四女寺樞紐北進洪閘除險加固工程閘墩植筋錨固試驗

魏玉濤，劉恩杰

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

1 工程概述

漳衛(wèi)南運河四女寺樞紐北進洪閘工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物級別為2 級。本次除險加固工程建設(shè)內(nèi)容包括：上部排架結(jié)構(gòu)及啟閉機房全部拆除重建，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)是以專用的有機或無機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)計單位根據(jù)工程實際情況，并結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(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場地，其施工年限、混凝土強度和閘墩混凝土基本一致，在該部位做破壞性拉拔試驗具有可比性［1］。

2 植筋材料

2.1 基材混凝土

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

2.2 鋼筋材料

植筋鋼筋選擇直徑32 mm的HRB400級鋼筋，經(jīng)檢測，鋼筋表面無銹蝕、無結(jié)疤、無裂紋，屈服強度、抗拉強度和最大力總伸長率滿足《鋼筋混凝土用鋼第2部分熱軋帶肋鋼筋》（GB/14992-2018）標準要求。

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)安全等級為一級，后錨固連接植筋時采用A 級膠。植筋膠黏劑采用國產(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業(yè)有限公司，經(jīng)該廠家委托國家化學(xué)建筑材料測試中心（建工測試部）檢測，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家標準《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 級的技術(shù)指標要求，檢測結(jié)論為A級膠。植筋膠主要技術(shù)參數(shù)，詳見表1。

表1 植筋膠主要技術(shù)參數(shù)

3 植筋施工過程

植筋施工時，基材表面溫度和孔內(nèi)表層含水率應(yīng)符合膠黏劑使用說明書要求，嚴禁在大風(fēng)、雨雪天氣進行。植筋施工按照以下工序進行：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，校核無誤后進行鉆孔作業(yè)，植筋布置如圖1 所示。用金屬探測儀探測基材原鋼筋位置并進行準確標記，鉆孔時避開原有鋼筋，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100 mm 鉆桿成孔，成孔后更換直徑40 mm 長1 600 mm 鉆桿鉆至設(shè)計深度。鉆孔完成后及時用高壓氣泵將孔內(nèi)粉塵吹出，然后用毛刷人工清孔，反復(fù)進行數(shù)次，直至孔洞粉塵清理干凈。清孔后用活動的木塞封口，防止其他雜物落入。經(jīng)現(xiàn)場檢查，鉆孔孔徑40 mm，深度1 600 mm，垂直度控制在3%內(nèi)，位置無偏差，孔內(nèi)無浮塵、碎屑，錨孔干燥，成孔質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

3.3 注膠

在施工現(xiàn)場將A、B 組份按3:1 進行調(diào)膠，拌和后的膠液色澤均勻、無結(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，待出膠均勻后通過注膠孔注入孔洞，注膠深度超過孔深的2/3，約1.2 m處，深度用鋼尺測量控制。注膠從孔底向外均勻、緩慢地進行，以利排除孔內(nèi)的空氣。

3.4 植筋

植筋鋼筋在使用前進行除銹和去污加工，采用“先注膠后安裝鋼筋”的程序進行，將加工好的直徑32 mm 的HRB400 級鋼筋緩慢插入洞內(nèi)，同時向同一方向緩慢旋轉(zhuǎn)直至到達孔底，確保植筋膠與鋼筋全面粘合。鋼筋到達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。插入過程中及時校正方向，確保植入的鋼筋處于孔洞的中心位置。規(guī)范施工操作，加強對完成的插筋的保護，避免對完成的插筋造成擾動。根據(jù)現(xiàn)場基材溫度在可操作時間內(nèi)完成植筋工序，現(xiàn)場基材溫度為10～20℃，可操作時間為45 min。

3.5 靜置固化

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

4 植筋拉拔試驗過程

本工程邊4 孔加固后的排架結(jié)構(gòu)安全等級為一級，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)進行破壞性檢驗。2020年4月8 日完成12 根植筋，2020 年4 月11 日選取4 根植筋進行現(xiàn)場破壞性拉拔試驗。

4.1 現(xiàn)場試驗原理

檢測設(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)牛頓第三運動定律F=F＇，植筋兩端形成大小相等、方向相反的作用力，通過壓力表獲知植筋拉拔承載力。

4.2 試驗流程

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 試驗方法

為減少千斤頂對植筋附近混凝土約束、便于觀測基材混凝土試驗中狀態(tài)、滿足“支撐環(huán)內(nèi)徑距試點直徑不應(yīng)小于12 d 和250 mm 的較大值”的要求，本次試驗支撐點為植筋兩側(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度為950 mm。

檢驗錨固拉拔承載力的加載方式可為連續(xù)加載或分級加載，本次試驗采用人工手動連續(xù)加載方式進行破壞性試驗。連續(xù)加載時，對植筋以均勻速率在2～7 min時間內(nèi)加荷至錨固破壞。

5 檢測結(jié)果分析

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

表2 植筋拉拔試驗結(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，植筋破壞性檢驗結(jié)果滿足以下要求，其錨固質(zhì)量評定為合格。

式中：NRmC為受檢驗錨固件極限抗拔力實測平均值（N）；NRminC為受檢驗錨固件極限抗拔力實測最小值（N）；fy為植筋用鋼筋的抗拉強度設(shè)計值（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)量評定為合格。

6 結(jié)語

通過試驗，證明了改性環(huán)氧樹脂類A 級植筋膠黏劑和直徑32 mmHRB400 級鋼筋質(zhì)量滿足設(shè)計承載力要求，基材混凝土強度滿足植筋的間距和鉆孔深度要求；驗證了成孔、注膠、植筋、靜置固化等工藝流程、設(shè)計參數(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。