植筋技术几个参数探讨

摘要结合混凝土结构后锚固技术规程，本文对植筋锚固长度、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

中图分类号：U213文献标识码： A

1．植筋锚固长度

植筋胶生产厂家提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，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。

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：

（1）

式中，―植筋锚固长度；

―植筋胶的抗拉强度设计值；

―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；

―混凝土植筋孔径；

―锚固系数，0.3~0.5

若混凝土取C20，=1.1N/mm2，植筋胶抗拉强度设计值=30Mpa=30N/mm2，则=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。

2．植筋抗拔力计算

目前国内尚无植筋抗拔力估算公式。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（图1）抗拔力

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=πlc

则混凝土抗拔力N1=（2）

上式中，N1―植筋抗拔力，KN；

―混凝土的抗拉设计强度，N/mm2；

―图1中混凝土倒锥体斜面面积；

―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°，=0.3，c=260tgβ=55mm，l=260/cosβ=266mm

As=πlc =45.9×103mm2

由公式（2）得N1=0.3×1.1×45.9×103=15.1KN

试验结果见表1（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，比较合理。

表1

编号 临界力（KN） 破坏情况

C-1 34.2 钢筋伸长8mm

C-2 33.6 钢筋伸长6mm

C-3 31.5 钢筋伸长8mm

C-4 31.2 钢筋伸长5mm

C-5 31.2 钢筋伸长8mm

C-6 32.3 钢筋伸长8mm

平均值 32.6

2.2植筋胶和钢筋从混凝土钻孔界面破坏（图3）抗拔力。

由图3可知：

Nx+dN= Nx+πdτdxdN=πdτdx

N=dN=πdτdx=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JGJ94-2008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

4.1通过植筋荷载破坏试验确定

由于植筋技术是一项新技术，结构补强时，施工现场操作条件又较差，建议通过植筋试验的破坏荷载的1/3~1/4作为植筋抗拨承载力。

4.2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6）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（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62[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6。图中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：

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2.5 MPa，安全系数较大。

5.3施工方案

5.3.1植筋

（1）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）

（2）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

（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，如图6所示。

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。

作者简介：周小强，男，1982年出生，浙江东阳人，工程师，大学本科，主要从事施工管理工作。

附图：