浅谈植筋技术及建筑工程应用

[摘要]近年来，混凝土新技术和新材料在工程改建和加固中普遍开始应用，植筋技术作为一种新型的加固技术，是一项对混凝土结构较简洁、有效的连接与锚固技术，被广泛应用于建筑结构加固及混凝土的补强工程中。

[关键词] 植筋技术；加固原理；植筋胶；粘接剂强度；锚固强度

引言

植筋技术是在已有的混凝土结构或构件上以适当的直径和深度钻孔，并采用专用的植筋胶，利用其粘结和锁键原理使新增的设计钢筋与原混凝土粘接牢固，使作用在植筋上的拉力通过化学粘接剂向混凝土中传递，从而形成整体受力体。在施工过程中不必再进行大量的开凿挖洞，从而减轻了对原有结构或构件的损伤，也减轻了加固改造工程的工程量。

1植筋技术加固原理

植筋技术是在需要连接的旧混凝土构件上根据结构受力特点，确定钢筋的数量、规格、位置，在旧构件上经过钻孔、清孔、注入植筋粘接剂，再插入所需钢筋，使新插钢筋与混凝土通过结构胶粘结在一起，然后再浇筑新混凝土，从而完成新旧钢筋混凝土的有效连接，达到共同作用、整体受力的目的。

其工作原理是：在加固过程中，新旧混凝土界面的抗剪力主要由以下几部分组成：界面混凝土内部结合力，界面摩擦力，植筋的抗剪力。当外力作用达到一定程度，界面混凝土内部结合力被抵消，新增的混凝土与原混凝土面理论上分离，产生相对位移，此时植筋受拉力和剪力产生的弯矩作用，作用值的大小依赖于界面的粗糙度和强度。如果界面足够粗糙，此时会产生附加的混凝土层间的内连锁作用，起到部分抵消外部剪力的功效

植筋技术不但具有施工方便、工作面小、工作效率高的特点，而且还具有适应性强、适用范围广、锚固结构的整体性能良好、价格低廉等优点。工程实践证明，植筋技术是一种处理建筑工程中结构缺陷和改造具有一定年限建筑物的好办法。

2植筋技术的优点

（1）设计的灵活性:根据需要可以在钢筋混凝土的任何位置,根据结构受力特征而设计植筋的数量及规格。

（2）可靠性优于预埋件:一般钢筋混凝土结构在需要与其他结构连接处均预留预埋件,但预埋件位置难以准确,调整功能后预埋件的位置难以改变且施工繁琐,而植筋具有灵活性,其可靠度与预埋件基本相同。

（3）比一般的铆、焊法受力均匀,材料不会产生应力集中现象(如焊接时的热应力等),使植筋更耐疲劳。

（4）承载力大,按计算施工的植筋完全能满足受力要求。

（5）工艺简单,可大大缩短工期,往往在2 ~3 d或更短时间内就可使用。

（6）钻孔直径、深度范围广、施工灵活,抗高温,可近距离焊接施工。

（7）造价低:以应用植筋技术最多的框架柱与砌块填充墙之间的锚拉筋为例。经过施工单位使用情况调查,一般每公斤结构植筋胶可植100根锚拉筋,植筋所用结构胶成本还不到0.5元,由于植锚拉筋工艺简便,一般钢筋工都可以操作,且每个工日至少可植50根,每根钢筋综合成本也就在1 ~2元左右,比其他施工方法都要经济。

3影响因素

植筋技术的成败主要取决于混凝土基材质量、钢筋质量、粘结剂强度、钢筋植入混凝土深度(锚固长度)、施工温度等因素。

（1）混凝土本身强度如果很低,植入高强度钢筋的强度没有任何意义。所以根据《混凝土结构加固技术规范》规定,当采用HRB335级钢筋种植时，混凝土强度不宜低于C15；当采用HRB400级钢筋种植时，混凝土强度不宜低于C20。（注：若需要采用HRB235级钢筋种植时，其钢筋直径不得大于12mm，原构件混凝土强度等级不得低于C20）

（2）钢筋一般选用I级、Ⅱ级钢筋,其强度应符合现行国家标准,即《普通碳素结构钢技术条件》的规定。粘结剂的自身强度及粘接强度必须满足使用要求，其植筋构造及锚固长度应满足设计及规范要求。

（3）混凝土植筋的破坏形式则主要取决于植筋的锚固深度,就植筋的埋置深度而言,试验研究表明,埋深较小时,植筋发生混凝土锥形破坏,承载力较低,不但不能发挥钢筋的作用,而且呈脆性破坏;埋置深度较大时,钢筋发生断裂破坏,钢筋植入部分没有发生丝毫滑移,强度未充分发挥,容易造成材料浪费;只有埋置达到适当的深度时,植筋破坏始于钢筋屈服,有明显的预兆,符合工程需要。这个“适当的深度”需要通过试验来确定,目前还没有准确的理论计算公式可应用于指导植筋工程设计。建议深度为目前的结构加固和改造工程中大家普遍凭经验采用5d或10d。

