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植筋技術規范
RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2014-02-17 11:21:03

關鍵詞] 植筋技術;非破損檢驗;破壞性檢驗

一、引言
近年來,植筋技術在鋼筋混凝土結構工程中廣泛應用,但在工程實踐中卻普遍存在不統一的做法和不規范的行為。植筋工程的施工質量直接影響到整個工程的質量,當引起工程人員的重視,特別是某些植筋工程與生命線工程發生直接聯系,如果植筋過程處理不當,可能為工程留下影響結構安全的隱患。本文意在通過整理植筋技術相關規范規定,來糾正植筋工程管理中的不規范行為!
某商住樓工程根據政府規劃部門的意見,將原設計面向小區外側的入口門廳拆除,將該工程的入口門廳重新調整到面向小區中庭一側,根據工程實際現狀,需要植筋新增11根框架柱;并對原有框架柱中的4根相關剪力墻進行植筋加固;在采光井處新增一塊長跨6.9m、短跨4.5m的屋面板,屋面板采用與該工程現澆樓板配筋一樣的冷軋扭鋼筋,分別有一條短邊和兩條長邊需要植筋;新增的框架梁中部分鋼筋也需植筋。該植筋工程施工方案中部分文字內容如下:
1、植筋工程的方案編制、施工作業、檢測驗收均以《混凝土結構加固技術規范》CECS2590為標準。
2、植筋規格、數量、鉆孔深度如下:
植筋規格(mm)φ8φ18φ22φ25
植筋數量(根) 366 116 48 106
鉆孔深度(mm 120 270 330 375
3、挑梁上部鋼筋膠粘劑采用喜利得結構膠,其他部位鋼筋膠粘劑采用國產A級膠。鋼筋植入后7日內嚴禁受到觸動和干擾,并按結構膠說明書要求加強保養和圍護。
4、鋼筋植入固化10日后,委托具備相應資質的檢測單位,在監理見證下隨機抽樣進行現場抗拔抽檢,每種規格鋼筋現場抗拔數量不得少于壹組,經檢測合格后,才能進行鋼筋連接和安裝綁扎等后序工作。
5、現場檢測抗拔力,當鋼筋為Ⅲ級螺紋鋼時抗拔力要求必須≥360MPa;當鋼筋為Ⅱ級螺紋鋼時抗拔力要求必須≥300MPa;當鋼筋為Ⅰ級鋼時抗拔力要求必須≥210MPa
 
 
二、植筋技術相關規范及規定
 
 
該工程方案編制、植筋施工、檢測驗收均以《混凝土結構加固技術規范》CECS2590為標準,其實該標準對于“植筋技術”并無非常具體的規定,這個古老的規范已經被《混凝土結構加固設計規范》GB503672006(以下簡稱GB503672006)所替代, GB50367200612章“植筋技術”對植筋提出了更具體的要求。與植筋驗收關系更大的標準應該是《混凝土結構后錨固技術規程》JGJ145-2004(以下簡稱JGJ145-2004),同時不同地區還有地方標準,比如重慶市地方標準《混凝土無機錨固材料植筋施工及驗收規程》DBJ/T50-032-2004(以下簡稱DBJ/T50-032-2004)。
JGJ145-20042.1.5條的術語:化學植筋以化學粘結劑(錨固膠),將帶肋鋼筋及長螺桿等膠結固定于混凝土基材錨孔中的一種后錨固生根鋼筋;GB5036720062.1.10條的術語:植筋以專用的結構膠粘劑將帶肋鋼筋或全螺紋螺桿錨固于基材混凝土中。這兩個關于什么叫“植筋”的術語中限定了植筋所用鋼筋的種類:帶肋鋼筋或全螺紋螺桿。帶肋鋼筋的橫肋能夠使植筋膠體在錨固段形成與鋼筋橫肋相咬合的肋體,這些肋體是保證所植鋼筋長期錨固性能的機械牙鍵,牙鍵太淺不能形成與鋼筋橫肋的有效咬合,牙鍵太深則不能抵抗與鋼筋橫肋咬合作用的剪切,GB50367200612.1.4條規定帶肋鋼筋的相對肋面積應滿足0.055Ar0.08,就是為了控制牙鍵的深淺。冷軋扭鋼筋的外形不但不能形成機械牙鍵,還會使膠體局部過厚導致較大收縮影響錨固效果,而且還使錨固段膠體厚薄相差較大,膠體越厚在鋼筋受力后的剪切作用下剪切變形就越大,剪切應力相應變小,而膠體較薄的位置剪切應力相應增大,從而導致鋼筋與膠體之間的粘結剪切應力不均勻而影響植筋效果。所以該工程屋面板設計植筋用冷軋扭鋼筋是不恰當的!
植筋不能使用冷軋扭鋼筋,能使用光圓鋼筋嗎?筆者曾經在某工程中看到用直徑8mm的Ⅰ級鋼筋運用于剪力墻豎向分布鋼筋植筋錨固的實例。對于Ⅰ級鋼能否用于“植筋”,目前業界爭議較大。JGJ145-2004GB503672006規定不使用光圓鋼筋,原因在于光圓鋼筋不能形成機械牙鍵,所植鋼筋長期錨固性能不能得到保障。DBJ/T50-032-20043.0.1條規定:混凝土植筋技術不適用于各種輕質混凝土結構、砌體結構以及采用圓鋼作為植入鋼筋的承重結構,對非承重結構的拉接構造的植筋施工可參照本規程執行。根據這個規定區分結構構件的重要性,框架結構填充墻拉結筋如果設計光圓鋼筋采用植筋方式施工應該允許,而運用Ⅰ級鋼筋剪力墻豎向分布筋植筋錨固則不太恰當。應該注意的是,地方標準西南05G701系列圖集中的填充墻拉結筋推薦了三種做法,第一種是預留拉結筋法,第二種是預埋鐵件法,最后一種是才是植筋法。然而在其后頒發的國家標準06SG614圖集中卻限定使用預留拉結筋和預埋鐵件兩種方法,并不主張采用植筋方式施工填充墻拉結筋。
 
