直接剪切型錨栓應用于圓柱構件加固施工

龐錢祥 唐文

[摘? 要]：文章通過總結直接剪切型錨栓在某工程中圓柱形加固構件上的應用施工經驗，介紹直接剪切型錨栓在圓柱加固構件上的加固施工技術。

[關鍵詞]：直接剪切型錨栓; 圓柱加固; 施工工藝; 施工質量

TU746.3B

直接剪切型錨栓鋼板加固法是一門新的加固技術。它是通過在混凝土基層上鉆孔，然后植入直接剪切型錨栓，加固鋼板通過錨栓固定在構件表面，并在混凝土基層與加固鋼板的空隙間灌加固膠漿密實，從而形成一個整體，當結構構件在荷載作用下發生變形時，帶動錨栓擠壓鋼板孔壁，使得加固鋼板和混凝土結構形成整體受力，協同變形，提高了原結構的承載力，達到結構加固的目的。

1 工程概況

本工程位于四川省成都市錦江區，其地下停車場修建于2002年，結構形式為地下2層鋼筋混凝土框架結構，豎向承重構件為700 mm鋼筋混凝土圓柱，地下停車場總建筑面積10 764 m2。因經受汶川地震、蘆山地震的荷載影響，建筑結構出現不同程度的裂縫破壞，嚴重影響工程使用功能。經鑒定檢測，本地下停車場需結構加固修復后方能投入使用。按照加固設計圖紙要求，負1層頂板梁柱均采用直接剪切型錨栓+鋼板的加固方式（圖1、圖2）。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工材料準備

主要材料見表1。

2.2 施工技術準備

（1）認真學習和熟悉設計圖紙及有關文件，全面透徹地理解圖紙，了解設計要求及施工的技術標準，明確工藝流程。

（2）組織內部圖紙會審，提出問題和建議，深入理解設計意圖，明確設計要求。

（3）編制實施性施工組織設計、施工方案和作業指導書。

（4）針對工程特點，為提高項目施工管理水平和施工技術水平，做好崗前培訓。

（5）針對工藝特點，施工要點有針對性的培訓，做好技術交底。

2.3 工藝流程

定位放線—反頂卸載—基層及裂縫處理—掃描定位避結構主筋—確定鉆孔孔位—加固鋼板放樣開孔—安裝鉆孔導向管—鉆孔—復核孔道并清理—注膠—安裝直接抗剪錨栓—孔道膠體固化—拉拔實驗—安裝加固鋼板—封縫灌膠—檢查驗收。

2.4 操作要點

2.4.1 反頂卸載

（1）結構加固前，需將額外荷載卸除后方能施工。因各種條件及需求限制，如無法實現直接卸荷，則需采取體外千斤頂反頂卸載的方式處理（圖3）。

（2）體外卸荷的反頂力，需結合實際荷載及結構情況復核，并由設計單位出具卸載值。

（3）卸載過程中，每根卸載柱需分級加載至設計卸載值，并保證各方向的反頂力均衡一致，如有多層卸載，需保證多層卸載柱點位保持在一條鉛垂線，達到荷載有效傳遞。

（4）保持反頂持荷狀態，用型鋼安放于千斤頂兩側，并用鋼楔楔緊然后電焊焊死固定，取出千斤頂，實現反頂卸載的轉換。

（5）施工過程中，設置專人觀測并記錄反頂設備運行情況，出現緊急情況立即啟動應急預案，確保反頂設備運行正常。

2.4.2 掃描定位避結構主筋

結構加固都是對既有建筑的結構受力性能進行補償，其中原結構涉及到很多的隱蔽工程，在對結構進行處理之前，需對原結構鋼筋位置采取人工和機器掃描探測，準確定位，加固作業時避開結構主筋，盡可能地減小對原結構的損傷。

