劉云森

（中交上海航道局有限公司，上海 200120）

0 引言

植筋是通過粘結(jié)劑將鋼筋種植于混凝土基材的一種后錨固連接方法［1］。在工程建設(shè)中，經(jīng)常需要對已有建筑物進(jìn)行加固改造，或偶爾有遺漏的構(gòu)件需要后補，如果破壞原結(jié)構(gòu)對新舊鋼筋進(jìn)行連接錨固，那么不僅對原結(jié)構(gòu)影響很大，而且耗時耗力，施工復(fù)雜。在這種情況下植筋技術(shù)施工方便、效果明顯等優(yōu)點便得到充分的顯現(xiàn)，使植筋技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。雖然植筋技術(shù)簡單易操作但施工質(zhì)量卻往往難以保障，經(jīng)常出現(xiàn)植筋錨固力達(dá)不到設(shè)計值的情況，既難以保證安全又影響施工。所以有必要對影響植筋質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，找出施工中制約植筋質(zhì)量的主要因素，并在后續(xù)施工中加以調(diào)整以提高植筋質(zhì)量。本文主要的研究內(nèi)容為以施工現(xiàn)場已完成的植筋為試驗對象，進(jìn)行拉拔試驗，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，并找到影響植筋質(zhì)量的主要因素，以期能提高植筋的施工質(zhì)量。

1 主要施工工藝簡介及試驗方法

1.1 施工工藝簡介

植筋的施工流程如圖 1 所示。

圖1 植筋施工工藝流程圖

1）鉆孔。放線定位時定位要準(zhǔn)確，避免鉆孔時鉆到原結(jié)構(gòu)鋼筋，如果遇到鋼筋，要及時避開，確保不破壞原結(jié)構(gòu)。鉆孔的位置、深度、孔徑要滿足設(shè)計要求，鉆完后的孔壁應(yīng)完整，無裂紋、蜂窩等。

2）清孔。清孔是整個施工環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，因為鉆孔完成后孔內(nèi)殘留很多混凝土粉末和碎屑，直接關(guān)系到植筋的質(zhì)量。所以一定要把孔內(nèi)雜物清理干凈。用毛刷套上加長棒，伸至孔底，來回反復(fù)抽動，把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內(nèi)浮塵。吹完后再用脫脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔內(nèi)壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易揮發(fā)，水不易揮發(fā)。用水擦洗后孔內(nèi)不會很快干燥。另外清孔完成后要檢查孔深，只有孔深符合設(shè)計要求，才能進(jìn)行下一步施工。鉆孔清洗完成后要請監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)單位驗收，合格后方可注膠。

3）注膠。注膠是將粘結(jié)劑放入專用的手動注射器中，注膠時先將粘結(jié)劑出口處較稀的膠液排出不用，然后將前端的螺旋混合嘴伸入孔底，如長度不夠可用塑料管加長，然后扣動板機進(jìn)行注膠。為了使鋼筋植入后孔內(nèi)膠液飽滿，又不能使膠液外流，孔內(nèi)注膠達(dá)到 50 % 即可?？變?nèi)注滿膠后應(yīng)立即植筋操作。

4）插入鋼筋。植筋前要把鋼筋植入部分表面銹跡清除干凈，再用酒精或丙酮清洗，保證鋼筋表面不能有油漬等雜物。鉆孔內(nèi)注完膠后，把經(jīng)除銹處理過的鋼筋立即放入孔口，然后慢慢單向旋入，不可中途逆向反轉(zhuǎn)，直至鋼筋插入孔底［2］。

1.2 試驗方法

1）施工現(xiàn)場簡介。本工程結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，墻體拉結(jié)筋和構(gòu)造柱鋼筋采用植筋的方式和框架連接，拉結(jié)筋植筋規(guī)格選用 HPB300φ6，構(gòu)造柱植筋規(guī)格選用 HRB400φ12。由于第一次拉拔試驗檢測不合格，對之前已完工的植筋進(jìn)行了返工，后續(xù)施工嚴(yán)格按照施工工藝要求進(jìn)行。施工完成后對所有植筋進(jìn)行拉拔試驗，檢測改進(jìn)后的植筋質(zhì)量也為了分析找出影響植筋質(zhì)量的主要因素。此次檢測植筋共計 500 根，其中拉結(jié)筋鋼筋 312 根，構(gòu)造柱鋼筋 188 根。

2）試驗方法簡介。此次試驗選用的儀器為數(shù)字顯示式拉拔儀。儀器主要包括手動油泵、液壓油缸、智能數(shù)顯壓力表、高壓油管、錨具等。試驗方式采用非破損檢驗，加載方式采用連續(xù)加載方式。合格標(biāo)準(zhǔn)為：試樣在持荷期間，錨固件無滑移、基材混凝土無裂紋或其他局部損壞跡象出現(xiàn)，且加載裝置的荷載示值在 2 min 中內(nèi)無下降或下降幅度不超過 5 % 的檢驗荷載。植筋受拉承載力設(shè)計值按 JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》6.3.1-2 公式取值如式（1）所示。