 
三、植筋錨固深度與鉆孔深度
 
 
植筋施工鉆孔成型后,應報監理檢查驗收鉆孔直徑和鉆孔深度,我曾經看到監理人員在驗孔時要求的鉆孔深度正好是設計的植筋深度,本文列舉方案中的鉆孔深度正好是鋼筋直徑的15倍,而該工程的設計植筋深度也是鋼筋直徑的15,這反應出一個現狀: 植筋深度被認為就是鉆孔深度。有一定現場經驗的技術人員一定知道,鋼筋切斷加工很難保證其端面平整,不能使具有360°完整圓周鋼筋面與孔底側面對齊;植筋鉆孔作業會對孔位周邊表皮混凝土造成輕微損傷,不能保證孔口對膠體形成有效基體。基于這兩個原因,如果用端面不夠平整的鋼筋植入15倍鋼筋直徑的混凝土孔內,肯定不能保證所植鋼筋的有效錨固長度達到15倍鋼筋直徑。歐美植筋的鉆孔深度一般要求比設計植筋深度大23倍鋼筋植筋,DBJ/T50-032-20046.0.4條規定的鉆孔深度為設計植筋深度+1015mm其實是一個深度較淺的要求。
國內早期普遍按照鋼筋直徑15倍要求植筋深度,筆者在2003年以前的植筋工程管理中就是按照設計要求的15倍鋼筋直徑實施,其中包括一些懸挑構件、大跨度主梁的植筋。調查我國植筋技術發展歷史分析,這個15d來自于國外進口植筋用結構膠使用說明書上的要求,但被忽略的是這個要求是構造性鋼筋的植筋深度。DBJ/T50-032-2004參編專家根據重慶市建筑科學研究院和重慶建筑大學材料系的一些相關實驗,認為采用熱軋帶肋鋼筋植筋,最小植筋深度15d能滿足設計要求,所以在該規程第4.2.1條規定:構造要求最小植筋深度為15d。在混凝土基材強度等級、鋼筋級別、植筋膠種類完全相同的條件下,按照鋼筋直徑統一倍數確定植筋深度,在0.9Asfyk拉拔力作用下,較大直徑的鋼筋將較先被拔出,反應出植筋錨固段鋼筋表面積與鋼筋斷面積并不是理想的線性關系,瑞士聯邦技術學院的Marti教授根據該實驗得出,膠粘劑與鋼筋之間粘合表面所承受的力隨植筋長度類似線性增長,但僅是隨鋼筋直徑的平方根增長。所以植筋深度統一規定成一個固定的鋼筋直徑倍數是不科學的!
GB50367200612.2.3條規定了植筋的基本錨固深度ls計算公式:
ls=0.2asptdfy/fbd
式中
aspt—為防止混凝土劈裂引用的計算系數;
d—植筋公稱直徑;
fbd—植筋用膠粘劑的粘結強度設計值,
對于構造性鋼筋的植筋深度,GB50367200612.2.3條根據鋼筋的受力性質不同,規定了受拉鋼筋最小錨固長度lmin=max0.6ls10d100mm};受壓鋼筋最小錨固長度lmin= max0.3ls10d100mm}。這里可以看出,規范嚴謹地把構造性植筋的錨固深度交給了設計者,比DBJ/T50-032-2004的規定要合理一些,同時避免那些植筋公司或膠粘劑廠家的誤導。
 
