植筋技术在港口工程中及应用―锚固深度计算及质量检测方法

植筋技术在港口工程中的应用―锚固深度计算及质量检测方法程明波陈继丹近年来随着建筑材料技术的发展和建筑使用要求的提高,在工程中利用植筋来加固、扩建原有结构应用越来越广泛,同时其在港口码头工程中也得到了应用,但目前仍没有规 X规定其计算及质量检测方法,本文将从化学锚栓的破坏形式分析计算锚栓的锚固深度,而且提出施工质量检测方法,与大家共同探讨.一、植筋锚固深度计算1. 破坏形态的分析锚筋植入原有混凝土结构的常见方式见图 1.<1> 作用力的传递方式在钢筋混凝土和素混凝土中的植筋会产生不同的力的传递具体为：①素混凝土对于素混凝土拉力是通过连接钢筋传递给混凝土,可传递的力的大小取决于可能随钢筋拉出的混凝土锥体的大小,还受锚固长度、边距和间距的影响.②钢筋混凝土对于钢筋混凝土而言,边距和间距并不重要,因为拉力是由连接钢筋通过钢筋之间的混凝土传递给预埋钢筋的.<2> 破坏类型由上分析,植筋的破坏类型可分为三种：基材破坏、钢筋拔出及锚筋钢材的破坏.它们与钢筋的品种、基材的性能、锚固参数及作用力性质等因素有关.①基材破坏是锚固破坏的基本形式,它表现出一定的脆性破坏,对于重要受力锚固应避免这种破坏形式.②锚筋拔出破坏表现为锚筋从锚孔中被拔出来了,产生的主要原因是安装方法不当.如钻孔过大、清孔不净、植筋胶失效等.它是一种不正常的破坏现象,一旦发生应按锚固质量不合格处理.③锚筋钢材被拉断 ,剪坏或拉剪组合受力破坏 .此种破坏一般具有明显的塑性变形 ,对于主要受力结构锚固,应采取这种破坏形式.2. 锚固深度计算根据第三种破坏形态分析计算公式,可得以下结论：植筋设计值≤植筋胶安全使用值植筋设计值≤混凝土安全使用值钢筋设计值：钢筋设计值：F1=πr2fy×10-3r—钢筋半径fy—钢筋设计抗拉强度植筋胶的安全使用值：植筋胶的安全使用值：F2=πDhτ×10-3/rbh—钻孔深度D—钻孔直径τ—植筋胶粘结强度,取值 9 MParb—安全系数,1.5~2.5 之间.混凝土的安全使用值：混凝土的安全使用值：F3=C•h2sqrt×10-3/rcC—修正系数=0.85h-钻孔深度fck—混凝土的抗压强度rc—安全系数,1.5~2.5 之间.3. 计算 X 例以 φ20 钢筋种于 C30 混凝土为例,钻 孔 孔 径28mm, 已 知 条 件 ：r=10mm,fy=310MPa,D=28mm,τ=9 MPa当 混 凝 土 等 级 ≥20,rb=2.2mm,C=0.85 ,fck=30 MPa, rc取最大值 2.5F1=π×102×h×10-3≤F2=π×28×h×10-3/2.2F1=π×102×h×10-3≤F3=0.85×h2×sqrt<30>×10-3 /2.5计 算 值 分 别 为h≥271mm,h≥228mm取值 271mm1 / 3标准埋深确定为271mm,只有达到此埋深后,钢筋强度才能充分利用.理论上讲,植筋胶的极限承载力是钢筋的设计屈服值,因为按破坏形式分析,如超过钢筋设计屈服强度 ,钢筋已经拉断.但我们知道 ,钢筋的实际强度大于设计屈服强度,因而在实际施工中如埋深加大,植筋胶的安全使用值将进一步增大 .所以,在工程设计中应根据植筋的使用工况适当留有富裕.二、质量检测方法1.检验目的在工程施工前,通过现场模拟胶植钢筋边界状态和受力 ,检验钢筋在种植、正常使用、破坏等过程的变形情况,为植筋施工提供可靠的数据 ,以保证工程质量,同时也可作为植筋胶粘剂力学性质评定的依据.2.