植筋锚固技术技术在屋顶铁塔基础加固中的应用

河南医科大学第一附属医院新病房楼工程，在建设过程中，由于甲方要求，为了加强整体效果，在已施工完毕的屋顶上增加30m高的铁塔，由于铁塔荷载较大，原设计也没有考虑铁塔相应荷载及基础，故原设计不能满足荷载要求，需对原屋面结构采取加固补强处理等措施。
一、 方案设计及使用范围
根据现场情况和铁塔支墩具体位置，由设计院出具铁塔支墩的加固补强图，具体对支墩下的梁及墙采取加固措施，支墩下原设计为剪力墙的采取对增加的支墩柱竖向筋用植筋技术锚入墙内（详见附图A.B.C剖面）。支墩下原设计为框架梁的需从下一层剪力墙为起点增加一层支墩柱，墩柱箍筋遇梁时采用植筋锚固技术。本工程植筋钢筋直径有Φ14、Φ22、Φ25三种；植筋采用取蕊钻孔的方法。结构胶粘结，具体方案详见附图。在此仅论述植筋锚固技术的应用，其他部分不再论述。
MLJ结构胶的特点：使用安装方便快捷，施放位置准确；锚固力大，抗震性能好，破坏状态为锚固端砼开裂或钢筋变形，无拔出现象；结构胶可以快速固化，可实现快速承载；水平及垂直孔均易施工，并能保证孔内充满胶。
结构胶的性能以环氧树脂为主剂，其优点如下：
环氧树脂具有很高的胶粘性，对金属、砼、陶瓷、玻璃等大多数材料均具有很高的粘结力。
环氧树脂由良好的工艺性，可根据需要配制成很绸的膏状或很稀的灌浆材料，固化时间可根据需要进行适当调整，储存性能稳定。
固化的环氧树脂由良好的物理、机械性能，耐腐蚀性能好，固化收缩率小。
环氧树脂材料来源广，无毒。
结构胶的技术性能如下：
粘结拉伸强度>30.0Mpa；拉伸剪切强度>20.0Mpa；压缩强度>50.0Mpa；弯曲强度>30.0Mpa；混合粘度（20℃时）<5000CP（不流淌）；涂布量5-6㎏/㎡；适用时间（20℃时）>90min；硬化时间（20℃时）<3.0h。
使用范围：可用于梁柱钢筋生根，后加预埋件等以砼为基体的隐蔽工程锚固。
二、 植筋锚固技术参数选择
目前对植筋锚固技术尚无规范标准，为此根据施工经验和现场的实际情况，通过实验确定植筋的孔径、孔深；按设计要求和现场试验，锚固技术参数如下：
序号 名称 钢筋直径 钻孔直径 钻孔深度（㎜） 备 注
1 水平钢筋 14 25 梁宽
2 竖向钢筋 22 32 500
3 竖向钢筋 25 35 500
三、施工工艺流程
放线→材料准备→砼凿面→机械成孔→清孔→结构胶配制→注胶→固化→试验
四、施工方法
植筋锚固施工是在按要求已凿毛的混凝土上用金刚石钻机、电锤等机械设备，按选定的参数成孔，并对孔壁进行处理后，注入配制的结构胶，然后植入准备好的钢筋，固化后达到植筋的要求。
1、材料准备
按设计要求及锚固参数，准备直径Φ14、Φ22和Φ25㎜的钢筋，应注意下料长度，钢筋表面应采用钢筋刷蘸5%浓度的盐酸除锈，然后用清水冲洗晾干，用丙酮溶液去油。施工用的机械设备（金刚石钻机、电锤、鼓风机等）检查无故障，准备配制胶体的计量器皿、容器等。
2、凿面
按设计要求的位置、宽度和高度，对梁侧面、顶面及板面进行砼凿面，要求凿面轻锤、凿毛，并去掉松散颗粒，且凿面要用钢丝刷净，高压水冲清洗干净；以有利于新旧砼能够可靠的连结，保证新旧结构的整体性和良好的抗震性。
3、成孔
对需要锚固钢筋的地方弹线定位，并按已定孔位进行机械成孔；钻孔深度，按照施工参数确定，满足深度要求。钻孔时，边钻边取出砼，并用高压鼓风机将孔内粉尘清出孔外。
4、清孔
对成孔进行高压风处理，将孔内灰渣吹净，用烤棒烤干，然后用丙酮清洗孔壁。
5、注胶植筋
MLJ结构胶的配制严格按配合比值计量调配，搅拌时避免水进入容器，按同一方向搅拌，容器内不得有油污。调配时确保搅拌均匀、颜色一致，胶灌入孔内后将经处理的钢筋插入孔内，按一定方向旋转多次，以使树脂与钢筋和混凝土表面粘结密实，并临时固定，在常温下24h左右便可受力使用。
6、固化
