植筋法在加固圆筒与临时底板连接螺杆中的应用
唐承源
摘 要：本文通过对广西某码头工程项目中的圆筒与临时底板的连接螺杆加固技术的研究分析，总结出利用植筋的方式植入螺杆是最为简捷经济的方法，为类似的工程提供借鉴和经验。
关键词：圆筒；临时底板；连接螺杆；植筋
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）6-0041-03
1 工程概况
广西某码头工程项目为重力式墩式结构，码头水工结构按30万吨级设计。工程共需预制钢筋混凝土圆筒18件，圆筒高度为29.50m，底座外径23.2m，筒身外径20.00m，壁厚50㎝，顶部200㎝高度范围内壁厚加至100㎝，圆筒立面见图1。单件圆筒顶部5.5m以下为C40混凝土，工程量为921m3 ；上部5.5m为C50混凝土，工程量为234 m3，为了圆筒浮游安装需要，圆筒采用钢筋砼板临时封底，浮游安装稳定性计算成果见表1。底板为C25混凝土，厚95㎝，单块方量为264m3。圆筒与临时底板用螺栓连接，详见图2。单件圆筒（含临时底板）重3550t。
2 临时底板漏水及原因分析
在项目进行首件圆筒出运安装时，在圆筒内暂停注水后下沉至内外水头差达到6米时，圆筒水位突然上升且速度明显加快，每小时可达60cm。因水位升高太快，根据以往安装经验，此漏水现象极为异常，因此，现场技术员安排潜水员对进水阀门，螺杆孔位及圆筒与底板接缝分别进行检查。
经潜水员逐一检查发现，圆筒与底板接缝有涌水现象。而此类漏水问题一直是我们关注的重点，圆筒与底板的连接螺丝都经过风炮、加力杆及出运后复查三重检查，橡胶垫受压紧贴混凝土面，大流量漏水的机率极低，而潜水员检查发现圆筒与底板之间已出现大量涌水现象，可以认定为临时底板止水功能失效，导致临时底板止水功能失效的主要原因可能是连接螺杆受拉伸长，超出止水橡胶回弹的厚度，为此对连接螺杆强度进行了计算复核。
2.1连接螺杆强度复核
（1）圆筒重量：
混凝土方量：1155m3
圆筒重量：G=1155*2.53=2922.2t
（2）排水量計算：
1.4米高的底座排水量为229m3
筒身断面面积为S=3.14*（202-192）/4=30.62m2
圆筒吃水h后的排水量：
V=229+30.62*（h-1.4）
（3）排水重量：G2=V*1.025
（4）浮重：G3=G-G2
（5）为使圆筒上浮，必须外加一个与圆筒浮重相等，方向相反的拉力，即每根螺杆的拉力为：T=G3/92
（6）螺杆伸长率：△l=TL/AE，式中T为螺杆拉力，L为螺杆计算长度，A为螺杆断面面积，E为螺杆的弹性模量，此处取2.10*105N/mm。
根据以上说明，计算结果见表2。
由表2可以看出，螺杆伸长后导致橡胶止水失效，并当圆筒吃水17.5米，筒内加水7.75米达到浮游稳定时，底板连接螺杆的平均拉应力达261N/mm2，现使用的Q235螺杆不能满足强度要求，而且采用Q235材质的螺杆此时已出现屈服现象，伸长值远大于上表的计算值，此时圆筒已预制完成14件，此批圆筒的临时底板连接螺杆须作加强处理。
3 加固措施
3.1 方案选择
问题发现后，项目部对圆筒与临时底板连接螺杆加强十分重视，即刻组织研究讨论加强方案，提出了几种方案进行讨论，增加螺杆是最好的方法，经多次讨论形成以下两套方案：植筋法和拉杆法。
⑴方案一：植筋法。植筋法是在圆筒底座螺杆间钻孔至理论锚固长度，再利用植筋胶植入一定数量的螺杆来增强对底板的拉力，达到加固圆筒的目的。