2 試驗結(jié)果

按照以上試驗方法對現(xiàn)場 500 根植筋進(jìn)行拉拔試驗，其中 HPB 300φ6 拉結(jié)筋鋼筋 312 根，HRB 400φ12構(gòu)造柱鋼筋 188 根。試驗結(jié)果如表 1 所示。

表1 拉拔試驗結(jié)果

其中 22 根不合格植筋，對這 22 根植筋不合格因素進(jìn)行初步分析，其中由于錨固深度不夠?qū)е沦|(zhì)量不合格的植筋有 5 根，其中拉結(jié)筋植筋有 3 根，構(gòu)造柱植筋有 2 根；由于清孔不干凈導(dǎo)致基材粘結(jié)力不夠等因素導(dǎo)致不合格的植筋占 17 根，其中拉結(jié)筋有 10 根，構(gòu)造柱植筋有 7 根。具體分布如表 2 所示，不合格植筋的試驗數(shù)值如表 3 所示。

表2 不合格植筋分布表 根

表3 不合格植筋錨固承載力數(shù)值 kN

根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)果：①此次植筋的施工質(zhì)量總體是合格的，滿足規(guī)范要求；②構(gòu)造柱植筋比拉結(jié)筋植筋不合格率高，且實測值較設(shè)計值有較大差距；③基材粘結(jié)力不夠?qū)χ步钯|(zhì)量影響大。

3 植筋破壞方式及影響植筋質(zhì)量的因素

3.1 植筋破壞方式

植筋是用有機或無機粘結(jié)劑將鋼筋種植于混凝土基材的一種后錨固連接方式。一般情況下植筋只考慮承受軸向力作用，植筋的錨固承載力通過鋼筋和粘結(jié)劑傳向混凝土基材。所以錨固力的大小直接與鋼筋和粘結(jié)劑的粘結(jié)程度、粘結(jié)劑和基材的粘結(jié)程度有關(guān)。

植筋的破壞模式分為混凝土基材破壞和鋼筋整體拔出破壞。此次重點討論植筋的錨固承載力達(dá)到極限時的破壞模式。植筋承載力達(dá)到極限承載力時的破壞模式細(xì)分為以下 3 種：第一種模式是鋼筋沿膠混界面拔出，這種情況的破壞是鋼筋與粘結(jié)劑結(jié)合足夠牢固，粘結(jié)劑與混凝土基材之間結(jié)合不夠牢固，首先發(fā)生破壞；第二種模式是鋼筋沿膠界面拔出，這種情況的破壞是粘結(jié)劑與混凝土基材之間的結(jié)合足夠牢固，粘結(jié)劑與鋼筋之間的結(jié)合不夠牢固，植筋承受的軸向力超過二者之間的粘結(jié)強度，發(fā)生破壞；第三種模式是鋼筋破壞也就是植筋承受的軸向力超過鋼筋的抗拉強度，鋼筋被拉壞，一般情況下鋼筋的抗拉強度大于植筋的錨固力，當(dāng)發(fā)生鋼筋破壞時更多的是鋼筋本身存在缺陷，使用的鋼筋為不合格品，或者設(shè)計不合理選用的鋼筋抗拉強度小于設(shè)計的植筋錨固力。破壞方式示意圖如圖 2 所示。

圖2 植筋示意圖及三種破壞模式

此次不合格的植筋中以第一種方式破壞的有 8 根，以第二種方式破壞的有 14 根，無第三種方式破壞。

3.2 影響植筋質(zhì)量的因素

根據(jù) JGJ 340－2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》6.2.7.2 公式，如式（2）所示。

式中：Nu為拉拔的破壞荷載，N；fb.c為鋼筋和混凝土的粘結(jié)強度，MPa；d0為鋼筋公稱直徑，mm；1b為鋼筋錨固深度，mm。

可知植筋的錨固承載力和鋼筋和混凝土粘結(jié)強度、鋼筋直徑、錨固深度有關(guān)。而粘結(jié)強度與基材干凈程度、鋼筋干凈程度、粘結(jié)劑種類有關(guān)。下面將結(jié)合試驗結(jié)果分別分析這些因素是如何影響植筋質(zhì)量的。

1）錨固深度。

錨固深度對植筋質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在鉆孔的深淺直接影響粘結(jié)劑的注漿深度和鋼筋的錨固深度。當(dāng)鉆孔深度較淺時，鋼筋與粘結(jié)劑的粘結(jié)長度、粘結(jié)劑與基材的粘結(jié)長度都不足，導(dǎo)致錨固力不足，鋼筋容易發(fā)生第一種破壞或第二種破壞?，F(xiàn)場檢測不合格的 5 根植筋就是這種情況。因此在植筋施工時鉆孔深度一定要滿足規(guī)范和設(shè)計要求。根據(jù) JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的要求，對受拉鋼筋植筋的最小錨固長度為 0.3ls，10d，100 mm 三者之間的最大值（ls為基本錨固深度，d為鋼筋直徑）。

