钢筋混凝土结构的植筋技术及工程应用

刘跃文

【摘要】随着国内外既有建筑物加固改造业的迅速发展，混凝土结构的加固理论与技术的研究与应用成为结构工程学科的重要研究课题之一，而在加固改造中采用植筋技术进行新旧混凝土的连接也是亟待研究的内容之一。本文结合笔者多年工作的实践经验，对广泛应用于钢筋混凝土结构的植筋技术进行了深入地比较与分析，谨供大家作参考之用。

【关键词】混凝土结构；植筋技术；施工

中图分类号： TU37文献标识码： A

前言

植筋结构应用主要在改造工程中梁生根的植筋锚固。钢筋混凝土植筋结构在我国应用的时间并不长，缺乏系统深入的试验研究，特别是在抗震区，如何鉴定原有建筑物的加固潜力，保证新旧建筑物的结合具有良好的抗震性能; 如何保证植筋结构的耐久性，植筋结构在高温环境中的受力性能等，尚有若干技术问题亟待解决。本文将针对植筋锚固性能方面的试验研究内容进行讨论，并提出目前研究中有待于解决的主要问题。

二、植筋技术介绍

（一）植筋的工作机理分析

植筋粘结力的组成钢筋与混凝土之间的粘结力主要由三部分组成：钢筋在混凝土中水泥胶的化学作用或毛细作用产生的胶结力；混凝土硬化收缩将钢筋裹紧产生的机械摩擦力；钢筋表面不平产生的机械咬合力。对植筋而言，一般作为粘结剂必须具备三个条件：容易流动的物质；能充分浸润被粘物的表面，从而有利于填补凹凸不平的部分；通过化学或物理作用发生固化，使被粘物牢固地结合起来。植筋强度的大小主要取决于钢筋与植筋粘结剂之间、混凝土与植筋粘结剂之间的粘结力：①植筋钢筋与植筋粘结剂之间的粘结力由他们之间的胶结力、摩擦力和机械咬合作用组成，这种粘结力的组成方式与钢筋混凝土不同的是，它是以次价力为主要作用的粘结力，而钢筋混凝土中机械咬合力是其主要作用的粘结力。②混凝土与植筋粘结剂之间的粘结力由他们之间的摩擦力、胶结力和锁键作用组成。

植筋工作机理结构连接荷载通过植筋钢筋传递给植筋粘结剂，植筋粘结剂将荷载沿植筋长度方向传递给混凝土，这种传力机理主要靠钢筋与植筋粘结剂以及混凝土与植筋粘结剂之间的粘结作用来实现的，其粘结作用的大小主要取决于植筋粘结剂与混凝土、植筋粘结剂与植筋钢筋之间接触面上的充满程度和浸润程度。

（二）植筋的优点

1、设计的灵活性:根据需要可以在钢筋混凝土的任何位置,根据结构受力特征而设计植筋的数量及规格。

2、可靠性优于预埋件:一般钢筋混凝土结构在需要与其他结构连接处均预留预埋件,但预埋件位置难以准确,调整功能后预埋件的位置难以改变且施工繁琐,而植筋具有灵活性,其可靠度与预埋件基本相同。

3、比一般的铆、焊法受力均匀,材料不会产生应力集中现象(如焊接时的热应力等),使植筋更耐疲劳

4、承载力大,按计算施工的植筋完全能满足受力要求。

5、工艺简单,可大大缩短工期,往往在2 ~3 d或更短时间内就可使用。

6、钻孔直径、深度范围广、施工灵活,抗高温,可近距离焊接施工。

7、造价低:以应用植筋技术最多的框架柱与砌块填充墙之间的锚拉筋为例。经过施工单位使用情况调查,一般每公斤结构植筋胶可植100根锚拉筋,植筋所用结构胶成本还不到0.5元,由于植锚拉筋工艺简便,一般钢筋工都可以操作,且每个工日至少可植50根,每根钢筋综合成本也就在1 ~2元左右,比其他施工方法都要经济。

工程实例

新翼大厦改造工程是在建筑物基础上进行补强、加固、加层的改造工程。本工程占地面积952 m2,总建筑面积约2772m2,原建筑面积1957m2,新增建筑面积815m2,原建筑楼层为2层,局部3层,现改建为3层,局部4层。建筑耐久年限为50年。本工程为框架结构,基础为条形基础和部分独立基础;框架梁为矩形梁,框架柱为方柱,有部分圆柱;混凝土强度等级为C30,改造工程施工从部分框架柱基础起,采用结构胶植筋法进行扩大尺寸、补强。新增框架梁需在原结构柱上进行结构胶植筋。框架梁补强加固部分采用梁顶面粘钢板进行加固补强,植筋胶采用德国产品,钢筋采用首钢产品。

