橋梁加固施工中化學植筋技術的應用

饒彪飛，李紅玉

（1.撫州市交通運輸局，江西 撫州 344099；2.江西省交通工程集團建設有限公司，江西 南昌 330199）

1 化學植筋承載力的影響因素

化學植筋技術的錨固效果主要受鋼筋質量、混凝土基材質量、粘接劑性能、鋼筋錨固深度、孔徑、施工環境溫度等因素的影響。植筋在結構受力的情況下會與周邊的粘接劑握裹咬合，并將受力傳遞至粘接劑和孔壁周圍混凝土結構中，因粘接劑具有大于混凝土結構的強度，所以，孔壁粘結摩阻力直接影響植筋受力的抗拔力。在植筋受力向孔壁及混凝土結構傳遞的過程中，粘接力將逐漸向鋼筋末端傳遞，并當粘結摩阻力發揮至極限時，便會導致植筋與混凝土發生相對位移[2]。植筋破壞主要表現為粘接劑（與鋼筋和混凝土）粘結破壞、鋼筋斷裂、混凝土復合錐體破壞等具體形式。雖然化學植筋錨固遭遇破壞的原因和機理較為復雜，但完全可以通過嚴控植筋錨固尺寸、粘接劑性能、承載力計算等方式預防植筋破壞，提升植筋錨固施工質量。

1.1 混凝土強度

植筋承載力及破壞形式受混凝土強度的影響較大，混凝土強度較低時植筋表現為混凝土錐體破壞，而當混凝土強度高時，植筋表現為混凝土錐體和粘結的復合型破壞。隨混凝土結構強度的增大，其結構和粘接膠之間的吸附、內嵌作用均顯著增加，能有效延緩混凝土基材開裂，阻止即有裂縫的進一步延伸。植筋技術所錨固的混凝土基材必須為等級C20～C60的鋼筋混凝土、普通混凝土和預應力混凝土等結構，對于各種砌體結構、輕質或風化的混凝土結構、脆弱的抹灰及裝飾層等不能使用植筋加固技術。

1.2 粘接劑

由粘合機溫度、性能、相變等引起的粘合劑層和待粘接結構變化而形成的內應力對植筋和既有混凝土結構粘接強度有較大影響。為保證粘接劑和孔壁、植筋表面緊密接觸，粘接劑充分浸潤結構物表面，必須保證被粘接表面清潔干燥。試驗結果表明，未處理的鋼筋表面和環氧樹脂粘接劑粘接后抗拉強度僅為0.349kg·mm-2，而通過三氯乙烷等清潔溶液處理后的鋼筋表面與粘接劑粘接后抗拉強度可達1.625kg·mm-2，粘接強度顯著增大。通常情況下，抗拉和抗剪切強度隨粘接層厚度的增大而減小，剝離強度卻隨之增大，為獲得最大的抗拉和抗剪強度，應將粘結層厚控制在0.02～0.08mm以內或是0.1～0.2mm范圍內。

1.3 鋼筋埋深

鋼筋埋深主要影響錨栓承載力，不同的植筋深度所承受和傳遞的承載力不同，按照相關試驗，當植筋埋設深度在鋼筋直徑8～10倍時，通常發生錐體-粘接的復合型破壞，當植筋埋深在鋼筋直徑15倍以上時，鋼筋才會達到屈服狀態，并表現出錐體-粘結復合型破壞。鋼筋埋深應控制在混凝土基材厚度的2/3以內才能有效防止植筋強度范圍內發生劈裂破壞和錐體破壞。按照《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2013）的規定，符合錨固深度條件的化學植筋不得發生混凝土基材拔出破壞[3]，這就要求植筋的屈服荷載不得超出粘結破壞和混凝土基材破壞時所對應的承載力。上述粘結破壞和混凝土基材破壞均直接受鋼筋埋深的影響，為使鋼筋達到設計屈服強度要求，其埋深必須符合設計及相關規范的規定。

2 應用實例

2.1 工程概況

某橋梁為縣道公路沿江大道涌橋維修加固工程，橋梁起訖樁號為K2+240～K2+820，中心樁號K2+530，全長580m，設計跨徑組合為12×20m，橋面寬50m，按照四幅橋設計建設，中間兩幅總寬12.8×2m，為機動車道，外側兩幅為非機動車道和人行道。上部結構按后張法預應力混凝土空心板設計，每跨包括10片空心板；下部結構為柱式橋墩和鉆孔灌注樁基礎，左右副橋結構墩臺頂設置板式橡膠伸縮縫，橋面采用水泥鋪裝層。橋梁自2006年運行以來隨著車流量的不斷增大，橋面板先后出現多條裂縫，危及橋梁結構運行安全。