2）基材干凈程度和鋼筋干凈程度。

基材的干凈程度主要指基層表面應(yīng)堅實、平整，基層表面不應(yīng)有抹灰層、裝飾層。另外最重要的是鉆孔完成后，要對鉆孔進(jìn)行清理，徹底清理鉆孔里殘留的粉塵和碎屑。清孔這一步極為重要，如果清孔不到位或沒有清孔則粘結(jié)劑受鉆孔內(nèi)殘留的粉塵和碎屑影響無法與基材緊密接觸，粘結(jié)不到位，無法發(fā)揮粘結(jié)強度，導(dǎo)致鋼筋容易沿膠混界面拔出。

鋼筋的干凈程度主要指鋼筋使用前應(yīng)清除鋼筋表面的浮銹和污漬。這和清孔的目的一樣，都是保證粘結(jié)劑能粘結(jié)到位，發(fā)揮最大的粘結(jié)強度。如果鋼筋表面沒有清理干凈容易使鋼筋沿膠界面拔出。

以上兩種影響因素都著重強調(diào)材料表面的干凈程度對植筋質(zhì)量的影響。通過試驗結(jié)果就可以看出材料表面不干凈會對粘結(jié)強度產(chǎn)生很重要的影響，導(dǎo)致錨固力大幅度下降。這也是影響植筋質(zhì)量的主因，在粘結(jié)劑合格的前提下，如果能夠保證材料表面的干凈程度則粘結(jié)強度就有保證，則植筋的合格率將大幅提升。因此在施工過程中一定要注意材料表面的干凈程度。另外在施工中要注意天氣和環(huán)境的影響，避免潮濕、陰雨環(huán)境下施工，以使粘結(jié)劑能夠發(fā)揮最大的效力。

3）鋼筋直徑。

鋼筋的直徑與鋼筋的截面積直接相關(guān)。鋼筋直徑越大，鋼筋截面積越大。所以在錨固深度和粘結(jié)強度相同的情況下，鋼筋與粘結(jié)劑的接觸面積越大，則錨固力越大。對比 HPB300φ6和HRB400φ12 兩種型號鋼筋的錨固力就可以發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律，所以在其他條件相同的情況下，當(dāng)錨固力無法滿足要求，可以選用較粗的鋼筋以提供更大的錨固力。

HPB300φ6 和HRB400φ12 兩種型號鋼筋的錨固力設(shè)計值根據(jù) JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》6.3.1-2 公式計算得 7.6 kN 和 40.7 kN。對比可以發(fā)現(xiàn)鋼筋牌號和規(guī)格的提升會導(dǎo)致錨固力設(shè)計值大幅度提升。根據(jù) JGT 340－2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》6.2.7.2 公式可知鋼筋直徑增大會導(dǎo)致錨固力增大，但鋼筋牌號的不同不會影響植筋的錨固力。這也是為什么構(gòu)造柱植筋比拉結(jié)筋植筋不合格率高的一個原因。

4）粘結(jié)劑。

粘結(jié)劑是使植入的鋼筋與基材粘結(jié)在一起的關(guān)鍵材料，是錨固力能不能達(dá)到要求的重要因素。所以粘結(jié)劑的選擇對植筋質(zhì)量的影響至為關(guān)鍵。此次施工選擇的粘結(jié)劑是滿足要求的，粘結(jié)力不足主要是由材料表面不干凈導(dǎo)致的，并不是粘結(jié)劑本身的問題。

粘結(jié)劑選擇時要考慮長期穩(wěn)定性、耐高溫、耐酸堿、抗氧化等諸多因素。目前市場上可供選擇的粘結(jié)劑種類、型號各異，性能也是不盡相同。盡管短期內(nèi)受力效果沒有太大差距，但性能的穩(wěn)定性和耐久性在數(shù)年后就會有非常明顯的差距。因此在選擇時一定要選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的、有完整質(zhì)保資料的粘結(jié)劑，另外要根據(jù)工程實際情況，注意粘結(jié)劑的各項參數(shù)及使用環(huán)境，確保選擇的粘結(jié)劑可以滿足施工要求。

4 結(jié)語

通過以上分析可知，影響植筋質(zhì)量的各個因素實際上影響的是鋼筋與粘結(jié)劑的粘結(jié)強度和粘結(jié)劑與基材的粘結(jié)強度。而這些因素就是施工過程中需要控制的關(guān)鍵點，在施工過程中如果能嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范要求施工，則影響植筋質(zhì)量的各項因素就能避免，植筋的質(zhì)量就能保證。Q