（4）施工温度。植筋的施工温度直接影响粘结剂的固化时间。一般情况下,植筋所用粘结剂的固化时间随温度的升高而缩短;植筋的环境湿度直接影响粘结剂的固化时间和力学性能的发挥,故应确保环境温度不致过高。

4 施工工艺及施工质量关键控制点

一般施工工艺：剔除混凝土保护层 划定位线

钻孔 清理砂石灰尘 二次钻孔打毛

清砂石灰尘孔径、孔深验证 干燥 清尘

注植筋胶 植筋 抽检 修复 清场

施工质量关键控制点：

（1）定位

依照设计图纸的要求，对所需植筋的部位进行定位放线。在所需植筋点作出明显的标志，以便钻孔。定位时，要结合设计图纸及《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的有关要求，尽量避免原结构中钢筋所处位置，以免钻孔时钻到原钢筋，影响植入钢筋的深度而减弱植筋的效果。

（2）钻孔

植筋定位要准确，钻孔时要避免钻断原结构钢筋，做到一次钻孔成功，检查构件混凝土强度，必须达到C20以上。按照设计要求确定钻孔的位置、孔径和深度，外侧孔壁与钢筋混凝土构件边缘间的宽度≥5mm以上，钻孔后的孔壁应完好，无裂缝和蜂窝等。其质量控制关键是钻孔孔径和钻孔深度一定要按《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的有关规定进行，不得按经验值估用。

（3）清孔

钻孔后应立即清理，用刷子擦扫孔壁灰粉并用压缩空气吹净钻孔内的灰粉，然后用干净物体临时封堵封孔口，以防尘土、砂粒等杂物落入。其质量控制关键钻孔后必须清扫干净，以增强与化学胶的粘结力。

（4）植筋表面处理

植筋应先通过物理试验，采用机械法或钢丝刷擦除植筋部分表面铁锈和氧化层，然后用丙酮(化学试剂)除去残留油污，经处理的钢筋应尽快植入孔内，避免二次污染。其质量控制关键是钢筋植入部分表面干净，以增加与化学胶的粘结力。

（5）化学粘合剂灌注

目前市场上供应的粘结剂种类、型号较多且性能各异，而粘结剂又是使植入钢筋与基体混凝土牢固锚固在一起体现植筋效果的关键材料。因此，在实际施工中，选择一种安全可靠，质量稳定，性能较好的粘结剂是确保工程质量的一项重要措施。大多数化学粘结剂均为双组分材料，用长嘴器具深入成孔底部，通过挤压器将化学粘合剂在孔内从里到外渐渐填孔并排出空气，注浆量为孔深的1/2～1/3。其质量控制关键是从孔底开始注浆，浆体不得有气泡存在。

（6）钢筋植入

将处理好的植筋缓缓慢旋入孔内预定深度，其质量关键是植筋必须缓慢旋入。

（7）养护固化

已植入孔内的钢筋在常温下养护，直至使用的化学粘结剂固结的规定时间。其质量控制关键是保证固结时间，中间不得扰动。植入钢筋后，钢筋与混凝土的连接应能满足规范及施工、使用的要求。除了要保证连接的强度、耐久性外，还应具有可焊接性，以及能满足一定的防火要求。

（8）检测试验

在植筋之前，应对所用钢筋及植筋胶进行现场拉拔试验，以确定钢筋及植筋胶是否符合设计要求。植筋后应进行非破损性拉拔试验，以便检测工作状态的植筋质量。

5植筋技术的缺陷和建议

钢筋与混凝同受力主要取决于它们之间的粘结能力。由于植筋为后锚固方式，锚固钢筋与包裹层混凝土间的状态同先锚固钢筋与包裹层混凝土间的状态相比具有以下不利因素：

（1）植筋时的钻孔对周围混凝土造成一定的损害；

（2）清孔不干净会使结构胶与混凝土之间的粘结力显著下降；

（3）植筋操作中注胶不饱满会使得实际锚固深度降低；

（4）温度、湿度、振动等条件对结构胶耐久性的不利影响；

（5）结构胶本身的质量稳定性的问题。

在设计与施工中要尽量避免以上不利因素的影响，建议：

根据现行《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006中所规定的钢筋锚固深度要求，结合结构胶的性能指标应尽可能的将植筋的锚固深度加固(尤其在后加牛腿、悬挑梁、板的情况下)不应片面按照厂家资料去做；施工现场应进行相当数量的植筋的检测试验；对特殊结构构件应采取其它措施配合并加大植筋数量提高安全储备。

参考文献：

[1]万墨林等，JGJ145-2004《混凝土后锚固技术规程》。

[2]中国建筑工业出版社，2003 《建筑施工手册》

[3]梁坦等，GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。