2.2 方案設計

本橋梁工程加固膠粘劑采用ZL-JGN建筑結構膠，此類型膠粘劑分為甲膠和乙膠，其中甲膠呈白色，環氧樹脂、二辛脂增塑劑和二甲酸二丁酯增韌劑是其主要成分；乙膠呈黑色，環氧樹脂、固化劑和二辛脂增塑劑為其主成分；植筋選用Ⅱ級筋材鋼筋。按照設計要求及相關規范，可得出幾種不同型號的植筋錨固參數，具體見表1。

表1 不同型號的植筋錨固參數

2.3 施工工藝流程

2.3.1 混凝土孔處理

嚴格按照設計要求及施工方案所確定的植筋錨固參數以及定位放線結果，通過電錘鉆孔，鉆孔過程中如探測到混凝土結構主筋時必須適當調整孔位，鉆孔孔徑應比植筋直徑大出4～10mm。待完成鉆孔施工后，應徹底清理孔底及孔周邊40cm范圍內的孔渣等雜物，并通過氣泵和剛性毛刷按照“三吹兩刷”的流程進行孔底清理，完成后再用棉球蘸取丙酮溶液進行孔洞內壁的涂刷。清理完成后通過空壓機將加熱后的空氣由孔底吹出進行孔壁干燥，如果工期允許，可通過自然風干的方式。完成孔底清理及孔壁涂刷干燥后封蓋孔口，防止異物、灰塵等落入。

2.3.2 粘接劑配置

按照3：1的配合比將甲膠和乙膠倒入清潔容器，配置量較少時以人工方式連續攪拌8min至均勻，如果配置量較大，則應采用電動攪拌機連續攪拌3～5min，制備好的粘接劑必須盡快使用完，靜置時間不應超過30min。

2.3.3 植筋錨固

將混合嘴裝在專用的注射器上并將制備好的粘接劑裝入注射器，將混合嘴插入孔底后從孔底開始連續均勻注膠，并保證孔內無氣泡及空隙出現，注滿孔深的2/3時停止注膠，按照一個方向以連續旋轉1～2min的方式將鋼筋植入孔洞并達到孔底，使鋼筋和孔內粘接劑充分粘結，并按照設計要求進行鋼筋幾何位置及垂直度等的調整。且鋼筋插入孔底后必須有粘接劑從孔口溢出，如無粘接劑溢出，則表明注膠量不足或注膠存在空隙、氣泡，必須拔出鋼筋后重新注膠。

對于合格的植筋應設圍擋保護，并在孔洞內粘接劑達到固化狀態前禁止觸碰、振動和搖擺鋼筋，以確保植筋錨固效果。

2.4 施工試驗

本橋梁錨固施工前在相同混凝土錨固基材注膠植筋完成72h后對各種型號的植筋進行了破壞性的抗拉拔試驗，試驗裝置詳見圖1。根據試驗結果，本工程所使用的各型號植筋均未出現裂縫及損壞，均符合抗拉拔性能設計要求。此外，根據所制作的與待加固橋梁相同的混凝土錨固基材破壞性試驗結果，植筋深度超過鋼筋直徑的15倍時植筋破壞形式主要表現為鋼筋屈服破壞，并呈現出明顯的頸縮特性，此種情況下，鋼筋屈服強度是影響植筋強度的主要方面。而當植筋深度不足鋼筋直徑的15倍時，因鋼筋受拉原因而導致膠粘劑和既有混凝土結構的粘接面發生沖切和脆性破壞，嚴重影響植筋加固效果。所以本橋梁工程植筋深度不得小于鋼筋直徑的15倍，以充分發揮錨固鋼筋的極限強度。

圖1 破壞性抗拉拔試驗裝置

3 結語

本文分析結果表明，橋梁結構加固的化學植筋技術具有顯著的技術優勢和嚴格的適用范圍，因其不改變既有混凝土結構斷面及配筋，錨固速度快，施工工藝簡單，加固效果良好。既適用于隧道、地鐵、污水處理等工程，以取得整體性防水效果，對于既有公路橋梁結構、現澆建筑樓板等工程可以達到防治有害裂縫，減少模板周轉，加快施工進度的技術效果，從而為各類混凝土工程帶來顯著的經濟效益和社會效益。