四女寺樞紐北進(jìn)洪閘除險(xiǎn)加固工程閘墩植筋錨固試驗(yàn)

魏玉濤，劉恩杰

（四女寺樞紐北進(jìn)洪閘除險(xiǎn)加固工程建設(shè)管理局，山東 德州 253009）

1 工程概述

漳衛(wèi)南運(yùn)河四女寺樞紐北進(jìn)洪閘工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物級(jí)別為2 級(jí)。本次除險(xiǎn)加固工程建設(shè)內(nèi)容包括：上部排架結(jié)構(gòu)及啟閉機(jī)房全部拆除重建，中8 孔閘室拆除重建，邊4孔閘室保留并維修加固。因此，邊4 孔上部新建排架結(jié)構(gòu)需要與保留的閘墩做后錨固連接，本次后錨固連接選用植筋技術(shù)。植筋技術(shù)是以專用的有機(jī)或無(wú)機(jī)膠黏劑將帶肋鋼筋或全螺紋螺桿種植于混凝土基材中的一種后錨固連接方法。

設(shè)計(jì)單位根據(jù)工程實(shí)際情況，并結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JG11452013）相關(guān)技術(shù)要求，選擇下游消力坎作為模擬試驗(yàn)場(chǎng)地，其施工年限、混凝土強(qiáng)度和閘墩混凝土基本一致，在該部位做破壞性拉拔試驗(yàn)具有可比性［1］。

2 植筋材料

2.1 基材混凝土

下游消力坎施工年限、混凝土強(qiáng)度與閘墩混凝土基本一致，依據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）對(duì)植筋部位消力坎3 測(cè)區(qū)和碳化深度值檢測(cè)，消力坎混凝土抗壓強(qiáng)度值為28.3 MPa，滿足基材混凝士強(qiáng)度等級(jí)不低于C25的要求。

2.2 鋼筋材料

植筋鋼筋選擇直徑32 mm的HRB400級(jí)鋼筋，經(jīng)檢測(cè)，鋼筋表面無(wú)銹蝕、無(wú)結(jié)疤、無(wú)裂紋，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和最大力總伸長(zhǎng)率滿足《鋼筋混凝土用鋼第2部分熱軋帶肋鋼筋》（GB/14992-2018）標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 植筋膠黏劑

根據(jù)加固后混凝土結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重性、結(jié)構(gòu)重要性和加固使用年限，確定本工程邊4 孔加固后的排架結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，后錨固連接植筋時(shí)采用A 級(jí)膠。植筋膠黏劑采用國(guó)產(chǎn)定型產(chǎn)品TLS-301 改性環(huán)氧植筋膠，生產(chǎn)廠家為南京天力信科技實(shí)業(yè)有限公司，經(jīng)該廠家委托國(guó)家化學(xué)建筑材料測(cè)試中心（建工測(cè)試部）檢測(cè)，膠體性能、粘結(jié)能力、熱變形溫度、不揮發(fā)物含量、耐環(huán)境作用、耐應(yīng)力作用能力、耐介質(zhì)侵蝕性能和工藝性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB50728-2011）中Ⅰ類膠A 級(jí)的技術(shù)指標(biāo)要求，檢測(cè)結(jié)論為A級(jí)膠。植筋膠主要技術(shù)參數(shù)，詳見(jiàn)表1。

表1 植筋膠主要技術(shù)參數(shù)

3 植筋施工過(guò)程

植筋施工時(shí)，基材表面溫度和孔內(nèi)表層含水率應(yīng)符合膠黏劑使用說(shuō)明書(shū)要求，嚴(yán)禁在大風(fēng)、雨雪天氣進(jìn)行。植筋施工按照以下工序進(jìn)行：基材清理→孔位放線→成孔→注膠→植筋→靜置固化→質(zhì)量檢查。

3.1 孔位放線

根據(jù)植筋布置圖在消力坎定位放線，校核無(wú)誤后進(jìn)行鉆孔作業(yè)，植筋布置如圖1 所示。用金屬探測(cè)儀探測(cè)基材原鋼筋位置并進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，鉆孔時(shí)避開(kāi)原有鋼筋，不得損傷原鋼筋。

圖1 植筋布置（單位：mm）

3.2 成孔

植筋錨固長(zhǎng)度取1 600 mm，采用人工沖擊鉆二次成孔工藝，先用直徑40 mm、長(zhǎng)100 mm 鉆桿成孔，成孔后更換直徑40 mm 長(zhǎng)1 600 mm 鉆桿鉆至設(shè)計(jì)深度。鉆孔完成后及時(shí)用高壓氣泵將孔內(nèi)粉塵吹出，然后用毛刷人工清孔，反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，直至孔洞粉塵清理干凈。清孔后用活動(dòng)的木塞封口，防止其他雜物落入。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，鉆孔孔徑40 mm，深度1 600 mm，垂直度控制在3%內(nèi)，位置無(wú)偏差，孔內(nèi)無(wú)浮塵、碎屑，錨孔干燥，成孔質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 注膠

在施工現(xiàn)場(chǎng)將A、B 組份按3:1 進(jìn)行調(diào)膠，拌和后的膠液色澤均勻、無(wú)結(jié)塊和氣泡，放入打膠筒內(nèi)。先將打膠筒內(nèi)膠液擠出一部分，待出膠均勻后通過(guò)注膠孔注入孔洞，注膠深度超過(guò)孔深的2/3，約1.2 m處，深度用鋼尺測(cè)量控制。注膠從孔底向外均勻、緩慢地進(jìn)行，以利排除孔內(nèi)的空氣。

