淺析混凝土植筋技術(shù)及工程應(yīng)用
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上植筋錨固利用化學(xué)錨固劑作為鋼筋與混凝土的粘合劑，植入的鋼筋具有很強(qiáng)的抗拔力,保證了錨固強(qiáng)度，是一種處理橋梁施工結(jié)構(gòu)缺陷和改造具有一定年限建筑的好辦法
關(guān)鍵詞：植筋技術(shù) 植筋膠 植筋的抗剪力 粘結(jié)劑強(qiáng)度 錨固長度
近年來,混凝土新技術(shù)和新材料在工程改建和加固中普遍開始應(yīng)用,植筋技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù),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(yīng)性強(qiáng)、適用范圍廣、錨固結(jié)構(gòu)的整體性能良好、價格低廉等優(yōu)點。由于在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上植筋錨固已不必再進(jìn)行量的開鑿?fù)诙?而只需在植筋部位鉆孔后,利用化學(xué)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)生的粘接強(qiáng)度與機(jī)械咬合力來承受受拉荷載,當(dāng)植筋達(dá)到一定的錨固深度后,植入的鋼筋就具有很強(qiáng)的抗拔力,從而保證了錨固強(qiáng)度。工程實踐證明,植筋技術(shù)不失為一種處理橋梁施工結(jié)構(gòu)缺陷和改造具有一定年限建筑的好辦法。
一、植筋技術(shù)簡介
1．原理
植筋技術(shù)是一項新型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù),是一項對混凝土結(jié)構(gòu)較簡捷、有效的連接與錨固技術(shù)。它是在已有混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上以適當(dāng)?shù)闹睆胶蜕疃茹@孔,并采用專用植筋膠,利用其粘結(jié)和鎖鍵原理使新增的設(shè)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(xué)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(yīng)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(nèi)部結(jié)合力,界面摩擦力,植筋的抗剪力。當(dāng)外力作用達(dá)到一定程度,界面混凝土內(nèi)部結(jié)合力被抵消,新增的混凝土與原混凝土面理論上分離,產(chǎn)生相對位移,此時植筋受拉力和剪力產(chǎn)生的彎矩作用,作用值的小依賴于界面的粗糙度和強(qiáng)度。如果界面足夠粗糙,此時會產(chǎn)生附加的混凝土層間的內(nèi)連鎖作用(包括摩擦力和內(nèi)部結(jié)合力),起到部分抵消外部剪力的功效。
2．優(yōu)點
1)設(shè)計的靈活性:根據(jù)需要可以在鋼筋混凝土的任何位置,根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特征而設(shè)計植筋的數(shù)量及規(guī)格。
2)可靠性優(yōu)于預(yù)埋件:一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在需要與其他結(jié)構(gòu)連接處均預(yù)留預(yù)埋件,但預(yù)埋件位置難以準(zhǔn)確,調(diào)整功能后預(yù)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(yù)埋件基本相同。
3)比一般的鉚、焊法受力均勻,材料不會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象(如焊接時的熱應(yīng)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(nèi)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(yīng)用植筋技術(shù)最多的框架柱與砌塊填充墻之間的錨拉筋為例。經(jīng)過施工單位使用情況調(diào)查,一般每公斤結(jié)構(gòu)植筋膠可植100根錨拉筋,植筋所用結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)。
3．影響因素
植筋技術(shù)的成敗主要取決于混凝土基材質(zhì)量、鋼筋質(zhì)量、粘結(jié)劑強(qiáng)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(qiáng)度如果很低,植入高強(qiáng)度鋼筋的強(qiáng)度沒有任何意義。所以根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,混凝土強(qiáng)度不宜低于C15。
2)鋼筋一般選用I級、Ⅱ級鋼筋,其強(qiáng)度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),即《普通碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》的規(guī)定。粘結(jié)劑的自身強(qiáng)度及粘接強(qiáng)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(fā)生混凝土錐形破壞,承載力較低,不但不能發(fā)揮鋼筋的作用,而且呈脆性破壞;埋置深度較時,鋼筋發(fā)生斷裂破壞,鋼筋植入部分沒有發(fā)生絲毫滑移,強(qiáng)度未充分發(fā)揮,容易造成材料浪費;只有埋置達(dá)到適當(dāng)?shù)纳疃葧r,植筋破壞始于鋼筋屈服,有明顯的預(yù)兆,符合工程需要。這個“適當(dāng)?shù)纳疃取毙枰ㄟ^試驗來確定,目前還沒有準(zhǔn)確的理論計算公式可應(yīng)用于指導(dǎo)植筋工程設(shè)計。建議深度為目前的結(jié)構(gòu)加固和改造工程中家普遍憑經(jīng)驗采用5d或10d。