⑵方案二：拉杆法。拉杆法是在圆筒底座螺杆间钻孔，直接钻通，再用一定双头螺杆作为拉杆，增强圆筒对底板的拉力，从而达到加固圆筒的目的。
方案比选见表3。
经过方案比选，现场决定采用方案一：植筋法。
3.2 增加螺杆计算
圆筒浮游稳定出坞时，所需浮力为2182t，已埋设的92根Q235螺杆已承受1564t，为此拟增加31根Q345的M36螺杆。计算以下：
M36螺杆断面面积：A=3.14*36*36/4=1017mm2；
单根Q235螺杆承受拉力：T1=1017*205/1.2=170kN；
单根Q345螺杆承受拉力：T2=1017*265/1.2=220kN；
92+31根螺杆总受力：T=170*92+220*31=2246t>2182t
以上计算时，将临时底板作刚性板考虑，所有连接螺杆均在弹性阶段内变形。
3.3 植筋锚固深度计算
根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）进行计算：
基本锚固深度：ls=0.2*asptdfy/fbd
式中：aspt为防止混凝土劈裂引用的计算系数，按规范取1.1， d为钢筋直径，为36mm，fy取310N/mm2， fbd按规范取4.5 N/mm2。
按上式及数据计算得ls=546mm，再考虑其他因素取修正系数1.15，锚固深度设计值取 ld=ls*1.15=546*1.18=628mm，施工时按900mm控制。
3.4 植筋平面布置
拟增加的31根M36螺杆沿底板顶圆周内均匀布置，见图3及图4。
3.5选用合适的植筋胶
施工中采用SHB-环氧建筑强力植筋胶。该胶是A、B双组分改性环氧类结构胶，具有粘接强度高、常温固化、硬化过程收缩小，耐温性能好、可在埋筋后焊接，耐久性、耐候性好，抗老化、耐介质（酸、碱、水）性能好，固化后韧性、抗冲击能力优异，不含挥发性溶剂、无毒环保，施工方便等特点。
3.5.1适用范围
（1）各种建筑结构中钢筋、螺杆埋植，建筑结构加固、补强，建筑结构框架、剪力墙植筋。
（2）各种设备基础的固定，铁路、公路、桥梁、水利改扩建工程加固
（3）广告牌、隧道管线、高架道路隔音板和护栏固定
3.5.2 配胶比例
A、B组分配胶比例：3：1
3.5.3固化时间
植筋胶的固化时间和施工时的温度有关，如表4所示。
4 方案实施情况
4.1 工艺流程
定位→成孔→清孔→烘干孔壁→注胶→植筋→固化→紧固底板连接螺母
4.2 施工方法
（1）定位。为了避免成孔时与底座、底板钢筋相碰，钻孔前应先用钢筋探测器确认以避开钢筋，在原螺杆之间均匀选择31处位置。
（2）成孔。用抽芯型钻机钻孔，钻头直径42mm，理论孔深15d（630mm），实际钻深660mm.钻孔时，钻头始终与柱面保持垂直，见图5。
（3）清孔。清孔是植筋中最重要的一个环节，因为在成孔过程产生的混凝土粉末或粉浆粘附在孔壁，严重影响植筋胶与混凝土壁的粘结强度，从而直接影响植筋锚固质量，所以必须清孔处理。方法是：用毛刷套上加长棒，伸至孔底，来回反复扫刷，把灰尘、碎渣带出，再用压缩空气，吹出孔内浮尘。后再用脱脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔内壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易挥发，水不易挥发。钻孔清洗完后可注胶植筋。若孔壁过于潮湿，植筋前用电吹风筒加导管烘干孔壁，见图6。