3.4 植筋

植筋鋼筋在使用前進(jìn)行除銹和去污加工，采用“先注膠后安裝鋼筋”的程序進(jìn)行，將加工好的直徑32 mm 的HRB400 級(jí)鋼筋緩慢插入洞內(nèi)，同時(shí)向同一方向緩慢旋轉(zhuǎn)直至到達(dá)孔底，確保植筋膠與鋼筋全面粘合。鋼筋到達(dá)孔底后有植筋膠溢出孔口，如孔口不溢膠，拔除鋼筋后重新注膠插入，直至溢膠為止。插入過(guò)程中及時(shí)校正方向，確保植入的鋼筋處于孔洞的中心位置。規(guī)范施工操作，加強(qiáng)對(duì)完成的插筋的保護(hù)，避免對(duì)完成的插筋造成擾動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基材溫度在可操作時(shí)間內(nèi)完成植筋工序，現(xiàn)場(chǎng)基材溫度為10～20℃，可操作時(shí)間為45 min。

3.5 靜置固化

在室外溫度條件下自然固化，靜置固化期間嚴(yán)禁擾動(dòng)，植筋膠固化時(shí)間隨著溫度變化，現(xiàn)場(chǎng)基材溫度為10～20℃，固化參考時(shí)間為72 h，固化完成后進(jìn)行下一道工序。

4 植筋拉拔試驗(yàn)過(guò)程

本工程邊4 孔加固后的排架結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ145-2013），后錨固構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行破壞性檢驗(yàn)。2020年4月8 日完成12 根植筋，2020 年4 月11 日選取4 根植筋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)破壞性拉拔試驗(yàn)。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)原理

檢測(cè)設(shè)備采用ZP-100T型錨桿拉拔儀和0～50 mm型百分表。植筋埋入段作為固定端，外露植筋插入穿心千斤頂，利用錨具（厚度自下而上加大）夾持外露植筋，形成自鎖后作為另一固定端。穿心千斤頂在中間加荷拉伸，根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律F=F＇，植筋兩端形成大小相等、方向相反的作用力，通過(guò)壓力表獲知植筋拉拔承載力。

4.2 試驗(yàn)流程

后錨固件處理→安裝儀器及儀表→加載采集數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)分析。

4.3 試驗(yàn)方法

為減少千斤頂對(duì)植筋附近混凝土約束、便于觀測(cè)基材混凝土試驗(yàn)中狀態(tài)、滿足“支撐環(huán)內(nèi)徑距試點(diǎn)直徑不應(yīng)小于12 d 和250 mm 的較大值”的要求，本次試驗(yàn)支撐點(diǎn)為植筋兩側(cè)放置2 根25B 工字鋼，工字鋼間隔大于50 cm。為安放拉拔儀及滿足加載要求，其上再放置2 根25B 工字鋼提供反力，上部工字鋼上依次放置拉拔儀、鐵板及錨具設(shè)備總高950 mm，故混凝土頂面到錨具間鋼筋段長(zhǎng)度為950 mm。

檢驗(yàn)錨固拉拔承載力的加載方式可為連續(xù)加載或分級(jí)加載，本次試驗(yàn)采用人工手動(dòng)連續(xù)加載方式進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。連續(xù)加載時(shí)，對(duì)植筋以均勻速率在2～7 min時(shí)間內(nèi)加荷至錨固破壞。

5 檢測(cè)結(jié)果分析

該工程共完成4 根植筋拉拔試驗(yàn)，植筋D1最大加載至450 kN，鋼筋累計(jì)上拔量為100 mm；植筋D2、D3最大加載至485 kN，鋼筋累計(jì)上拔量為130 m；植筋D4最大加載至495 kN，鋼筋累計(jì)上拔量為130 mm。植筋均未斷裂，下部錨固 植筋均未發(fā)生滑移。植筋拉拔試驗(yàn)結(jié)果，詳見(jiàn)表2。

表2 植筋拉拔試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ145-2013）［2］規(guī)定，植筋破壞性檢驗(yàn)結(jié)果滿足以下要求，其錨固質(zhì)量評(píng)定為合格。

式中：NRmC為受檢驗(yàn)錨固件極限抗拔力實(shí)測(cè)平均值（N）；NRminC為受檢驗(yàn)錨固件極限抗拔力實(shí)測(cè)最小值（N）；fy為植筋用鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；As為受植筋用鋼筋的截面面積（mm2）。

其 中，fy×As取 值290 kN，NRminC=450 kN，NRmC=478.8（kN）。因NRmC≥1.45fy×As=420.5（kN）、NRminC≥1.25fy×As=362.5（kN），故植筋錨固質(zhì)量評(píng)定為合格。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)，證明了改性環(huán)氧樹(shù)脂類A 級(jí)植筋膠黏劑和直徑32 mmHRB400 級(jí)鋼筋質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)承載力要求，基材混凝土強(qiáng)度滿足植筋的間距和鉆孔深度要求；驗(yàn)證了成孔、注膠、植筋、靜置固化等工藝流程、設(shè)計(jì)參數(shù)合理，為閘墩植筋施工提供了技術(shù)支撐，為類似工程施工提供了借鑒和參考。