大直徑后置錨栓的探索

江建華

(攀枝花天譽工程檢測有限公司，四川攀枝花617023)

目前，國內《混凝土結構后錨固技術規程》(JGJ 145－2004)中所針對的主要是直徑d≤40的錨栓進行的編制，沒有涉及到大直徑錨栓，現已不能滿足目前大直徑錨栓在工程施工中的要求。鑒于這種情況，我們針對大直徑錨栓進行了一系列的現場試驗。針對不同直徑的錨栓，分為不同的埋設深度、不同粘結材料、不同桿體形式等做了一系列的埋設及拉拔試驗。其目的是為了適應目前大型鋼鐵公司老舊設備的改造以及不具備預埋條件的特殊設施后錨固的施工。一般情況下，設備改造工程常常采用較大的錨栓來進行設備的固定，且工期要求又非常緊。為了縮短工程工期，保證改造工程按期投產，施工單位常常會采用后錨固的方法進行施工。目前采用這種后置大直徑錨栓進行錨固的方式在國內還沒有成熟的經驗，我們希望通過這一系列的試驗，為大型工程的設備基礎的改造設計以及設備錨栓的埋設及其施工提供較為準確的資料。

1 試驗依據

本次試驗依據:

(1)《混凝土結構后錨固技術規程》JGJ 145－2004;

(2)《混凝土結構工程施工驗收規范》GB 50204－2002;

(3)《建筑施工安全檢查標準》JGJ 59－99;

(4)《建筑工程質量驗收統一標準》GB 50300－2001;

(5)《混凝土結構加固技術規范》CECS 25:90;

(6)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》JGJ/T23－2001;

(7)《鉆芯法檢測混凝土技術規程》CECS 03:88。

2 試驗的主要設備與儀器

本次試驗主要采用以下設備及儀器:JX－1型地質鉆機一臺、喜利得HIT－RE500型建筑植筋膠若干、F·S流動灌漿料若干、鋼梁一根、鋼板若干、QF320T－20b型千斤頂四臺、JCQ－203型位移計一臺、精密位移傳感器四套、ZB4－500型電動油泵一臺、應力片若干、DH3815N靜態應力測試系統一臺。

3 試驗方案

3.1 鉆孔設備及安裝

本次試驗鉆孔設備采用JX－1型地質鉆機。由于成孔的孔徑較大、深度較深，其定位、速度、垂直度、同心度等方面的要求較高且精確，故鉆頭采用特殊定制的通長2 m的薄壁金剛石鉆頭。為滿足施工要求，平均鉆孔速度控制在0.5 m/h內。成孔時鉆孔位置應精確放線，畫出鉆孔孔徑的同心圓，之后將鉆機用內迫式安卡預固定，將鉆頭刃口與同心圓重合即解決了精確定位問題，此時用水平尺沿鉆頭外壁貼緊，進行鉆頭微調至垂直，即可保證其垂直度。將鉆機最終固定后，鉆孔。當鉆至設計深度時，取出鉆頭，折斷芯樣，用夾沙法由鉆機鉆頭將芯樣帶出從而完成鉆孔。

成孔后，用清水、自制鐵刷將孔壁仔細清洗干凈，然后將高壓縮空氣的風管直接插入孔底，將孔中的積水及沉渣吹出、吹干待用。

3.2 鉆孔直徑及深度選擇

本次試驗的鉆孔直徑及深度選擇見表1所示。

表1 鉆孔直徑及深度 單位:mm

為了滿足施工要求，有機料的孔徑采用d+10，無機料的孔徑針對不同規格型號的錨栓采用不同的孔徑，對于大直徑的 90其孔徑采用d+40，對于 150的錨栓采用d+60的孔徑。

因為施工工藝的要求，錨固施工必須采用先注膠或流動料，后插入錨栓的模式。所以為使大直徑錨栓在具有粘性的錨固劑中順利插入，且考慮試驗錨栓的有效埋置深度，鉆孔深度應為有效錨固深度加20 mm。

試驗場所的確定:本次試驗考慮鉆孔深度的影響，其基礎厚度選用3.5 m?？紤]鉆孔邊緣的影響，鉆孔距基礎邊緣距離選用不小于500 mm。

3.3 粘結劑的選擇

本次試驗錨固劑的選用:無機料選用F·S流動灌漿料，施工時按照使用說明書進行配制;有機料選用喜利得HITRE500型建筑植筋膠，雙組份配置，施工時按1∶3的比例通過喜利得的專用工具進行混合，混合后樹脂呈紅色粘稠狀。錨固劑的性能數據如表2。

表2 RE500膠主要性能

3.4 錨栓的制作和埋設

(1)錨栓直徑的選擇。本次試驗的錨栓選用 90、 150兩種規格。

(2)試驗錨栓的制作見表3。

本次試驗錨栓材質選用Q345，錨栓分為光圓與帶槽兩種型號，部分錨栓粘貼有應力片，埋設深度分別采用8 d和12 d各一組，每組8根，部分錨栓的錨固段帶有若干環槽的直桿式。錨栓的材質和制作圖紙見圖2所示。

表3 試驗用螺栓規格

圖2 錨栓加工示意

(3)錨栓的埋設。

有機材料選用喜利得HIT－RE500型建筑植筋劑。雙組份結構，使用時采用專用膠槍混合，為保證錨固效果，膠劑應在初凝前灌注完畢。本次試驗考慮到一次性注入膠劑量較多，為防止大體積膠體固化熱過大而使初凝過程加速，整個注膠過程應控制在10 min內完成。盡量使注入膠劑沉于孔底，避免中間留存空氣空洞。