（4）注胶。SHB-环氧建筑植筋胶是双组分专用成品，按组分比例分别取放在平板上攪拌均匀，由于混合胶体无法用注射器输送，实施在用人员利用重力小块滴进孔内，胶体按一个孔的所需体积进行搅拌制作，即一孔一拌。
（5）植筋。植筋前要把螺杆植入部分用钢丝刷反复刷，清除锈污，再用酒精或丙酮清洗。孔内注完胶后，把经除锈处理过的螺杆立即放入孔口，然后慢慢单向旋入，不可中途逆向反转，直至钢筋伸入孔底。
（6）固化。钢筋植入后，植筋胶完全固化前不能振动螺杆。 强力植筋胶在常温下就可完成固化，48小时后便可进行下道工序施工。
（7）抗拔试验。为检测首个临时底板植筋加固效果，在大批量施工前对植筋进行现场拉拔试验，以确定植筋是否符合设计要求。
（8）紧固底板螺丝。在所有植筋胶完全固化且检测合格后，方可安排紧固底板螺丝。
5 加固效果
在完成第一个圆筒的植筋施工且植筋胶完全固化后，项目部委托有相当资质的检测机构抽取植筋数量的10%进行抗拔承载试验，实际试验荷载值达250kN时所有被抽检植筋均未出现松动、破坏现象。
14件临时底板加固的圆筒已顺利安全安装完成，证实采用植筋的方法植入底板连接螺杆的方案是切实可行。
6 结语
本工程以植筋的方式，成功地完成了14件圆筒与临时底板的连接加强，累计植入螺杆434条，为类似的改造工程提供了经验。
本工程由于工期紧迫，整个项目在边设计边施工的情况下施工，经过本次设计失误充分说明在边设计边施工的情形下施工存在很大风险，建设方应重视图纸审查这一重要过程，以免造成没有必要的经济损失。
参考文献：
[1] 朱慈勉. 结构力学[M]. 高等教育出版社， 2004.
[2] 四川省建筑科学研究院. GB 50367-2013 混凝土结构加固设计规范[M]. 中国建筑工业出版社， 2014.
摘 要：本文通过对广西某码头工程项目中的圆筒与临时底板的连接螺杆加固技术的研究分析，总结出利用植筋的方式植入螺杆是最为简捷经济的方法，为类似的工程提供借鉴和经验。
关键词：圆筒；临时底板；连接螺杆；植筋
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）6-0041-03
1 工程概况
广西某码头工程项目为重力式墩式结构，码头水工结构按30万吨级设计。工程共需预制钢筋混凝土圆筒18件，圆筒高度为29.50m，底座外径23.2m，筒身外径20.00m，壁厚50㎝，顶部200㎝高度范围内壁厚加至100㎝，圆筒立面见图1。单件圆筒顶部5.5m以下为C40混凝土，工程量为921m3 ；上部5.5m为C50混凝土，工程量为234 m3，为了圆筒浮游安装需要，圆筒采用钢筋砼板临时封底，浮游安装稳定性计算成果见表1。底板为C25混凝土，厚95㎝，单块方量为264m3。圆筒与临时底板用螺栓连接，详见图2。单件圆筒（含临时底板）重3550t。
2 临时底板漏水及原因分析
在项目进行首件圆筒出运安装时，在圆筒内暂停注水后下沉至内外水头差达到6米时，圆筒水位突然上升且速度明显加快，每小时可达60cm。因水位升高太快，根据以往安装经验，此漏水现象极为异常，因此，现场技术员安排潜水员对进水阀门，螺杆孔位及圆筒与底板接缝分别进行检查。
经潜水员逐一检查发现，圆筒与底板接缝有涌水现象。而此类漏水问题一直是我们关注的重点，圆筒与底板的连接螺丝都经过风炮、加力杆及出运后复查三重检查，橡胶垫受压紧贴混凝土面，大流量漏水的机率极低，而潜水员检查发现圆筒与底板之间已出现大量涌水现象，可以认定为临时底板止水功能失效，导致临时底板止水功能失效的主要原因可能是连接螺杆受拉伸长，超出止水橡胶回弹的厚度，为此对连接螺杆强度进行了计算复核。