 
四、植筋膠粘劑
 
 
該方案中要求懸挑梁上部鋼筋膠粘劑采用喜利得結構膠,其他部位鋼筋膠粘劑采用國產A級膠。GB50367200612.1.5條規定:植筋用的膠粘劑必須采用改性環氧類或改性乙烯基酯類(包括改性氨基甲酸酯)的膠粘劑,當植筋的直徑大于22mm時,應采用A級膠。喜利得結構膠是總部位于歐洲列支敦士登的喜利得集團生產的膠粘劑產品,“喜利得”只是一個品牌,其系列產品中有符合A級標準的結構膠,也有符合B級標準的結構膠。該工程懸挑梁上部有直徑25mm主筋,如果使用符合B級膠標準的喜利得結構膠植筋顯然不滿足GB503672006的規定,A級結構膠性能良好,但價格較高。該工程中除挑梁上部鋼筋以外的其他部位植筋有12根直徑22mm鋼筋、116根直徑18mm鋼筋、366根直徑8mm鋼筋,這些小直徑鋼筋使用經得起檢驗的B級膠是許可的,采用A級膠無疑是一種浪費。
 
 
五、檢測抽檢時間和頻率
 
 
不同的膠粘劑固化時間是不一樣的,固化時間太短的膠粘劑強度增長快、脆性大;固化時間太長的膠粘劑強度增長慢、耐久性差。在制定膠粘劑檢驗合格指標時,均是以膠粘劑產品使用說明書標示的固化期為準所取得的試驗結果為依據確定的;因此,對實際工程中膠粘的錨固件,其檢驗日期也應以此為準,才能如實反映其膠粘質量狀況。倘若時間拖久了,將會使本來固化不良的膠粘劑,其強度有所增長,甚至能達到合格要求,但并不能改善其安全性和耐久性能。GB503672006附錄N2.5條規定應在膠粘劑達到其產品說明書標示的固化時間的當天進行。本文列舉方案中規定了2個時間限定要求:鋼筋植入后7日內嚴禁受到觸動和干擾,10日后進行現場抗拔抽檢,看似合理,實際上是以為了保證鋼筋免受擾動為借口,拖延了抗拔檢驗的時間。
JGJ145-2004附錄A2.2條規定所植鋼筋應按同規格、同型號、基本相同部位組成一個檢驗批,抽取數量按每批總數的1‰計算,且不少于3 根。DBJ/T50-032-20046.0.4條規定:植筋錨固承載力的現場驗收檢驗按同一施工條件下同規格鋼筋數量的1%進行抽檢,但不應少于3根。以上兩套標準的檢測方式均采用“非破損檢驗”,但抽檢頻率卻相差九倍。按照1%進行抽檢不但比按照1‰進行抽檢的檢測費用高,而且還容易暴露植筋工程的施工質量問題,很多施工單位在工程實踐中就以兩套規范均為現行標準為由,按照1‰進行抽檢,甚至有些工程抽檢頻率比1‰還低很多。事實上,JGJ145-2004DBJ/T50-032-2004規定采用的非破損檢驗檢測出劣質產品或不良施工質量的能力很低,如果抽檢數量不夠,很難避免不合格的錨固工程蒙混過關。
在討論植筋工程的抽檢數量之前,我們應該先明確抽樣檢測的方式。植筋抗拔承載力現場檢驗分為非破損檢驗和破壞性檢驗。經非破損檢驗合格的植筋錨固件(包括混凝土基材)在整過檢驗過程中均未遭受損壞,檢測過后還可以保證錨固件在結構中正常使用;破壞性檢驗后的錨固件(包括經破壞性檢驗判定合格的錨固件)已經在檢驗過程中被破壞,不能再用于結構構件中。由于破壞性檢驗完整地模擬了構件中錨固件的破壞過程,能夠充分展現被檢測錨固件的工作性能,所以其檢測出劣質產品或不良施工質量的能力較高, GB503672006附錄N1.4條規定重要結構構件、懸挑結構構件應采用破壞性檢驗方法對錨固質量進行檢驗;第2.2條規定破壞性檢測的抽樣取每一驗收批錨固件總數的1‰,且不少于5件進行檢驗,若植筋總數不多余100件時,可僅抽取3件進行檢驗;第2.3條規定:重要結構構件應抽取每一驗收批錨固件總數的3%且不少于5件進行非破損檢測,一般結構構件應抽取每一驗收批錨固件總數的1%且不少于3件進行非破損檢測;第2.4條規定當不同行業標準的抽樣規則與該規范不一致時,對承重結構加固工程的錨固質量檢測,必須按該規范的規定執行。所以本文列舉的方案對現場抗拔力檢測的抽檢頻率規定不符合規范要求。
 