無機材料選用F·S流動灌漿料。將已配制好的灌漿料按使用說明混合在一起，按說明要求加入水量，人工進行攪合，攪合均勻后，沿已放入孔中的錨栓四周，將灌漿料注入孔內，適度釬插振搗即可。

錨栓應緩慢旋轉插入，保證膠體充滿空隙。采用無機料時，在灌入過程中，輕敲錨栓桿體，產生振動，使無機料與錨栓緊密結合，充分粘結。錨栓植入到設計標高時，若端部存在空隙，需進行補灌。

有機料喜利得HIT－RE500型建筑植筋劑終凝時間為6 h，無機料F·S流動灌漿料的終凝時間為24 h，在此期間內不得對錨栓進行晃動，以保證錨栓與膠結料結合緊密。

4 錨栓抗拔試驗測試

4.1 抗拔試驗設備及安裝

抗拔試驗的反力裝置采用特制鋼梁。試驗時采用一臺ZB4－500型超高壓電動油泵同時向四臺320 t的千斤頂聯運供油的方式。本次試驗主要采用以下儀器設備:ZB4－500型超高壓油泵、QF320T－20b型分離式油壓千斤頂、0.4級精密壓力表、JCQ－203型位移計、DH3815N型靜態應力測試系統。為測得錨栓錨固段粘結應力分布，部分錨栓沿埋置深度每隔100 mm貼應力片，離地面100 mm處安裝兩只位移計，埋置錨栓的混凝土地面、植筋膠與錨栓接觸面上各安裝一只位移計。

4.2 檢驗設備的要求

(1)現場檢驗用的儀器、設備，如千斤頂、拉拔儀、位移計、應力儀等，均應在檢定有效合格期內。

(2)加荷設備按規定的速度加荷，測力系統整體誤差不得超過全程的±2%。

(3)加荷設備保證所施加的拉伸荷載始終與錨栓的軸線一致。

(4)位移測量記錄儀連續記錄，記錄點在10點以上，位移測量誤差不超過0.01 mm。

(5)錨栓拉拔應力的測試采用DH3815N型靜態應力測試儀，該儀器共有16個通道，自動采集每一時刻應力片應力。本次測試采樣頻率為每5 s采集一次數據。

4.3 試驗的破壞形式

根據《混凝土結構后錨固技術規程》6.1.11條分析，排除錨栓本身被拔斷的因素外，本次錨栓抗拔試驗破壞理論上有兩種模式:

(1)沿著錨固膠與錨栓界面拉剪破壞，承載力主要取決于錨固膠與錨栓的粘結抗剪強度。

膠栓截面破壞受拉承載力計算公式:

承載力標準值:

(2)由于混凝土的抗剪強度比膠的粘結抗剪強度低，故沿著錨固膠與鉆孔混凝土界面拉剪破壞，承載力主要取決于混凝土的抗剪強度。

膠混凝土界面破壞受拉承載力計算公式:

承載力標準值:

綜合以上兩種模式，針對不同類型的錨栓，其抗拔極限拉力值也不同。

4.4 試驗加荷載方式

錨栓抗拔試驗加荷等級按預估極限承載力的1/10進行，逐級加載，每級荷載持荷時間2 min，每級加載后，測讀一次桿體位移、地面位移及每組應力片的應力，穩壓后再讀一次數據，至設定荷載或錨固體破壞。

4.5 停止加載

當出現下列情況之一時，可終止加載:

(1)錨栓拔升量繼續增長，在1 h內未出現穩定跡象時;

(2)荷載施加不上，或施加后無法保持穩定時;

(3)錨栓被拔至屈服極限強度時。

符合上述終止試驗條件的前一級荷載，即為錨栓的極限抗拔力試驗值。

5 試驗結論與建議

5.1 錨栓極限抗拔力

本次試驗錨栓的極限抗拔力均取每組錨栓中的最小值，各試驗錨栓的極限抗拔力見表4。

表4 試驗成果

5.2 錨栓的破壞型式

本次試驗，錨栓的破壞形式基本上表現為混合型破壞。在錨栓粘結的孔口成一錐形破壞體，其破壞錐形高度分別為: 90的錨栓約為120 mm， 150的錨栓約為300 mm。采用無機料時，錐孔以下基本上是錨栓的桿體從無機料中脫出，表現為桿體與無機料粘結破壞;采用有機料時，錐孔以下基本上有100 mm左右的有機料附在桿體上隨桿體脫出，其下部為桿體從有機料中脫出，表現為桿體與有機料粘結破壞。

5.3 建議

(1)設計時，采用錨固長度為12 d的錨栓，錨栓形式為錨栓錨固段端部帶有若干環槽的直桿式。

(2)錨栓粘結劑使用有機料喜利得HIT－RE500粘結劑。錨栓埋置時，當溫度≥40℃，應采取降溫措施，以避免溫度過高，粘結劑凝結時間過快影響埋設質量。

(3)錨栓埋置時，應精確控制錨栓埋深和粘結劑保護層厚度?？裳劐^栓長度方向上作好標記，控制埋設深度。在距錨栓底部100 mm和距錨栓孔口位置100 mm的地方沿錨栓四周焊接小的短鋼筋做保護層墊塊，以控制錨栓居中。

6 前景展望

隨著大型鋼企新舊設備改造、大型設備的安裝等項目在國內的快速發展，大直徑錨栓在施工中的運用越來越廣泛。后置錨栓具有施工簡單、使用靈活等優點，越來越深受施工單位的喜愛，其前景廣闊，具有良好的發展空間。

[1]JGJ 145－2004混凝土結構后錨固技術規程[S]

[2]戴廣海，張惠，陳海燕.無機后錨固材料植筋性能試驗研究與分析[J].粉煤灰，2009(3)

[3]邢國起，王曉利.一種新型化學錨栓的拉拔試驗研究[J].工程建設，2010(1)