2.4.3 安裝鉆孔導向管

（1）由于錨栓的鉆孔垂直度要求高，施工過程中不能有廢孔，即要求一次鉆孔合格率達到100%，施工難度大。故采取提前安裝鉆孔導向管措施予以保障。

（2）鉆孔導向管采用鋼管制作，內部直徑比鉆孔直徑大4 mm，導向管長度100 mm，端部弧形墊板支座固定在混凝土圓柱上，保證鉆孔成孔質量。

（3）導向管利用膨脹螺栓臨時固定在圓柱上，底座與圓柱面密貼，然后進行垂直度的檢測，滿足要求后方能進行鉆孔施工。

（4）待一個孔施工完成，并復測合格后方能拆除導向管，移至下一個孔位繼續施工。

鉆孔導向管施工節點大樣如圖4所示。

2.4.4 加固鋼板放樣開孔

（1）結構基層上錨栓位置精確定位并鉆孔完成后，將點位放樣至加固鋼板上，進行開孔，加固鋼板采用2個半圓圍合而成，接縫處采取焊接連接。

（2）鋼板開孔不能采用電弧焊，成孔形式需采用沖孔工藝，以保證鋼板孔壁的順直，不能有毛邊、夾渣、不順滑等缺陷，實現孔壁與栓桿緊密連接。

（3）鋼板開孔孔徑需滿足D=d+6，（d為錨栓桿直徑）。

2.4.5 安裝直接抗剪錨栓

（1）對應每根圓形結構柱，復核每個鉆孔的深度，垂直度，孔內殘渣的清理情況，形成書面記錄。

（2）配置結構膠，將錨栓桿植入孔內。

（3）待結構膠強度滿足要求后，經拉拔實驗合格，將工廠內加工好的鋼板，對應相應孔位進行安裝，并臨時固定。

（4）將每個鋼板孔位置，套入抗剪錨栓配套的開口墊環。開口套環翼緣緊貼鋼板孔外壁。

（5）旋進螺帽，將開口墊環頂進膨脹，頂緊鋼板孔壁，通過開口墊環，使鋼板孔與錨栓桿緊密無間歇連接。

（6）待錨栓及加固鋼板安裝完畢后，將錨栓螺帽位置及加固鋼板底口用抗裂砂漿進行臨時封堵，形成強度后，進行灌膠，使加固鋼板與結構基層間的縫隙完全填充密實，形成有效整體。

直接剪切型錨栓與加固鋼板安裝示意如圖5所示。

3 質量控制

3.1 質量控制

直接剪切型錨栓鋼板加固施工嚴格按照JGJ82-2011《鋼結構高強度螺栓連接技術規程》及GB 50661-2011《鋼結構焊接規范》進行施工，按照GB 50550-2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》、GB 50300-2013《建筑工程施工質量驗收統一標準》進行自檢，并結合設計要求及現場實際情況進行施工，確保工程施工質量。

3.2 材料質量保證措施

（1）加固用鋼板、錨栓等原材料均需滿足設計要求，鋼板、型鋼采用Q345B鋼材，粘鋼用結構錨栓采用高強直接剪切型錨栓。分別進行材料的長度、寬度與厚度檢查，注意材料的負公差是否超標。

（2）結構灌縫膠的選擇采用GB 50367- 2013《混凝土結構加固設計規范》中規定的A級膠，其力學性能等指標必須有權威單位的檢測報告，且符合設計文件要求;化學漿液應具有一定抗沖擊、變形能力、漿液粘度小、滲透能力強，此外還應滿足表2技術指標。

（3）進場材料必須有相應合格證，質量證明文件，檢驗試驗報告單等。并由監理單位見證取樣送至具有相應資質的檢測機構復檢，合格后方能投入使用。

3.3 加工制作質量控制措施

（1）因加固的結構柱為圓柱，采取在工廠內加工成2個半圓鋼板，待現場鉆孔點位確定后，放樣至半圓鋼板上，再沖孔制作而成，分別編號完善，運至現場進行合攏對孔安裝。

（2）嚴格執行自檢、互檢、專業檢的“三檢制度”，確保工序質量。

（3）堅持樣板引路制度。在每個工序施工之前，制作施工樣板，提前暴露各種施工問題，梳理施工注意要點并在后續施工中加以規避錯誤，保證大面施工的正確性，避免大量返工，從而保證施工質量及施工工期要求。

