；乙胶呈黑色，环氧树脂、固化剂和二辛脂增塑剂为其主成分；植筋选用Ⅱ级筋材钢筋。按照设计要求及相关规范，可得出几种不同型号的植筋锚固参数，具体见表1。

表1 不同型号的植筋锚固参数

2.3 施工工艺流程

2.3.1 混凝土孔处理

严格按照设计要求及施工方案所确定的植筋锚固参数以及定位放线结果，通过电锤钻孔，钻孔过程中如探测到混凝土结构主筋时必须适当调整孔位，钻孔孔径应比植筋直径大出4～10mm。待完成钻孔施工后，应彻底清理孔底及孔周边40cm范围内的孔渣等杂物，并通过气泵和刚性毛刷按照“三吹两刷”的流程进行孔底清理，完成后再用棉球蘸取丙酮溶液进行孔洞内壁的涂刷。清理完成后通过空压机将加热后的空气由孔底吹出进行孔壁干燥，如果工期允许，可通过自然风干的方式。完成孔底清理及孔壁涂刷干燥后封盖孔口，防止异物、灰尘等落入。

2.3.2 粘接剂配置

按照3：1的配合比将甲胶和乙胶倒入清洁容器，配置量较少时以人工方式连续搅拌8min至均匀，如果配置量较大，则应采用电动搅拌机连续搅拌3～5min，制备好的粘接剂必须尽快使用完，静置时间不应超过30min。

2.3.3 植筋锚固

将混合嘴装在专用的注射器上并将制备好的粘接剂装入注射器，将混合嘴插入孔底后从孔底开始连续均匀注胶，并保证孔内无气泡及空隙出现，注满孔深的2/3时停止注胶，按照一个方向以连续旋转1～2min的方式将钢筋植入孔洞并达到孔底，使钢筋和孔内粘接剂充分粘结，并按照设计要求进行钢筋几何位置及垂直度等的调整。且钢筋插入孔底后必须有粘接剂从孔口溢出，如无粘接剂溢出，则表明注胶量不足或注胶存在空隙、气泡，必须拔出钢筋后重新注胶。

对于合格的植筋应设围挡保护，并在孔洞内粘接剂达到固化状态前禁止触碰、振动和摇摆钢筋，以确保植筋锚固效果。

2.4 施工试验

本桥梁锚固施工前在相同混凝土锚固基材注胶植筋完成72h后对各种型号的植筋进行了破坏性的抗拉拔试验，试验装置详见图1。根据试验结果，本工程所使用的各型号植筋均未出现裂缝及损坏，均符合抗拉拔性能设计要求。此外，根据所制作的与待加固桥梁相同的混凝土锚固基材破坏性试验结果，植筋深度超过钢筋直径的15倍时植筋破坏形式主要表现为钢筋屈服破坏，并呈现出明显的颈缩特性，此种情况下，钢筋屈服强度是影响植筋强度的主要方面。而当植筋深度不足钢筋直径的15倍时，因钢筋受拉原因而导致胶粘剂和既有混凝土结构的粘接面发生冲切和脆性破坏，严重影响植筋加固效果。所以本桥梁工程植筋深度不得小于钢筋直径的15倍，以充分发挥锚固钢筋的极限强度。

图1 破坏性抗拉拔试验装置

3 结语

本文分析结果表明，桥梁结构加固的化学植筋技术具有显著的技术优势和严格的适用范围，因其不改变既有混凝土结构断面及配筋，锚固速度快，施工工艺简单，加固效果良好。既适用于隧道、地铁、污水处理等工程，以取得整体性防水效果，对于既有公路桥梁结构、现浇建筑楼板等工程可以达到防治有害裂缝，减少模板周转，加快施工进度的技术效果，从而为各类混凝土工程带来显著的经济效益和社会效益。