淺析混凝土植筋技術及工程應用
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：在鋼筋混凝土結構上植筋錨固利用化學錨固劑作為鋼筋與混凝土的粘合劑，植入的鋼筋具有很強的抗拔力,保證了錨固強度，是一種處理橋梁施工結構缺陷和改造具有一定年限建筑的好辦法
關鍵詞：植筋技術 植筋膠 植筋的抗剪力 粘結劑強度 錨固長度
近年來,混凝土新技術和新材料在工程改建和加固中普遍開始應用,植筋技術作為一種新型的加固技術,不僅具有施工方便、工作面小、工作效率高的特點,而且還具有適應性強、適用范圍廣、錨固結構的整體性能良好、價格低廉等優點。由于在鋼筋混凝土結構上植筋錨固已不必再進行量的開鑿挖洞,而只需在植筋部位鉆孔后,利用化學錨固劑作為鋼筋與混凝土的粘合劑就能保證鋼筋與混凝土的良好粘接,從而減輕對原有結構構件的損傷,也減少了加固改造工程的工程量;又因植筋膠對鋼筋的錨固作用不是靠錨筋與基材的脹壓與摩擦產生的力,而是利用其自身粘接材料的錨固力,使錨桿與基材有效地錨固在一起,產生的粘接強度與機械咬合力來承受受拉荷載,當植筋達到一定的錨固深度后,植入的鋼筋就具有很強的抗拔力,從而保證了錨固強度。工程實踐證明,植筋技術不失為一種處理橋梁施工結構缺陷和改造具有一定年限建筑的好辦法。
一、植筋技術簡介
1．原理
植筋技術是一項新型的鋼筋混凝土結構加固技術,是一項對混凝土結構較簡捷、有效的連接與錨固技術。它是在已有混凝土結構或構件上以適當的直徑和深度鉆孔,并采用專用植筋膠,利用其粘結和鎖鍵原理使新增的設計鋼筋與原混凝土粘接牢固,使作用在植筋上的拉力通過化學粘接劑向混凝土中傳遞,從而形成整體受力體。目前,已廣泛地應用于已有建筑物的加固改造工程中。其工作原理是:在加固過程中,新舊混凝土界面的抗剪力主要由以下幾部分組成:界面混凝土內部結合力,界面摩擦力,植筋的抗剪力。當外力作用達到一定程度,界面混凝土內部結合力被抵消,新增的混凝土與原混凝土面理論上分離,產生相對位移,此時植筋受拉力和剪力產生的彎矩作用,作用值的小依賴于界面的粗糙度和強度。如果界面足夠粗糙,此時會產生附加的混凝土層間的內連鎖作用(包括摩擦力和內部結合力),起到部分抵消外部剪力的功效。
2．優點
1)設計的靈活性:根據需要可以在鋼筋混凝土的任何位置,根據結構受力特征而設計植筋的數量及規格。
2)可靠性優于預埋件:一般鋼筋混凝土結構在需要與其他結構連接處均預留預埋件,但預埋件位置難以準確,調整功能后預埋件的位置難以改變且施工繁瑣,而植筋具有靈活性,其可靠度與預埋件基本相同。
3)比一般的鉚、焊法受力均勻,材料不會產生應力集中現象(如焊接時的熱應力等),使植筋更耐疲勞
4)承載力,按計算施工的植筋完全能滿足受力要求。
5)工藝簡單,可縮短工期,往往在2 ~3 d或更短時間內就可使用。
6)鉆孔直徑、深度范圍廣、施工靈活,抗高溫,可近距離焊接施工。
7)基本沒有滑移
8)造價低:以應用植筋技術最多的框架柱與砌塊填充墻之間的錨拉筋為例。經過施工單位使用情況調查,一般每公斤結構植筋膠可植100根錨拉筋,植筋所用結構膠成本還不到0.5元,由于植錨拉筋工藝簡便,一般鋼筋工都可以操作,且每個工日至少可植50根,每根鋼筋綜合成本也就在1 ~2元左右,比其他施工方法都要經濟。
3．影響因素
植筋技術的成敗主要取決于混凝土基材質量、鋼筋質量、粘結劑強度、鋼筋植入混凝土深度(錨固長度)、施工溫度等因素。
1)混凝土本身強度如果很低,植入高強度鋼筋的強度沒有任何意義。所以根據《混凝土結構加固技術規范》規定,混凝土強度不宜低于C15。
2)鋼筋一般選用I級、Ⅱ級鋼筋,其強度應符合現行國家標準,即《普通碳素結構鋼技術條件》的規定。粘結劑的自身強度及粘接強度必須滿足使用要求。
3)混凝土植筋的破壞形式則主要取決于植筋的錨固深度,就植筋的埋置深度而言,試驗研究表明,埋深較小時,植筋發生混凝土錐形破壞,承載力較低,不但不能發揮鋼筋的作用,而且呈脆性破壞;埋置深度較時,鋼筋發生斷裂破壞,鋼筋植入部分沒有發生絲毫滑移,強度未充分發揮,容易造成材料浪費;只有埋置達到適當的深度時,植筋破壞始于鋼筋屈服,有明顯的預兆,符合工程需要。這個“適當的深度”需要通過試驗來確定,目前還沒有準確的理論計算公式可應用于指導植筋工程設計。建議深度為目前的結構加固和改造工程中家普遍憑經驗采用5d或10d。
