張 花

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

0 引言

植筋技術又稱為種筋，是利用鋼筋后錨固和結構膠聯(lián)合作用的連接技術，對于需要加固和改造主體結構的橋梁工程項目，可以在混凝土、墻體及巖石等結構上鉆孔，注入高強度特種植筋專用膠，再植入鋼筋，植筋膠凝固后即和植入鋼筋結合為一體，在錨固技術和高強度種植專用膠的作用下，使橋體在受壓、受拉和受剪等多種情況下均可以達到設計強度。除此之外，對于橋梁施工中鋼筋布筋的錯誤，如數(shù)量不足，型號不對，位置偏移等，可以通過植筋達到補救和修正的作用。而在橋梁改造領域，植筋技術運用也日益廣泛，在這一技術的支撐下，可以對橋梁的結構進行調整，包括橋梁構件梁板柱等結構的擴大，城市跨線橋改造中結構的頂升作業(yè)，以及植入鋼筋增強原有橋體強度或改善其力學性能等。

與植筋技術同步發(fā)展的則是特殊鋼筋，特殊鋼筋不同于常規(guī)碳素鋼型號上的差異，而是通過物理化學手段，使其在力學性能，防腐性、耐久性等許多方面出現(xiàn)突破性提升的變化，若將其與植筋技術相結合，則可以大大改善既有橋梁的力學性能，提升其使用壽命和力學指標，關于植筋技術與特殊鋼筋在現(xiàn)代橋梁中的運用，可以從以下幾個方面進行分析。

1 植筋技術的運用

1.1 植筋技術適用范圍

“植筋技術適用于鋼筋混凝土結構構件的錨固，不適用于素混凝土構件，包括縱向受力鋼筋配筋率低于最小配筋百分率規(guī)定的構件錨固”［1］。素混凝土構件及低配筋率構件的植筋應按錨栓進行設計計算。這主要因為此項技術主要用于連接原結構構件與新增構件，只有當原構件混凝土具有正常的配筋率和足夠的箍筋時，這種連接才是有效而可靠的。與此同時，為了確保這種連接承載的安全性，還必須按充分利用鋼筋強度和延性的破壞模式進行計算。

1.2 植筋技術的技術要求

采用植筋技術時，原橋體構件的混凝土強度等級直接影響植筋與混凝土的粘結性能，特別是懸挑結構、構件更為敏感。為此要求，當新增構件為懸挑結構構件時，其原構件混凝土強度等級不得低于C25;當新增構件為其他結構構件時，其原構件混凝土強度等級不得低于C20。

橋梁中承重構件植筋部位的混凝土應堅實、無局部缺陷，且配有適量鋼筋和箍筋，才能使植筋正常受力。因此，不允許有局部缺陷存在于錨固部位;即使處于錨固部位以外，也應先進行補強或加固處理后加固后再植筋，以保證安全和質量。

種植用的鋼筋，應采用質量和規(guī)格符合規(guī)定的帶肋鋼筋。國內外試驗表明，帶肋鋼筋相對肋面積A的不同，對植筋的承載力有一定影響。其影響范圍大致在0.9～1.16之間。當0.05＜A＜0.08時，對植筋承載力起提高作用;當A＞0.08時起降低作用。因此，要求相對肋面積應在0.055～0.065之間。而國外有些標準對A的要求較寬，允許0.05≤A≤0.1的帶肋鋼筋為合格品。這樣對植筋的安全質量有影響，故要求采用進口的帶肋鋼筋時，應檢查此項目。

1.3 植筋技術的構造要求

當按構造要求植筋時，其最小錨固長度應符合下列構造要求:受拉鋼筋錨固為0.3l，10d和100 mm三者之間的最大值。其中l(wèi)為植筋基本錨固深度，按混凝土結構加固設計規(guī)范確定。對于受壓構件，則應該取0.6l，10d和100 mm三者之間的最大值。對于懸挑結構，還應乘以系數(shù)1.5。

“當所植鋼筋與原鋼筋搭接時，其植筋錨固深度設計值應根據(jù)位于同一連接區(qū)段內的鋼筋搭接接頭面積百分率”［2］，并按照下列公式確定:

其中，ζ為受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，其取值如表1所示;Le為受拉搭接長度;Ld為植筋錨固深度設計值。

表1 縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)表

當植筋搭接部位的箍筋間距不符合以上規(guī)定時，應進行防劈裂加固，此時，可采用纖維織物復合材的圍束作為原構件的附加箍筋進行加固。圍束可采用寬度為150 mm，厚度不小于0.111 mm的條帶纏繞而成。纏繞時圍束應無間隔，且每一圍束，其所粘貼的條帶不應少于3層。對方形截面尚應打磨棱角。若采用纖維織物復合材的圍束有困難，也可剔除原構件混凝土保護層，增設新箍筋進行加密后再植筋。