 
六、植筋檢測抗拔力確定
 
 
本文列舉方案中針對使用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級鋼筋植筋提出抗拔力分別不能小于210MPa300MPa360MPa的要求。抗拔力的基本單位是“N”,而1MPa= 1N/mm2,“N”與“N/mm2”之間用“≥”是無法做比較的!后經筆者與該方案編制者通過溝通,才明確了擬定者本意是:抗拔力≥鋼筋設計強度×鋼筋斷面積。我曾經調查過重慶好幾家檢測單位的工作人員,其中包括行政主管部門下屬的檢測中心工作人員,還調查過一些施工單位和專業植筋機構的工作人員,得出一個結論:目前有相當一部分工程人員認為,植筋抗拔檢測的基本要求應該是“抗拔力≥鋼筋設計強度×鋼筋斷面積”。
根據DBJ/T50-032-2004附錄C3.2條“檢驗荷載最小值為鋼筋受拉承載力設計值的1.2倍”的規定,有的工程人員認為:植筋抗拔檢測的基本要求應該是“抗拔力≥鋼筋設計強度×鋼筋斷面積×1.2”。 “抗拔力≥鋼筋設計強度×鋼筋斷面積×1.2”看起來符合DBJ/T50-032-2004附錄C3.2條規定了,但我們應認識到DBJ/T50-032-2004本身并不很嚴謹:其附錄C3.2條不應該規定“檢驗荷載最小值”為多少,而應該規定“檢驗荷載”為多少。為什么呢?DBJ/T50-032-2004附錄C1.2條規定:植筋錨固承載力現場驗收檢測應為非破損檢驗,檢測所植鋼筋在正常使用狀態下的錨固性能,其抗拔承載力應達到檢驗荷載要求。這條規定有兩個地方值得注意,那就是使抗拔承載力“達到”檢驗荷載,在不“破損”所植鋼筋的條件下,檢測所植鋼筋在正常使用狀態下的錨固性能,如果讓抗拔承載力“超過”檢驗荷載怎么能保證所植鋼筋不被“破損”? 這樣一來,有的工程人員認為應該“抗拔力=鋼筋設計強度×鋼筋斷面積×1.2”才是正確的。
然而“抗拔力=鋼筋設計強度×鋼筋斷面積×1.2”是否恰當呢?《混凝土結構設計規范》GB50010-200211.2.3條規定一、二級抗震等級結構鋼筋的屈服強度實測值與強度標準值的比值不應大于1.3。如果Ⅲ級螺紋鋼的屈服強度實測值為430 MPa,未超過強度標準值的1.3倍,應該可以用于一、二級抗震等級結構,如果所植鋼筋抗拔應力拉到設計強度360MPa1.2陪即432 MPa,使“抗拔力=432 MPa×鋼筋斷面積”,鋼筋就可能屈服卻又不被拉斷,也就是說鋼筋已經被破壞了,并未達到“非破損檢驗”目的,這也是DBJ/T50-032-2004不夠嚴謹的地方。JGJ145-2004附錄A4.3條規定非破損檢驗,荷載檢驗值應取0.9Asfyk0.8 Rk ,c N 計算之較小值。Rk ,c N 為非鋼材破壞承載力標準值,它反映了“非破損檢驗”還應保證不破壞混凝土基體。筆者認為JGJ145-2004“非破損檢驗”方式的檢驗荷載規定,其先進合理性高于GB503672006“非破損檢驗”方式的檢驗荷載規定。
 
 
七、結語
 
 
牽涉到植筋技術的現行國家規范、行業標準、地方規程對植筋技術的要求不盡統一,導致了個別工程人員對植筋技術的認識和掌握不夠全面,使他們在實際工作中容易造成非故意的錯誤,同時為那些被利益驅使的工程人員斷章取義地蒙騙相關工程人員提供了機會,本文通過整理現行國家規范、行業標準、地方規程有關植筋技術的部分規定,分析某實際植筋工程施工方案中不夠全面或不夠恰當的技術要求,以望達到糾正植筋工程管理中非規范行為之目的。
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