检验方法<1> 试验设备采用油压千斤顶施加荷载 ,油压表精度为 1.5 级,量程 60MPa.试件在受拉拔荷载作用下产生的外拔位移采用百分表量测.仪器系统误差应不超过量程的±2%,位置记录仪应能连续记录,误差不应超过 0.02mm.检验仪器应具有足够的刚度 ,以减少间接位移误差 ,并能保持荷载与锚杆平行.(2) 抽样方法随机抽取 3 根准备用于植埋直径为 22mm 的钢筋.<3> 检验标准鉴于其锚固性质基本与锚杆相似 ,故本试验参考《土层锚杆设计与施工规 X》 〔CECS22.90〕中有关规定进行.<4> 检验方法①荷载分级加载以推荐设计抗拔力为试验基本荷载值,以要求钢筋的设计强度值的10%、25%、50%、75%、100%进行分级,避免突然加载 ,以第一循环时 10%试荷作为位移测量的初始值,加载至100%试荷后,分别以试荷的75%、 50%、25%分别卸载至 10%,再按上述分级作第二次加载,加载至 100%试荷后,直接卸载至 10%试荷,测读残余变形后卸载至零,至此非破坏性试验结束.②位移测读第一循环试验时：加载时,每级荷载施加后立即测读位移值,持荷 3 分钟后再测读一次,便施加下一级荷载；卸荷时,每级卸荷后立即测读位移值 ,持荷 1 分钟后再测读一次,便卸下一级荷载；卸荷至 10%试荷时,在按卸荷测读的时间测读位移后,即进行第二循环加载试验：每级荷载在加荷后测读位移值,持荷 1 分钟后再测读一次,之后便施加下一级荷载,当加荷至要求最大试荷〔100%试荷〕 时,恒荷 3 分钟,按加荷测读的时间测读位移值后,便直接卸荷至10%荷载,测读残余位移值.③破坏性试验加载在完成非破坏性试验后,继续施加100%、125%、150%、200%的荷载,直至破坏,按加荷测读的时间测读位移值,便直接卸荷至 10%荷载,测读残余位移值后卸荷至零.3. 检验步骤在施工 X 围内选择不同的若干个地方进行钻孔,孔深、孔径根据事先的工程设计计算确定；钻孔完成后,进行清孔并用淡水冲洗 ,然后注入植筋胶〔此时,孔内潮湿,但无明水〕 ,植入钢筋；植入钢筋后,等约 12 小时<植筋胶达到完全凝固的时间一般不超过 12 小时>,按照上述检验标准中的加载方法进行拉拔试验.注意加荷设备支撑点至锚筋的最小距离应大于 2 倍锚筋的有效锚固深度.以上所述的孔位、孔径、孔深均应记录在检验报告中.4. 检验结果评定方法<1> 非破坏性检验试验过程中应按要求记录位移值 ,完成后绘制拉拔力 -位移曲线 ,然后再2 / 3o根据孔径、孔深等参数进行评定,下面值NRm与钢筋的设计强度值 Ndoo是根据以往工程经验提出的评定方法, NRmNd；之比,即umo供参考：u,min－锚固承载力检验系数实测oo①累积位移量不大于 2mm最小值,u N,minR minNd；②每一级荷载发生的位移增量不u－锚固承载力检验系数允许得超过上一级荷载产生的位移增量的值,近似取uM,－最低抗拔力检验控制系数.2 倍③ 残余位移不大于 0.9mm0－锚固重要性系数,取 1.1.o<2> 破坏性检验NRm－锚筋极限抗拔力实测最小对于破坏性检验,该批锚栓的极限值抗拔力应满足下列规定：M按下述情况取值按下述情况取值钢筋破坏时 1.2 倍的钢筋屈服抗拉强度标准值 /钢0.95 锚筋钢材破坏时筋极限抗拉0.74 砼破坏时强度标准值,且≥1.5式中,砼破坏时2.94oum－锚固承载力检验系数平均值,取锚栓极限抗拔力实测平均3 / 3。