（4）充分發揮技術管理工作，加強技術交底，特別對于設計意圖的宣貫，施工前每個人員都應做到心中有底。認真研讀圖紙，相關技術規范、圖集及標準的把握，交底清楚。對于特別重要的部位，需加強過程管控，編制工藝施工指導書，指導施工，避免錯誤，影響施工質量。

（5）加固鋼板的焊接作業工程量大，焊接質量直接影響工程質量。焊接制作過程中，加強焊接工藝的評定及管理，注意各焊接參數的選定，確保質量。

（6）鋼板的沖孔質量需滿足孔壁與抗剪錨栓無間隙緊密連接，對成孔質量控制嚴格，故特采取在加工廠內利用沖床進行成孔作業?？妆谛枳龅巾樆?，無其他質量缺陷。

3.4 直接剪切型錨栓安裝質量控制措施

（1）安裝錨栓之前，必須將錨栓孔內的灰渣清理干凈。結構基層的浮灰及裂縫必須提前修復處理完畢。

（2）將合格的材料樣品進行封樣保存，隨機抽取現場材料與樣品進行比對。

（3）錨栓孔的鉆孔施工前，提前在孔位安裝導向管，確保電鉆成孔過程中不發生歪斜，從而達到鉆孔與圓柱結構成垂直角度，滿足加固鋼板孔壁與栓桿緊密無間隙連接。

（4）錨栓孔內注入粘鋼膠，膠體注入孔道2/3為宜。然后把錨栓緩慢的按一個方向旋轉插入孔道，使膠液剛好擠出孔道，同時插入的過程中時刻檢查并保證栓桿與結構基層的垂直度。

（5）待加固鋼板對孔套入栓桿后，開口墊環套入鋼板孔（鋼板孔直徑D=d+6，開口墊環翼緣直徑D1=d+7，d為栓桿直徑），最后旋緊螺帽。在螺帽的旋緊過程中，螺帽頂緊開口墊環，帶領開口墊環膨脹從而卡緊鋼板孔，實現鋼板孔壁與錨栓桿的緊密連接。

4 加固效果分析

以前常用的錨栓鋼板加固法在施工過程中，鋼板的穿孔直徑需大于錨栓桿直徑，以滿足加固鋼板穿套錨栓桿的要求，但這樣做以后，當加固構件受荷載作用，發生變形或位移，可能出現某些錨栓已受力屈服，某些錨栓才剛剛開始受力，甚者還有栓桿和鋼板孔還未接觸，導致各個錨栓不能有效協同受力，使得群錨系統的抗剪能力不能充分的發揮。

直接剪切型錨栓螺栓鋼板則有效的解決了這一問題，能夠發揮群錨系統協同受力，充分發揮各錨栓的抗剪能力。其原理為：加固鋼板對孔套入錨栓桿后，其設置開口墊環，套入鋼板孔，鋼板孔直徑D=d+6，開口墊環翼緣直徑D1=d+7，其中d為栓桿直徑，最后旋緊螺帽。在螺帽的旋緊過程中，螺帽頂緊開口墊環，帶領開口墊環膨脹從而卡緊鋼板孔，實現鋼板孔壁與錨栓桿的緊密連接。這個工藝對鉆孔與結構基層的垂直度要求非常高，鉆孔過程中，采用了提前安裝導向管的工藝，保證鉆孔垂直度的精度要求。相較傳統加固施工工藝直接剪切型錨栓螺栓鋼板加固效果更好。

參考文獻

[1] 建筑結構加固工程施工質量驗收規范： GB50550-2010[S].

[2] 鋼結構高強度螺栓連接技術規程： JGJ82-2011[S].

[3] 鋼結構焊接規范： GB50661-2011[S].