对混凝土结构后锚固技术几个参数的探讨

收稿日期：2006-10-16作者简介：谢建民（1940-），男，浙江宁波人，本科，教授级高级工程师。对混凝土结构后锚固技术几个参数的探讨谢建民章旭江（浙江广厦三建，浙江东阳322100）摘要：目前,混凝土结构后锚固技术规范JGJ145-2004已出台，但许多技术细节尚未说明清楚。我们对植筋锚固长度、抗拔力、间距、安全系数进行研究与探讨，并用实例加以说明。关键词：植筋锚固长度抗拔力间距安全系数DiscussionsonSeveralParametersofConcreteStructureAnchorTechnologyXieJianminZhangXujiang(No.3ConstructionCompanyofGuangshaGroup,Dongyang322100,Zhejiang)Abstract:Atpresent,concretestructureanchortechnologystandardJGJ145-2004hasappeared,butmanytechnicaldetailsnotyetshowclearly.Weresearchmuscleanchorlength,anti-pull-outstrength,spacing,safetycoefficient,andperformswiththeexampletoexplain.Keywords:muscleanchor;length;anti-pull-outstrength;spacing;safetycoefficient1植筋锚固长度植筋胶生产厂家提供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，但无直接说明理论依据，且不提及混凝土强度要求，规范也未提及，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，产品说明书提法显然是不完整的。规范JGJ145-2004也未提出计算公式，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植筋胶来固定的，它在植筋和混凝土之间，通过植筋抗拔试验表明，极大部分破坏是植筋胶与混凝土之间的混凝土部分，而钢筋与植筋胶基本完好，钢筋从植筋胶中拔出实例很小，说明在普通混凝土（非高强混凝土）中植筋胶抗拉与抗剪强度比混凝土要高。因此应考虑植筋锚固长度应与植筋胶的直径（即植筋钻孔直径）有直接关系，我们参考混凝土结构设计规范GB50010-2002中，混凝土结构中纵向受拉钢筋的锚固长度计算公式9.3.1-1提出植筋锚固长度计算公式：dffalty1（1）式中，l—植筋锚固长度；yf—植筋胶的抗拉强度设计值；2tf—混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C40时按C40考虑；d—混凝土植筋孔径；1a—锚固系数，0.3～0.5若混凝土取C20，tf=1.1N/mm2，植筋胶抗拉强度设计值yf=30Mpa=30N/mm2，则dal1.1301=8～14d这与生产厂家提出的植筋锚固长度10～15d基本接近，我们认为植筋锚固长度按（1）式计算是可信的。1a取值为0.5～0.6比较合适。2植筋抗拔力计算在植筋抗拔试验中发现有两种破坏形式，大部分是从混凝土中植筋底部按近似β=10°～15°角度斜面破坏拔出（见图1），小部分因混凝土强度较低沿植筋胶与混凝土之间界面被拔出（见图2）。2.1植筋从混凝土斜面破坏（如图1）抗拔力β植筋植筋胶混凝土破坏面植筋植筋胶混凝土破坏面图1图2由于图1中锥形底面积较小，不考虑该混凝土抗拔力，混凝土破坏的侧面积为：As=2πlc则混凝土抗拔力N1=Asfat2（2）上式中，N1—植筋抗拔力，KN；tf—混凝土的抗拉设计强度，N/mm2；As—图1中混凝土倒锥体斜面面积；2a—折减系数，无筋混凝土结构取值0.3～0.5；钢筋混凝土结构取值0.5～0.7例1在混凝土（C20）基础中钻直径44mm直径孔。孔深260mm，植筋为Φ16钢筋，植筋胶采用自配环氧树脂胶泥。由图1可得：令β=12°，2a=0.3，c=260tgβ=55mm，l=260/cosβ=266mmAs=2πlc=9.18×103mm2由公式（2）得N1=0.3×1.1×9.18×103=30.2KN3试验结果见下表（若采用市场植筋胶，其抗拔力值要高于表中之值），计算值N1约为实测破坏荷载的1/2～1/3，比较可靠。植筋抗拔力试验结果表编号临界力（KN）破坏情况C-134.2钢筋伸长8mmC-233.6钢筋伸长6mmC-331.5钢筋伸长8mmC-431.2钢筋伸长5mmC-531.2钢筋伸长8mmC-632.3钢筋伸长8mm平均值32.62.2植筋胶和钢筋从混凝土钻孔界面破坏（如图3）抗拔力N植筋胶植筋混凝土Nx+dNNxττ图3由图3可知：Nx+dN=Nx+πdτdxdN=πdτdxN=dN=l0πdτdx=πdτι由上式可知，只要试验求出混凝土的抗剪强度τ，便可求得植筋抗拔力N。3植筋最小间距在混凝土中多根植筋受拉时，若植筋间距太小，则每根植筋产生的应力将发生迭加效应，影响植筋的效果，故多根植筋的最小间距应给予规定，现参考建筑桩基技术规范JGJ94-94中第3.2.2条规定，建议多根植筋最小间距不得小于4.0d，d为植筋钻孔的孔径。