4)施工溫度。植筋的施工溫度直接影響粘結(jié)劑的固化時間。一般情況下,植筋所用粘結(jié)劑的固化時間隨溫度的升高而縮短;植筋的環(huán)境濕度直接影響粘結(jié)劑的固化時間和力學(xué)性能的發(fā)揮,故應(yīng)確保環(huán)境溫度不致過高。
4．施工要點
1)工藝流程:錨固鋼筋設(shè)計→定位→鉆孔→清孔→注膠→除銹后在鋼筋上標(biāo)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(jié)構(gòu)表面進(jìn)行鑿毛處理,清潔表面→澆筑新增結(jié)構(gòu)混凝土。
2)施工中應(yīng)注意的問題:①按設(shè)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(yīng)避開結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋,尤其是受力主筋。采用水鉆鉆孔時,應(yīng)對孔壁進(jìn)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(nèi)注膠達(dá)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(yīng)連續(xù)進(jìn)行;⑤植筋膠凝固硬化前不應(yīng)施加荷載。安裝在潮濕的混凝土?xí)r,固化時間必須加倍。
二、工程應(yīng)用情況
1．橋面病害治理。根據(jù)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(jié)果分析,產(chǎn)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(jié)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(dāng),鋪裝層與梁板之間出現(xiàn)夾層,未能緊密結(jié)合成整體,形成“兩張皮”,在行車震動的作用下發(fā)生疲勞破壞。采用“植筋”技術(shù),可使橋面鋪裝與梁板結(jié)合緊密,兩者共同參與受力,同時固定橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)的位置。如2003年9月京沈高速公路k323處一座橋橋面鋪裝進(jìn)行維修時,采用的是“植筋法”,運(yùn)行至今,效果良好。
2．有效提高新舊結(jié)合部強(qiáng)度。在沈高速公路改擴(kuò)建工程路基第28合同段的施工中,依據(jù)設(shè)計采用了植筋技術(shù),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(kuò)基礎(chǔ)、承臺、蓋梁和臺帽等部位,共計植筋566根。通過在擴(kuò)基礎(chǔ)、承臺、蓋梁和臺帽等不同部位的植筋施工中發(fā)現(xiàn),植筋效果顯著,有效提高新舊結(jié)合部強(qiáng)度,施工結(jié)束后的觀察中顯示,新舊臺帽結(jié)合部未出現(xiàn)裂隙。
3．橋梁加寬。傳統(tǒng)方法是先封閉舊橋,做好橋下安全維護(hù)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(jié)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(gòu)件上植入一定數(shù)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(huán)米龍高架橋加寬工程上應(yīng)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(yīng)發(fā)展需求，需要進(jìn)行改造，而距使用年限還有一定的時間，使用植筋的方式進(jìn)行改造，這樣能節(jié)省量的資金。
三、結(jié)束語
植筋技術(shù)設(shè)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(shè)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(yán)格,施工前必須先做試驗,若能保證以上措施,植筋效果能達(dá)到要求。總的來說植筋技術(shù)的應(yīng)用研究,不僅能夠解決既有工程結(jié)構(gòu)由于使用功能變化、不可抗力(指地震等自然災(zāi)害)、結(jié)構(gòu)老化等原因而需結(jié)構(gòu)加固的問題,而且,還能解決由于設(shè)計缺陷、裝潢、施工遺漏等原因造成的需結(jié)構(gòu)加固問題。同時,隨著更多需結(jié)構(gòu)加固工程和改造工程的出現(xiàn)和植筋技術(shù)被廣泛的應(yīng)用及其可靠性被工程界和廣業(yè)主的認(rèn)可,為植筋技術(shù)的應(yīng)用和研究提供了有利條件。但是,隨著植筋技術(shù)的廣泛應(yīng)用,應(yīng)著手解決好以下問題:植筋技術(shù)應(yīng)用的方法、手段、設(shè)備、儀器,通過研究和實踐形成成套的植筋技術(shù);給出混凝土、鋼筋、孔徑和植筋深度的理論關(guān)系;形成關(guān)于植筋技術(shù)的設(shè)計、施工、驗收規(guī)范等,從而使該技術(shù)進(jìn)一步理論化、規(guī)范化。相信,隨著植筋技術(shù)的成熟和成本的不斷降低,它在工程實踐中的運(yùn)用將越來越普遍。
