植筋后錨固技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固改造工程中的應(yīng)用

摘 要:后錨固植筋技術(shù)因其施工簡(jiǎn)便、安全可靠，在建筑物加固改造工程中得到了日益廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)要敘述了植筋技術(shù)的設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)，旨在與同行工程技術(shù)人員共同探討。

關(guān)鍵詞：植筋技術(shù)普通鋼筋后錨固

中圖分類號(hào)：U2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2011)05(a)-0097-01

1 工程概況

由于建筑功能調(diào)整的需要，某住宅小區(qū)16＃樓(商場(chǎng))中樓梯將由原1)三跑樓梯改造成中跑兩分樓梯。然而，此時(shí)原設(shè)計(jì)樓梯的主要結(jié)構(gòu)均已完成，因此便提出了如何在已有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造的技術(shù)問題。

2 結(jié)構(gòu)改造方案比較

以一層平面處理為例，簡(jiǎn)要介紹三個(gè)改造方案，并逐一進(jìn)行比較對(duì)比。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)樓梯

因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)樓梯具有施工方便、快捷和造型輕巧多變的特點(diǎn)。在各種方案中我們首先考慮的是鋼結(jié)構(gòu)樓梯。但是原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為框架結(jié)構(gòu)，改造后仍需要保持原建筑穩(wěn)重的風(fēng)格。加之，如果三層全部采用鋼結(jié)構(gòu)樓梯，鋼材消耗較大。盡管目前國(guó)內(nèi)鋼材價(jià)格已經(jīng)放開、下浮很多，但是總預(yù)算仍會(huì)超出不少，業(yè)主難以接受。

2.2 鑿除原結(jié)構(gòu)

另一種方案是把原結(jié)構(gòu)與樓梯相關(guān)的部分鑿除，即在D～K軸線間與斜梯板連接的部分，以及D軸線以下部分鑿除，再按照常規(guī)設(shè)計(jì)放置梯板鋼筋，澆搗成型。該方法直接明了，但與施工單位聯(lián)系后發(fā)現(xiàn)，施工難度較大。首先是混凝土鑿除的工作面太大，且難以保證原有鋼筋不被擾動(dòng);其次，梯板的主筋形狀為“彎折型”，施工放樣有一定難度。

2.3 植筋后錨固技術(shù)

植筋后錨固技術(shù)是以專門研制的粘合劑將鋼筋植入混凝土一定深度，并以充分利用鋼筋強(qiáng)度為條件確定其抗拉承載力的一種新型連接錨固技術(shù)。國(guó)外植筋錨固技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用已經(jīng)有40多年的歷史，國(guó)內(nèi)是近10年才逐漸應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建工程中。植筋技術(shù)施工便捷，安全可靠，可操作性強(qiáng)。其的標(biāo)準(zhǔn)施工程序?yàn)?鉆孔——清孔——注射粘合劑——植入鋼筋——等待固化——質(zhì)檢。

經(jīng)過充分論證，綜合技術(shù)可靠性和資金可行性考慮，最后決定采用植筋后錨固技術(shù)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行改造。具體實(shí)施方案如下:

采用德國(guó)慧魚集團(tuán)(太倉)建筑錨栓有限公司的植筋系統(tǒng)產(chǎn)品(FISV 360S)和施工技術(shù)，僅需在D軸線框架梁右側(cè)樓板處開鑿一個(gè)約1000mm寬的施工作業(yè)面，按照標(biāo)準(zhǔn)施工程序，將鋼筋植入D軸線以左的框架梁內(nèi)，再將樓梯斜梯段的主筋與被植鋼筋進(jìn)行焊接，最后澆筑高一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，養(yǎng)護(hù)適當(dāng)時(shí)間即可正常使用。植筋時(shí)，植入鋼筋應(yīng)滿足錨固長(zhǎng)度的要求，以保證植筋系統(tǒng)充分利用鋼材強(qiáng)度。本工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，梯段主筋為Φ14×150，因此被植筋鋼筋仍選用Φ14鋼筋，埋深為15d＝210mm。

