植筋技术发展及应用

刘翔，杨平

（1重庆城建控股(集团)有限责任公司重庆400013 2重庆交旅建设工程有限公司重庆400013）

植筋技术发展及应用

刘翔1，杨平2

（1重庆城建控股(集团)有限责任公司重庆400013 2重庆交旅建设工程有限公司重庆400013）

植筋技术作为目前工程界较为常用的加固改造方法之一，有其独特的技术特点和广泛的应用范围。文章简要介绍了植筋技术的基本概念和技术特点，并对植筋技术的应用范围和应用特点进行了介绍与分析，最后指出还需对植筋技术做进一步的研究和完善。

加固改造；植筋技术；应用

1 引言

植筋技术是在以混凝土等为基材的结构或构件上进行一定深度和直径的钻孔，并运用高强度的化学粘结剂(俗称结构胶)，使所植入的钢筋、螺杆等与混凝土等基材产生设计所预期的锚固力的改造加固技术。植筋技术有着灵活的设计，可根据使用需要在钢筋混凝土的任何位置，根据结构受力特征设计植筋数量及规格，且可靠性优于预埋件，承载力大，可用于水平、垂直及顶部装置。植筋施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并且密着性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用，施工简便迅速，安全并符合环保要求。因而植筋技术是工程中钢筋混凝土结构(如工业与民用建筑、桥涵等)变更、追加、加固、固定的最有效的方法[1]。

2 植筋技术的特点

在众多建筑结构加固技术中，植筋技术有其独特的技术特点，植筋技术的研发已成为现代建筑结构加固改造技术中极具活力的分支。

（1）设计灵活，应用广泛。根据使用需要可以在钢筋混凝土结构的任何位置，根据结构受力特征设计钢筋的数量及规格。

（2）定位精确，可靠性强。一般钢筋混凝土结构在需要与其他结构连接时均靠预留预埋件，但预埋件具有位置难以调整的弱点，结构功能调整后预埋件的位置将难以改变，而植筋具有灵活性，且其可靠度与预埋件相同。

（3）施工方便。植筋操作支模简便，一般采用能上人的脚手架即可施工，可以有效提高施工速度。

（4）工艺简单，节省工期。

（5）承载力大，对原结构影响小。

（6）可用于水平、垂直及顶部装置。

（7）施工对环境影响小。

3 植筋技术的发展

目前在混凝土结构中应用的植筋技术，是在膨胀螺栓(mechanical expansion shell bolt)的基础上慢慢发展起来的，膨胀螺栓能在锚固区周围产生很高的应力，因此，当受到荷载作用，特别是受到动力荷载作用时，膨胀螺栓很容易松动。为了克服膨胀螺栓受荷易松动的缺点，早在1959年，德国首先研究了树脂胶囊(resincapsule)锚固矿山锚杆。此后，这一技术在20世纪60～70年代广泛用于矿山、隧道等工程建设中。到了20世纪80年代，这一技术的应用范围更为广泛，并且逐渐发展成为一种新的钢筋锚固形式——后锚钢筋。近年来，混凝土植筋技术在我国建筑工程应用逐步发展起来，但国内对该技术仍缺乏必要的试验研究，而且国家也没有统一的设计检测标准[2]。

早在1992年，经中国工程建设标准化协会批准，四川建筑科学研究院主编的“混凝土结构加固技术规范”(CECS25：90)中提到了“植筋”的初步概念。

在1992年至今的各种有关“加固”、“改造”的文献中，介绍过“植筋技术”并提出过有关的计算方法及构造要求，但由于施工方法不同，采用的粘结胶不同，其计算方法和构造要求也各不相同。

新的“混凝土结构加固技术规范”正在修编，仍由四川建筑科学研究院主编，并将其由原“行业标准”提升为“国家”标准，编入“GB”系列。

目前由中国建筑科学研究院编制中的行业标准——“混凝土用建筑锚栓技术规程”，该规程较详细地介绍了“植筋技术”。

由冶金部建筑科学研究院主编的“水泥基灌浆材料施工技术规程”(YB／丁9261—98)第7部分“混凝土结构加固和改造”中，提到了“载埋钢筋”的有关要求，但缺少详细的计算方法。