7d后结构胶完全固化，进行拉拔试验（无损伤检验），试验值达到设计要求后卸荷。注胶48h后方可进行下道工序施工，48h内不得对钢筋有任何扰动。
7、成型
植筋完成符合要求后，再进行其它工序—钢筋绑扎、焊接、模板支设和砼浇筑工作；在砼浇筑时严格按 浇筑方式施工；同时要保证预埋件和锚栓位置的准确、可靠。
五、施工操作要点及注意事项
1、植筋锚固的关键是清孔。孔内清理不干净或孔内潮湿均会对胶与混凝土的粘结产生不利影响，使其无法达到设计的粘结强度，影响锚固质量。
2、确定合理的锚固参数，例如钻孔直径、深度。
3、胶体配制时计量必须准确，否则胶体凝结的时间不好控制，甚至会造成胶体凝结固化后收缩，粘结强度降低；胶体配制好后应立即放入孔内。
4、注胶量要掌握准确，不能过多也不能过少。过多，插入钢筋时漏出。造成浪费或污染；过少则胶体不够满，造成粘结强度不够。
5、插入钢筋时要注意向一个方向旋转，且要边旋转边插入，以使胶体与钢筋充分粘结。
6、在施工前应对胶体的粘结强度以及胶与钢和胶与混凝土的粘结强度进行试验，满足设计及规范要求后方可施工。
7、施工完毕后，抽样进行拉拔试验，检验拔力为每根钢筋强度设计值的80%.具体试验结果详见附件。
8、钻孔前，应先对原结构中钢筋位置进行测定，以免钻孔时对原结构钢筋造成损伤。
六、质量要求
MLJ结构胶必须有检验报告，必须掌握其相应的技术参数，实现确定钻孔直径、钻孔深度及钢筋外露长度必须满足设计要求，钢筋间距应符合设计及相应的验收标准。
七、安全要求
施工操作应严格按照安全操作规程核安全技术条例规定，手持冲击钻时必须穿绝缘鞋、戴绝缘手套；高空钻孔时，应搭设脚手架，并设操作平台，做好安全防护工作。
八、实施效果
本工程实施植筋锚固技术，省时省工、工序少、工效高、操作方便、节约资金，保证了屋面铁塔的顺利施工，且满足要求，产生较好的综合效益，更重要的是锚固性能、质量能够保证，同时也为锚固植筋，结构加固等方面积累了一定的经验，经过一年的使用，目前使用情况一切正常，效果良好。

3、基坑开挖
由于挖深大而支撑层数多，根据本地下室的特点，经综合考虑，决定采用的挖土方案为：
（1）以挖土机为主，充分利用中间没有支撑结构的部分（前期作为挖土操 作平台，后期作为挖土机械的作业区）；
（2）由于上下层支撑间距小，需大量使用人工挖土；
（3）后期利用第一道支撑在其上搭设钢构平台，利用轻型的22m 臂长抓土机及9m臂长挖土机在平台上作业，配合克林吊在基坑四周抓土；
（4）每道支撑按结构分区施工，挖土同样分区开挖，对于靠近地铁的钢筋混凝土支撑， 特别强调需在支撑位置挖土完成后48h内浇捣完成。同时为提高支撑早期强度及缩短工期，在支撑砼内使用早强剂。
基坑土方开挖的原则是“先支撑后开挖，分层分区开挖。”在监测数据的指导下将基坑土体分5层施工作业：第1层自北向南，大面积后退挖土，并及时将土运走， 陆续构筑第1道钢筋混凝土支撑；第2层挖土时，需待第一道支撑砼强度达到70%，并按平面对称划分6个区按分区进行挖土，及时按区构筑第2道钢筋混凝土支 撑；在第2道支撑达到70%强度时进行第3层挖土，利用中区土平以台作挖运平台，同样按分区进行挖土，及时性地构筑第3道钢筋混凝土支撑；第3道支撑达到 70%强度时进行第4层挖土，还是利用中部挖运平台，分区进行基坑土挖运，当南向裙楼底板标高达到，则先清理该项部分基底及时浇捣该部分底板，再陆续构筑 第4道支撑；在第4道支撑砼强度达到70%时，进行第5层挖土施工，在第1道支撑上搭设钢平台，将中区土平台挖除，并利用克林吊在基坑四周配合抓土，加快 挖土进度，当基底标高达到时及时清理浇捣西侧、北侧两块地库底板，再陆续构筑电梯井部分的第5道支撑，同样电梯井部分基坑土挖运及底板浇筑同上方法施工。
4、施工监测