對(duì)于半平臺(tái)處K軸線平臺(tái)梁1，亦采用植筋技術(shù)將鋼筋植入框架柱內(nèi)，然后與梁主筋焊接。與斜梯板相連接的平臺(tái)梁2則按普通混凝土結(jié)構(gòu)施工，此梁支承于新增設(shè)的小柱上。

3 植筋的設(shè)計(jì)分析

3.1 試驗(yàn)確定的植筋力學(xué)性能

為了保證原有結(jié)構(gòu)受力的延續(xù)性，被植鋼筋仍然選用Φ14鋼筋。根據(jù)慧魚植筋技術(shù)參數(shù)可得，錨固深度至少為14d，即可達(dá)到充分利用鋼材的抗拉強(qiáng)度(也即失效模式由鋼筋強(qiáng)度控制，不會(huì)出現(xiàn)拔出破壞)。

3.2 植筋系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算原理

植筋系統(tǒng)的承載原理與鋼筋在混凝土中的錨固機(jī)理類似，即借助界面化學(xué)粘結(jié)作用將鋼筋錨固在基材上，并依靠界面粘結(jié)力將外力傳遞到基材，進(jìn)而起到承受荷載的作用。

國(guó)內(nèi)外眾多試驗(yàn)結(jié)果表明，在錨固范圍內(nèi)粘結(jié)強(qiáng)度均勻分布的假定是成立的。Cook在他的論文中做了進(jìn)一步的說明[1][2]。同時(shí)，在美國(guó)的一個(gè)非線性數(shù)值分析中也證實(shí)了這樣的假設(shè)，給出了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出τ值在不同等級(jí)荷載作用下，沿鋼筋深度范圍內(nèi)的分布是不均勻的;但是隨著荷載的增加(曲線從左到右)，特別在接近破壞荷載作用時(shí)，其分布又逐漸趨于穩(wěn)定。

3.3 植筋系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算公式

根據(jù)界面粘結(jié)強(qiáng)度均勻分布的假設(shè)，植筋系統(tǒng)界面粘結(jié)破壞的承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算可按下式計(jì)算:(1)

其中:τrd=界面粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa);

lb=鋼筋的有效埋深(mm)。

不同的植筋膠粘劑產(chǎn)品，因?yàn)榻M分的性質(zhì)不同，其界面粘結(jié)強(qiáng)度τ值有很大差異。目前，歐洲主要參照歐洲技術(shù)委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)ETAG第五部分(化學(xué)粘結(jié)錨栓)[4]中的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)植筋的界面粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，即采用對(duì)植筋做單向拉伸試驗(yàn)的方法確定。

參照公式(3.1.1)、(3.1.2)和(3.3.1)可以得出植筋界面粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值τR，k＝13.54N/mm2。按照公式(3.3.1)，取γb=2.5，實(shí)際埋深為15d(210mm)，可以得出植筋粘結(jié)破壞承載力設(shè)計(jì)值為:

滿足設(shè)計(jì)要求。

雖然植筋后錨固系統(tǒng)在目前的加固改建工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但是其設(shè)計(jì)計(jì)算方法沒有統(tǒng)一的模式，也因此成為了加固工程界的熱點(diǎn)話題。

4 結(jié)語

本工程按照植筋后錨固技術(shù)施工，為整個(gè)工程的順利竣工贏得了時(shí)間。施工完成半年后，多次進(jìn)行觀測(cè)，從未發(fā)現(xiàn)開裂、撓曲等異常現(xiàn)象。

綜上所述，根據(jù)理論分析和工程實(shí)踐證明，植筋后錨固技術(shù)是一種安全可靠、操作方便的加固改造技術(shù)，值得在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]蕭雯，吳進(jìn)，張欣.植筋系統(tǒng)承載力設(shè)計(jì)計(jì)算研究——考慮系統(tǒng)施工質(zhì)量分項(xiàng)安全系數(shù).四川建筑科學(xué)研究，2002年第2期。

[2]ETAG NO.001，Part five:Bonded Anchors，August 2000.