综上所述，虽然有些现有规范和规程中提到了“植筋锚固”技术，但不够详细，介绍植筋技术的规范也还未正式发布，故诸多设计单位在实际应用时多采用与植筋技术相近的计算方法，或参照类似的其他规程。

4 植筋技术的应用

植筋技术可广泛应用于[3]、[4]：

现浇板之间的连接。中间平板分期施工的连接，结构性的改建、修复工程，恢复暂时性的开口，如塔式起重机、设备预留的孔洞连接，均需采用植筋后浇筑新式混凝土以连接旧混凝土，使之成为整体。其墙壁支模简便，建筑方法灵活，加固对原有结构的影响较小，施工速度快。

墙与横梁的连接。建筑接缝，结构延伸，增接构件等加固需应用植筋技术。其支模的固定与拆除操作简便，连接准备方便，钻孔小。

垂直连接。新增钢筋混凝土柱、钢筋混凝土柱加固及其他结构柱加固，桩顶承台处理，公路、桥梁等均可广泛应用植筋技术。垂直连接定位精确，无需复杂的加固固定，施工方便。

大型结构的修复。桥梁挡墙的修复，结构改造混凝土的修复工程可应用植筋技术。大型结构修复采用植筋技术可以减少混凝土拆除量，避免加固性焊接及类似的连接。

结构性连接。如楼梯、墙板、检修孔等采用植筋技术，能做到精确定位，可用于复杂的细部连接，墙壁支模及连接准备简单，施工对环境无影响。

混凝土覆盖。植筋混凝土覆盖可用于桥面修复，混合界面的结构粘合，板面、横梁的结构改进。其特点是钻孔小、愈合快。

悬臂连接。植筋可用于阳台、平台、楼梯平台等悬臂连接。其特点是位移微乎其微，钢筋外露部分短，可避免腐蚀。

墙与柱的连接。如钢筋混凝土结构中的砌体填充墙与框架柱的拉结筋可采用该技术。其特点是施工方便、造价低、工期短、钢筋位置准确。

同时，植筋技术还广泛地应用到高速公路、水利、隧道、铁路、地下工程等领域。

5 植筋技术研究

5.1 植筋的抗拉拔原理

植筋的抗拉拔原理：当植入钢筋受力后，首先通过钢筋与周边的粘结剂握裹咬合，将力传到周边的粘结剂中，然后再传到孔壁周围的原混凝土上。由于粘结剂强度都高于原混凝土，因此，植筋受力后的抗拔力直接与孔壁上的粘结摩阻力有关。在传递过程中，随着荷载增加，钢筋与粘结剂的粘结力逐渐向钢筋下端发展，当整个锚固段内粘结摩阻力最大发挥时，就发生锚固钢筋与原混凝土的相对位移。

5.2 材料

钢筋：建筑用钢筋或螺栓均可用作植筋。植筋的抗拉粘结力与粘结面积成正比，而粘结面积与截面周长成正比，其比值为d/4，称为相对粘结面积。因而直径越大的钢筋，其相对粘结面积越小，不利于充分发挥钢筋的极限强度，故所植钢筋的直径不宜过大。另一方面，为了满足布置和间距的要求，钢筋直径也不能过小。

锚固剂：目前，锚固剂主要归为树脂和水泥两类。树脂类材料有环氧树脂、聚酯和聚胺酯。水泥类材料有微胀水泥、普通水泥掺外加剂及水泥药卷。

5.3 锚固长度的确定

锚固剂生产厂家提供的产品说明书中一般注明植筋锚固长度为植筋(钢筋或螺栓)直径的10～15倍，但无直接理论依据，且不提及混凝土强度要求，实际上锚固长度与混凝土强度等级有关。强度越高锚固力越大，产品说明书的提法显然是不完整的。由于目前尚无植筋技术的规范或规程，故植筋锚固长度是一个理论上待探讨的问题。