4)施工溫度。植筋的施工溫度直接影響粘結劑的固化時間。一般情況下,植筋所用粘結劑的固化時間隨溫度的升高而縮短;植筋的環境濕度直接影響粘結劑的固化時間和力學性能的發揮,故應確保環境溫度不致過高。
4．施工要點
1)工藝流程:錨固鋼筋設計→定位→鉆孔→清孔→注膠→除銹后在鋼筋上標記埋深,植入鋼筋→留足夠的時間固化,防止流膠→檢驗固化效果,合格后,對結構表面進行鑿毛處理,清潔表面→澆筑新增結構混凝土。
2)施工中應注意的問題:①按設計要求定位布孔;②鉆孔與母體表面垂直,孔徑比鋼筋直徑5mm,注意鉆孔位置應避開結構內鋼筋,尤其是受力主筋。采用水鉆鉆孔時,應對孔壁進行打毛及干燥處理;③用刷子及清潔的壓縮空氣清干凈塵土,不能用水洗,鋼筋表面要除銹,不能存在浮銹或油污;④從孔底開始注膠,待孔內注膠達到80%后即將鋼筋緩緩旋入孔中,以表面稍有溢出為宜,整個植筋過程應連續進行;⑤植筋膠凝固硬化前不應施加荷載。安裝在潮濕的混凝土時,固化時間必須加倍。
二、工程應用情況
1．橋面病害治理。根據對京沈高速公路上多座橋梁橋面鋪裝層不同程度破壞的檢測結果分析,產生病害的主要原因是橋面鋪裝層與梁頂粘接不良。通過對橋面鋪裝層鉆芯可以看出,橋面鋪裝層與頂梁的結合性很差,主要原因是施工中澆筑鋪裝混凝土前對梁板頂面鑿毛及清理不當,鋪裝層與梁板之間出現夾層,未能緊密結合成整體,形成“兩張皮”,在行車震動的作用下發生疲勞破壞。采用“植筋”技術,可使橋面鋪裝與梁板結合緊密,兩者共同參與受力,同時固定橋面鋪裝鋼筋網的位置。如2003年9月京沈高速公路k323處一座橋橋面鋪裝進行維修時,采用的是“植筋法”,運行至今,效果良好。
2．有效提高新舊結合部強度。在沈高速公路改擴建工程路基第28合同段的施工中,依據設計采用了植筋技術,有3座中橋、2座通道、2座小橋、3道涵洞,共計10座橋梁,分別在擴基礎、承臺、蓋梁和臺帽等部位,共計植筋566根。通過在擴基礎、承臺、蓋梁和臺帽等不同部位的植筋施工中發現,植筋效果顯著,有效提高新舊結合部強度,施工結束后的觀察中顯示,新舊臺帽結合部未出現裂隙。
3．橋梁加寬。傳統方法是先封閉舊橋,做好橋下安全維護工作,再鑿除防撞欄和橋面懸臂板混凝土,安裝加寬部分鋼筋并與舊橋鋼筋綁扎固定,最后支模澆注混凝土。從節約投資、減少施工難度、縮短工期等方面考慮,采用植筋新法施工更實用、有效。該方法是在需加寬的構件上植入一定數量、一定深度的鋼筋,再支模澆注混凝土,從而加橋面寬度。在京珠高速公路粵境南段太和互通廣州北二環米龍高架橋加寬工程上應用植筋新法取得了較好的效果。
4．對一些老廠房的改造:由于一些老的廠房不能適應發展需求，需要進行改造，而距使用年限還有一定的時間，使用植筋的方式進行改造，這樣能節省量的資金。
三、結束語
植筋技術設備簡單,操作方便,效果可靠,其施工要點在于鉆孔深度、孔徑及垂直度一定要保證符合設計要求,且施工中植入鋼筋一定要保持潔凈,對植筋膠的選用一定要嚴格,施工前必須先做試驗,若能保證以上措施,植筋效果能達到要求。總的來說植筋技術的應用研究,不僅能夠解決既有工程結構由于使用功能變化、不可抗力(指地震等自然災害)、結構老化等原因而需結構加固的問題,而且,還能解決由于設計缺陷、裝潢、施工遺漏等原因造成的需結構加固問題。同時,隨著更多需結構加固工程和改造工程的出現和植筋技術被廣泛的應用及其可靠性被工程界和廣業主的認可,為植筋技術的應用和研究提供了有利條件。但是,隨著植筋技術的廣泛應用,應著手解決好以下問題:植筋技術應用的方法、手段、設備、儀器,通過研究和實踐形成成套的植筋技術;給出混凝土、鋼筋、孔徑和植筋深度的理論關系;形成關于植筋技術的設計、施工、驗收規范等,從而使該技術進一步理論化、規范化。相信,隨著植筋技術的成熟和成本的不斷降低,它在工程實踐中的運用將越來越普遍。