2.1连接螺杆强度复核
（1）圆筒重量：
混凝土方量：1155m3
圆筒重量：G=1155*2.53=2922.2t
（2）排水量計算：
1.4米高的底座排水量为229m3
筒身断面面积为S=3.14*（202-192）/4=30.62m2
圆筒吃水h后的排水量：
V=229+30.62*（h-1.4）
（3）排水重量：G2=V*1.025
（4）浮重：G3=G-G2
（5）为使圆筒上浮，必须外加一个与圆筒浮重相等，方向相反的拉力，即每根螺杆的拉力为：T=G3/92
（6）螺杆伸长率：△l=TL/AE，式中T为螺杆拉力，L为螺杆计算长度，A为螺杆断面面积，E为螺杆的弹性模量，此处取2.10*105N/mm。
根据以上说明，计算结果见表2。
由表2可以看出，螺杆伸长后导致橡胶止水失效，并当圆筒吃水17.5米，筒内加水7.75米达到浮游稳定时，底板连接螺杆的平均拉应力达261N/mm2，现使用的Q235螺杆不能满足强度要求，而且采用Q235材质的螺杆此时已出现屈服现象，伸长值远大于上表的计算值，此时圆筒已预制完成14件，此批圆筒的临时底板连接螺杆须作加强处理。
3 加固措施
3.1 方案选择
问题发现后，项目部对圆筒与临时底板连接螺杆加强十分重视，即刻组织研究讨论加强方案，提出了几种方案进行讨论，增加螺杆是最好的方法，经多次讨论形成以下两套方案：植筋法和拉杆法。
⑴方案一：植筋法。植筋法是在圆筒底座螺杆间钻孔至理论锚固长度，再利用植筋胶植入一定数量的螺杆来增强对底板的拉力，达到加固圆筒的目的。
⑵方案二：拉杆法。拉杆法是在圆筒底座螺杆间钻孔，直接钻通，再用一定双头螺杆作为拉杆，增强圆筒对底板的拉力，从而达到加固圆筒的目的。
方案比选见表3。
经过方案比选，现场决定采用方案一：植筋法。
3.2 增加螺杆计算
圆筒浮游稳定出坞时，所需浮力为2182t，已埋设的92根Q235螺杆已承受1564t，为此拟增加31根Q345的M36螺杆。计算以下：
M36螺杆断面面积：A=3.14*36*36/4=1017mm2；
单根Q235螺杆承受拉力：T1=1017*205/1.2=170kN；
单根Q345螺杆承受拉力：T2=1017*265/1.2=220kN；
92+31根螺杆总受力：T=170*92+220*31=2246t>2182t
以上计算时，将临时底板作刚性板考虑，所有连接螺杆均在弹性阶段内变形。
3.3 植筋锚固深度计算
根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）进行计算：
基本锚固深度：ls=0.2*asptdfy/fbd
式中：aspt为防止混凝土劈裂引用的计算系数，按规范取1.1， d为钢筋直径，为36mm，fy取310N/mm2， fbd按规范取4.5 N/mm2。
按上式及数据计算得ls=546mm，再考虑其他因素取修正系数1.15，锚固深度设计值取 ld=ls*1.15=546*1.18=628mm，施工时按900mm控制。
3.4 植筋平面布置
拟增加的31根M36螺杆沿底板顶圆周内均匀布置，见图3及图4。
3.5选用合适的植筋胶
施工中采用SHB-环氧建筑强力植筋胶。该胶是A、B双组分改性环氧类结构胶，具有粘接强度高、常温固化、硬化过程收缩小，耐温性能好、可在埋筋后焊接，耐久性、耐候性好，抗老化、耐介质（酸、碱、水）性能好，固化后韧性、抗冲击能力优异，不含挥发性溶剂、无毒环保，施工方便等特点。