钢筋或螺栓的锚固是靠锚固剂来固定的。植筋抗拔试验表明[5]，极大部分破坏是发生在锚固剂与混凝土之间，而钢筋与锚固剂基本完好，钢筋从锚固剂中拔出的实例很少，这说明在普通混凝土(非高强混凝土)中，锚固剂抗拉与抗剪强度比混凝土要高，因此应考虑植筋锚固长度与锚固剂直径(即植筋钻孔直径)的直接关系。

持力因子：

（1）咬合力：与锚固剂及结构原混凝土的单轴抗拉强度有关，亦与孔壁形状有关。

（2）摩擦力：与孔壁摩擦系数和锚固剂的固结膨胀率有关。

分析可知，这两个因子决定着锚固剂与原混凝土界面的极限强度，可推得公式如下：

其中:

l—锚固长度（理论钻孔深度）；

fy—植筋抗拉屈服强度；

α—咬合力因子系数，由试验确定；

β—摩擦力因子系数，由试验并参照锚固剂的性能指标确定。

通过积累经验和工程实践，可以把常用材料的孔壁进行分级，以确定一具体工程中α和β的数值范围，简化锚固长度的确定过程。

5.4 植筋的布置

植筋应当采用犬牙交错的立体布置或梅花形的平面布置，以避免产生集中持力面。

在基础上植筋时，往往因新增柱或扩大柱有一定的植入深度要求，所以无论独立柱基、筏基或箱基，都要考虑其底板厚度是否能满足锚固深度的要求，否则要采取其他措施保证锚固。

当柱筋植于筏基或箱基的交叉梁上时，应打开梁的上部保护层以确定梁筋位置，使植筋在其空隙间植人。当植筋上升需要穿过楼板时，也往往会遇到上层的交叉梁系或单排梁的障碍。因此，新植柱的中部筋须弯折，按1／6紧贴梁边而上，在梁边楼板上开孔，使柱筋从孔中上升。柱钢筋不需要上升时，可采取措施让钢筋在楼板中锚固；当柱筋还要继续上升，则中部筋应从柱角板孔中再弯折1／6，使之恢复到柱中部筋的位置并保持两相邻柱筋间距不超过规范要求。

6 结论与建议

在植筋技术应用的20多年历史中，已经积累很多相关的设计与施工经验，使得这项技术在结构补强加固中起到良好的作用，因此在今后的工程实际中要大量地推广这种技术。

由于我国尚未出台植筋方面有关规范，所以今后植筋课题研究的重点方向应该是植筋胶性能要求，混凝土钻孔、注入植筋胶等工艺，混凝土基本工作条件，植筋工作条件（包括温度、湿度、化学腐蚀和焊接等要求），早日出台植筋相关的规范。

此外，目前植筋的设计计算是依靠工程实例和施工经验进行的。虽然有些项目在设计前做过一些植筋抗拔试验，但由于施工现场与试验条件不相同，如何进行处理等设计方法包括折减系数取定等，尚须探讨，而植筋往往与钢板粘贴和焊接等工艺结合使用，两者如何协调工作也需要研讨，因此开展植筋设计计算方法研讨也势在必行。

[1]隋东，章东林，华锦耀.植筋施工技术在工程中的应用[J].浙江建筑，2007，01(24):33-34，40.

[2]彭文波，彭勃，单远铭.植筋施工质量的统计分析[J].中外建筑，2006，(03）:106-107.

[3]夏乐.桥梁加固技术研究现状[J].北方交通，2006，(10):26-28.

[4]丁玉春，张从中.桥梁植筋施工技术[J].公路交通技术，2006，（06）:83-86.

[5]李艳茹，刘新宇，成慧.种植钢筋粘结应力与粘结强度试验研究[J].建筑技术开发，2005，02(32):29-30，41.

责任编辑：余咏梅

Development and Application of the Postinstalled Rebar Technology

The postinstalled rebar technology,one of the transforming and reinforcing methods commonly used in engineering project circles at present，has its unique technological characteristics and extensive ranges of application．The article briefly introduces the basic conception of this muscle technology and technological characteristics，and explains the range of application，points out finally that further research is still needed for the perfection of the technology．

strengthen and transform；postinstalled rebar technology；application

TU755

A

1671-9107（2010）09-0069-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.9.069

2010-7-16

刘翔（1976-），女，工程师，主要从事工程施工和造价工作。