4植筋安全系数通过植筋荷载破坏试验确定。由于植筋技术是一项新技术，目前尚无规范可依据，施工经验也缺少，结构补强时，施工现场操作条件又较差，建议通过植筋试验将破坏荷载的1/3～1/4作为植筋抗拨承4载力。也可按公式（2）与（3）计算，可作为植筋初设阶段设计依据。5塔吊地脚螺栓折断补强实例某工程施工垂直运输采用塔吊QTZ5012，由于塔吊基础地脚螺栓在预埋过程移位，且施工中采用点焊方法固定定位，在塔吊安装过程中，由于移位纠偏时对地脚螺栓进行强力弯折，发生地脚螺栓折断，由于施工工期紧张，不允许重新制作塔吊混凝土基础，现采用植筋技术进行补强处理。5.1塔吊基础与预埋地脚螺栓概况塔吊型号为QTZ5012，由于地质条件较差，故采用人工挖孔桩基，四根Φ800mm长为16m钢筋混凝土灌注桩，桩上端设置十字交叉梁（1000mm×1300mm），混凝土为C20，见图4，其中A端地脚螺栓折断，折断处正是螺栓点焊之处，采用植筋补强处理。5.2补强方法由于塔吊厂方产品说明书要求地脚螺栓长为1200mm，因现场钻孔机械条件限制，而植筋钻孔长只能达到400mm，故采用上压（见图5）、下拉(见图5中2—2剖面)两种补强组合方案，且用提高安全系数方法，达到塔吊安全使用目的。5.2.1塔吊底盘工字型钢下底植筋固定（如图5）在塔吊底盘工字型钢下焊接一块B-1钢板，厚20mm，450×400mm，每侧2个Φ25螺栓用植筋方法固定，共4个螺栓（长为400mm），钻孔孔径为40mm，见图5。植筋孔深（锚固长度）和植筋间距满足本文规定要求，按公式（2）计算，求得每个螺栓抗拔力为36KN，则4个植筋螺栓抗拔力为144KN。5.2.2塔吊底盘型钢上部(图5中2—2剖面2[16）下拉固定由于型钢下底植筋固定长度较小，为了提高安全度，塔吊底盘型钢上顶部用2根[16槽钢压顶固定，该槽钢两端用钢板B-2焊接固定，钢板B-2下端用植筋和结构胶将其粘贴固定在混凝土底梁两侧，见图5中2—2剖面。Φ16螺栓应预先锚固，它是作压紧钢板B-2之用，钢板与混凝土面间距大约为3mm左右。为了安全起见，每侧4个固紧植筋螺栓Φ16抗剪能力不作考虑，作为安全储备，钢板粘贴面积为550mm×400mm，结构胶抗剪强度取t=1MPa，其侧向抗剪能力为：0.55×0.4×1MPa=220KN。由于钢板是地梁两侧均粘贴钢板，则：T2=220×2=440KN由上述两项加固，抗力为：KNTTi584440144厂方提供塔吊斜柱向上拔力为150KN。安全系数：K=580/150=3.86实际工程补强中采用安得固产品，植筋胶与粘贴胶抗剪强度为18MPa，计算时设计抗剪强度取2.5MPa，安全系数较大。5.3施工方案5.3.1植筋其一，工艺流程：打孔→冲洗→配制胶泥→填料→打入钢筋封洞口→固化期（1～4小时）。其二，操作方法：（1）打孔。按设计图布置孔洞位置打孔，力求一次打完，打孔机械可选用岩石电5钻或普通三相电钻；钻杆可选用麻花状钻杆，杆躯体有出灰槽；钻头可使用硬质合金钢焊接在钻杆头部，钻头形状呈三角形或锥形。（2）冲洗。可用皮老虎或高压风机吹净。（3）按产品说明书要求配制，混合后搅拌均匀，塞入洞孔，先将螺栓清理干净后将其打入混凝土孔内深部，如果胶泥返回到洞口表示已塞满，将洞口封闭，待其固化。固化期严格防止钢筋外拔或松动，待固化达到规定承载时间后方可进行下一步作业。5.3.2钢板粘贴钢板粘贴：（1）粘结前对地梁混凝土表面凿平，露出新面，然后用压缩空气吹扫，除去灰尘，用棉砂蘸丙酮擦洗，待涂胶；铁板表面用平磨砂轮打磨，除锈，去残屑，露出铮光白亮的洁面，用丙酮擦洗，立刻涂胶。（2）按比例将胶的两种组份混合在一起，搅拌均匀，即可向被粘物表面涂胶。钢板与混凝土梁面粘合一起后，用4个Φ16螺栓方法均匀加压，压力保护在0.1MPa左右，24小时后即可撤消压力，全部固化后可承受负荷。（3）钢板B-2与2根[16槽钢端部焊接，达到压紧塔吊底盘的工字钢。5.3.3使用效果该塔吊地脚螺栓折断事故按上述方法处理，投入使用，经过8个月的运行考验直至主体施工完毕，情况十分良好。6两点建议6.1出台植筋规范植筋技术应用已有二十多年历史，已积累一些设计与施工经验，在结构补强加固中起到良好的作用，为国家节省大量资金。但是至今我国尚未出台植筋方面有关规范，这与目前建筑结构发展不相适应，建议建设部通过植筋课题研究和目前大量结构加固工程实例调查，包括植筋胶性能要求，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，尽快出台植筋相关的规范的初步方案（初稿）。6.2研讨植筋设计计算方法目前，关于植筋设计计算方法论文很少，又无植筋规范可依据。因此实际应用时全靠一些实例和施工经验来设计。有的虽然在植筋设计前做一些植筋抗拔试验，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，植筋往往与钢板粘贴和焊接等工艺结合使用，两者如何协同工作也是需要研讨的。6附图：每侧4个Φ16螺栓塔吊基础混凝土梁塔吊底盘型钢B-2δ=122[16B-2δ=12每侧4个Φ16螺栓塔吊底盘型钢结构胶粘贴塔吊基础混凝土梁图4Φ800桩A端图5A端DCBA塔吊底盘型钢B-1板Φ25螺栓(植筋)塔吊基础混凝土梁塔吊底盘型钢塔吊基础混凝土梁15mmB-1，厚20mm4个Φ25螺栓2-2焊接A视2[16[责任编辑：王雪芳]