3.5.1适用范围
（1）各种建筑结构中钢筋、螺杆埋植，建筑结构加固、补强，建筑结构框架、剪力墙植筋。
（2）各种设备基础的固定，铁路、公路、桥梁、水利改扩建工程加固
（3）广告牌、隧道管线、高架道路隔音板和护栏固定
3.5.2 配胶比例
A、B组分配胶比例：3：1
3.5.3固化时间
植筋胶的固化时间和施工时的温度有关，如表4所示。
4 方案实施情况
4.1 工艺流程
定位→成孔→清孔→烘干孔壁→注胶→植筋→固化→紧固底板连接螺母
4.2 施工方法
（1）定位。为了避免成孔时与底座、底板钢筋相碰，钻孔前应先用钢筋探测器确认以避开钢筋，在原螺杆之间均匀选择31处位置。
（2）成孔。用抽芯型钻机钻孔，钻头直径42mm，理论孔深15d（630mm），实际钻深660mm.钻孔时，钻头始终与柱面保持垂直，见图5。
（3）清孔。清孔是植筋中最重要的一个环节，因为在成孔过程产生的混凝土粉末或粉浆粘附在孔壁，严重影响植筋胶与混凝土壁的粘结强度，从而直接影响植筋锚固质量，所以必须清孔处理。方法是：用毛刷套上加长棒，伸至孔底，来回反复扫刷，把灰尘、碎渣带出，再用压缩空气，吹出孔内浮尘。后再用脱脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔内壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易挥发，水不易挥发。钻孔清洗完后可注胶植筋。若孔壁过于潮湿，植筋前用电吹风筒加导管烘干孔壁，见图6。
（4）注胶。SHB-环氧建筑植筋胶是双组分专用成品，按组分比例分别取放在平板上攪拌均匀，由于混合胶体无法用注射器输送，实施在用人员利用重力小块滴进孔内，胶体按一个孔的所需体积进行搅拌制作，即一孔一拌。
（5）植筋。植筋前要把螺杆植入部分用钢丝刷反复刷，清除锈污，再用酒精或丙酮清洗。孔内注完胶后，把经除锈处理过的螺杆立即放入孔口，然后慢慢单向旋入，不可中途逆向反转，直至钢筋伸入孔底。
（6）固化。钢筋植入后，植筋胶完全固化前不能振动螺杆。 强力植筋胶在常温下就可完成固化，48小时后便可进行下道工序施工。
（7）抗拔试验。为检测首个临时底板植筋加固效果，在大批量施工前对植筋进行现场拉拔试验，以确定植筋是否符合设计要求。
（8）紧固底板螺丝。在所有植筋胶完全固化且检测合格后，方可安排紧固底板螺丝。
5 加固效果
在完成第一个圆筒的植筋施工且植筋胶完全固化后，项目部委托有相当资质的检测机构抽取植筋数量的10%进行抗拔承载试验，实际试验荷载值达250kN时所有被抽检植筋均未出现松动、破坏现象。
14件临时底板加固的圆筒已顺利安全安装完成，证实采用植筋的方法植入底板连接螺杆的方案是切实可行。
6 结语
本工程以植筋的方式，成功地完成了14件圆筒与临时底板的连接加强，累计植入螺杆434条，为类似的改造工程提供了经验。
本工程由于工期紧迫，整个项目在边设计边施工的情况下施工，经过本次设计失误充分说明在边设计边施工的情形下施工存在很大风险，建设方应重视图纸审查这一重要过程，以免造成没有必要的经济损失。
参考文献：
[1] 朱慈勉. 结构力学[M]. 高等教育出版社， 2004.
[2] 四川省建筑科学研究院. GB 50367-2013 混凝土结构加固设计规范[M]. 中国建筑工业出版社， 2014.