为尽可能减少基坑挖土对基坑围护结构及其周围环境（特别是地铁）造成的不利影响，及时掌握的工作情况，确保施工安全，在整个施工中实施信息化监测施工。在 地下连续墙内埋设测斜管以监测各种情况下墙体的侧向变形，并在地下连续墙背后埋设土压力盒；在每道支撑内沿轴向埋设钢筋应力传感器以监测支撑轴力的变化； 在地铁上行线隧道内设置准测点以监测地铁隧道的水平位移、垂直沉降变化；另外，对四周环境及地下管线也进行沉降观测。
4.1 实测情况
根据实测数据，基本上可以分为4个阶段：开始挖土至完成第2道支撑底挖土；至第3道支撑完成；至第4道支撑完成；至底板浇筑完成。
（1）地下连续墙的位移　实测结果表明，地下连续墙的最大位移都集中出现在第3阶段。整个地下连续墙出现的最大位移位于沿黄陂路一侧（西侧）的I14号测管（第3阶段，41.3mm），沿淮海路（临近地铁即北侧）一侧是19.2mm（ I16号测管，第3阶段）。其结果与相邻的北块相似，淮海路一侧连续墙变形较小，有利于控制地铁隧道的水平位移。
沿淮海路连续墙变形小的原因是由于地铁隧道施工时曾对地基土进行了加固处理，同时亦因香港广场北块与南块同时施工，处于对称平衡状态。
（2）地下连续墙后土体的位移　根据实测数据，可以归纳出这样的一个规律：连续墙与其后土体位移的变化规律是一致的，而数值上则是土体大于连续墙。整个基坑出现的最大墙后土体位移与连续墙一样，位于沿黄陂路55.5mm（与I14紧邻的E11孔，第3阶段），而沿淮海路一侧的最大土体位移则是34.8mm（与 15相邻的E10孔，第3阶段）。
（3）支撑轴力　第1道支撑在第1、2、5层挖土时其轴力值较高，均在4000kN上下，而在下面每道支撑完成时（第2、3、4道）均会显示其轴力监测值下降（降至2200～3500kN）。
第2道支撑轴力在5500kN左右，第3道支撑轴力则为5000kN上下。所监测到的轴力较为稳定、合理，其值均小于设计值。也就是支护结构安全稳定，确保了围护结构连续墙的位移在预想的允许值内。
（4）地铁隧道内监测　经测试，隧道的最大沉降值，施工的第1阶段为-2.1mm，第2阶段为2.29mm，第3阶段为6.07mm，第4阶段为 4.20mm（至完成地下室底板时沉降观测值为-0.4mm）。在地下室底板完成后沉降量趋于渐小，2个月后其沉降观测值已接近于开挖前的数值；隧道的最 大水平位移值，施工的第1阶段为-0.5mm，第2阶段为-3.0mm，第3阶段为-6.5mm，第4阶段达到-8.5mm.在地库底板完成后，由于土体的滞后变形，隧道的水平位移仍有微量的增加，但同沉降值一样很快就趋于很小。其沉降及水平位移值均小于地铁公司的报警值（沉降10mm、水平20mm）。
4.2 对测试结果的体会
（1）地下连续墙在整个施工过程中变化较小，说明围护及支护结构体系稳定性好，因而整个施工对周围建（构）筑物及管线等的影响较小。
（2）连续墙与其后土体水平位移相匹配，土体位移值较大；土体沉降值随层深增加而变小，下部深层土体有上抬趋势，与地铁隧道后期上抬相吻。
（3）邻近建筑物通过观测，其倾斜约为1.5/2000，倾角0.043°，倾斜甚小，说明基坑开挖引起的不均衡沉降较小。
（4）随着基坑的开挖施工，邻近的地铁隧道开始时下沉，后期则上抬。这是由于前期基坑上部周边土体侧移而后期则因浅层土体侧移较大而形成应力释放，促使隧道上抬。相信待地下室工程完成后，则地铁隧道将逐渐恢复常态。
（5）由于基坑紧邻地铁隧道，尽管隧道的位移值是控制的最重要目标，但基坑连续墙及其后土体的位移与隧道密切相关，故而它们都应同时作为监测的重要项目。
5、结语
通过采取所述措施，某工程地下室施工顺利完成，施工历时180d，提前计划工期20d，经验收地下室工程达到优良，同时得到甲方的赞誉，赢得了良好的社会信誉和经济效益。

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