“新增鋼筋與原有鋼筋在搭接部位的凈間距應符合規(guī)范要求，若凈間距超過4d，則搭接長度應增加2d，但凈間距不得大于6d。用于植筋的鋼筋混凝土構件”［3］，其最小厚度應符合下列規(guī)定:

其中，D為鉆孔直徑，按表2確定。

表2 植筋直徑與對應的鉆孔直徑設計值 mm

2 特殊鋼筋與植筋技術的整合運用

特殊鋼筋包含的種類十分豐富，從20世紀70年代起美國FHWA(聯(lián)邦公路管理局)就開始在鋼筋表面利用靜電技術噴涂環(huán)氧樹脂粉末絕緣層，通過絕緣層將鋼筋與腐蝕介質的接觸來防止橋面板鋼筋被腐蝕。這種方法在實踐中表現(xiàn)出了十分突出的效果，采用環(huán)氧涂層鋼筋的工程使用壽命可普遍延長20年左右。在美國之后，特殊鋼筋開始在工程建設領域廣泛使用。

植筋技術的關鍵點包括被植入體(各種構件)，特種植筋膠和鋼筋三類，被植入體可變性小，特種植筋膠在植筋結構中僅承擔閉合和承擔部分力矩的作用，可變性較大且作為植筋結構核心構件的，便是植入的鋼筋。植入鋼筋的性能直接決定了植筋的效果，對結構加固或是建筑工程改造也起到關鍵作用，因而植筋技術與特殊鋼筋配合使用自然受到高度的重視，也是目前植筋技術發(fā)展的重要方向。

目前的植筋技術中，一般采用普通鋼筋、帶肋鋼筋或是帶螺絲端桿鋼筋、螺栓式錨筋等，在植筋膠的配合下與原結構有比較穩(wěn)定的連接性能，然而要取得更加優(yōu)異的性能，同時擴大植筋技術的適用范圍，將維修改造的范圍與程度大大提升，則必須需要采用性能更加優(yōu)異的特殊鋼筋，F(xiàn)RP筋是目前研究成果最為突出的一類。

FRP筋集合了眾多特殊鋼筋的性能優(yōu)勢，與普通鋼筋有本質上的區(qū)別，它由直徑5 mm～20 mm的高性能纖維，聚酯，環(huán)氧等組成。纖維約占據(jù)FRP筋成分的60%，直接決定FRP筋的各種力學性能。FRP筋重量約為普通鋼筋的20%，而強度則高達普通鋼筋的6倍，同時具有良好的耐腐蝕和抗疲勞特點，這些特點利用植筋技術，可以對老化結構進行加固改造以及維修升級，可大大降低建筑與維護成本。利用FRP對橋梁進行植筋被稱為CFRP技術，近年來在大型跨海橋梁的加固和修補中得到了廣泛的推廣。CFRP法充分利用了碳纖維增強塑料良好的力學性能和“高強度輕質量”的特點，通常與樹脂類粘貼和嵌縫材料配合使用，構成復合材料，通過植筋技術植入橋體構件中，對橋體有著良好的加固和提升力學性能的效果。以四川遂寧市某跨江大橋的加固改造為例，該橋體施工年代較早，跨度為2500 km，為多拱結構，利用植筋技術，成功地進行了改造，大大降低了費用。在施工中，對于拱肋在其上下部分別植入底板加強筋和襯拱，變雙曲拱肋截面為箱形截面;對于拱肋腹面則植入FRP筋，在不增加橋體自身重量的情況下顯著提升橋體承載力;拱肋腹面植筋外部以鋼絲網(wǎng)外加噴射水泥進行固定，并澆筑鋼筋混凝土拱圈，以φ12牽釘與原拱圈進行錨固(見圖1)。

圖1 拱肋加強示意圖

3 結語

現(xiàn)代橋梁發(fā)展數(shù)十年來，許多大型橋梁和早期橋梁進入維修改造期。植筋技術和特殊鋼筋的出現(xiàn)對包括維修、加固和改造在內的許多工程活動具有巨大推動意義，雖然目前我國在這一領域還處于起步階段，但只要積極探索，同時總結西方國家的既有經驗，我國作為土木工程大國，一定可以在植筋與特殊鋼筋領域取得更加輝煌的成就。

［1］周錫全.工程結構可靠性鑒定與加固［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］葉列平.FRP加固混凝土梁受彎剝離破壞的有限元參數(shù)分析［M］.武漢:華中科技大學出版社，2009.

［3］王文煒.FRP加固混凝土技術及應用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［4］丁紹祥.混凝土結構加固工程技術手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.