植筋工作性能的影响因素

混凝土基材的影响在其他条件相同的情况下，植筋极限拉拔力随混凝土强度的提高而提高，一是因为随着混凝土强度的提高，植筋粘结剂与混凝土粘结力增大；二是因为混凝土强度提高将会提高植筋粘结剂与混凝土之间的啮合作用，从而提高粘结强度。混凝土基材应坚实，且具有较大的体量，能承担对被连接件的拉拔力和全部附加荷载的要求，且基材混凝土强度等级不应低于C20。存在严重缺陷和混凝土强度等级较低的基材，极限承载力较低，且很不可靠，所以风化混凝土、严重裂损混凝土、不密实混凝土、结构抹灰层、装饰层等，均不得作为植筋基材；否则，应对混凝土基材施行加固处理后才可作为植筋基材。

植筋深度及植筋的间距和边距的影响在相同条件的拉拔试验中，不同的植筋深度，不同类型的钢筋会产生不同的破坏形态，具有不同的拉拔力。当植筋深度达到或超过一定植筋深度时，植筋钢筋屈服的同时，周围混凝土也发生破坏，有明显的预兆，即合理的植筋深度。当植筋钢筋间距较小时，在靠近混凝土表面发生锥体破坏的部分，其锥体面会重合，在植筋边距较小的情况下，植筋周围混凝土会发生劈裂破坏。

植筋粘结剂的影响目前市场上供应的植筋粘结剂种类、型号较多且性能各异，故在实际施工应用中，选择一种安全可靠，质量稳定，性能较好的粘结剂是确保工程质量的一项重要措施。本论文试验采用快硬水泥为基料的粘结剂，因其与混凝土结构材料性能一致，故可在不影响正常生产运营的情况下较快达到预期强度，延长结构的使用寿命，而且施工设备简单，施工快捷方便。

植筋试件所处使用环境的影响植筋试件的使用环境对植筋的粘结质量也有一定影响。过高的温度、过大的振动和腐蚀介质都会对粘结质量有不同程度的影响。其次，植筋承受的荷载形式对粘结强度也会产生一定的影响，如静载或动载作用时，植筋的工作性能亦有区别。

施工工艺

根据原结构图及新结构图的钢筋配制要求,计算出每个部位的植筋根数、规格、钻孔直径、深度、注胶量,作为施工计划书下达至施工面。

凿毛:根据作业计划书将原构件与新构件结合位置的表面混凝土进行凿毛,使新旧混凝土粘结更牢固。

放线:根据结构尺寸,在原混凝土构件表面弹出新构件截面尺寸线,并在凿毛后根据施工作业计划书表示的孔径位置在植筋钻孔位置进行放线、标注位置,并检查孔位与其他结构有无干涉。

清理:孔洞钻完并检查合格后,即时用毛刷和气泵反复清理孔内灰尘,做到孔内无明显浮动颗粒。用丙酮或酒精认真清洗并晾干。

打胶:打胶前先请监理与甲方检查植筋孔洞质量,并逐一作施工记录,根据施工计划书已经计算确定的注胶量,按注胶枪刻度表示的数字进行注胶,并要略有富余,以保证充分填充密实。

结束语

综上所述，由于植筋技术具有诸多优越性，可以预见，植筋技术在未来建筑结构加固改造业以及混凝土的补强工程中将会有一个美好的前景，随着植筋技术的应用普及和植筋技术的深入研究，其理论将进一步成熟，并且其设计、施工、验收将有据可依，植筋技术应用也将进一步规范化和理论化。

参考文献：

[1]阎锋.张惠英.在钢筋混凝土基材上植筋的拉拔试验研究[J].建筑技术，2003，34

[2]何勇.徐远杰等.混凝土结构的双筋粘结锚固性能试验研究.武汉大学学报.2003(4).88~91

[3]柯梅生.化学植筋技术的试验研究与工程应用.施工技术.2001(2).13~14

[4]中国工程建设标准化协会标准.混凝土结构加固技术规范（CECS25:90）.北京：中国计划出版社，2002