混凝土后锚固设计与施工

摘要：后锚固技术目前广泛应用于工业民用建筑领域,项目实践与科研使新一代的更为经济安全的锚固系统不断地得到发展,该文结合工程设计与施工体会,对混凝土结构后锚固连接锚栓的产品分类,性能标准,适用范围,性能检验,复杂荷载下的锚固性能检验要求及方法,裂缝对锚栓承载力的影响,锚固失效,介绍了后锚固技术及其两种主要形式,简述了植筋粘接材料的发展及锚栓的承载原理和安装方式,并列举了影响锚栓承载性能的一些参数,最后对后锚固技术发展和存在的问题作了分析。

关键词:后锚固技术 锚栓 混凝土植筋

一、后锚固技术分类及适用范围

    1.1后锚固技术类型

    锚栓是一切后锚固组件的总称，是将被连接件锚固到混凝土等基层材料上的锚固组件。锚栓按其工作原理及构造的不同，锚固性能及适用范围存在较大差异，国内通常将其分为四大类：

    （1）膨胀型锚栓：利用膨胀件挤压锚孔孔壁形成锚固作用的锚栓。具体又分为：扭矩控制式膨胀型锚栓和位移控制式膨胀型锚栓。

    （2）扩孔型锚栓：通过锚孔底部扩孔与锚栓膨胀件之间的锁键形成锚固作用的锚栓。具体又分为：预扩孔普通栓和自扩孔专用栓。

    （3）粘结型锚栓：又称化学粘结栓，是以特制的锚固胶将螺杆及内螺纹管等胶结固定于混凝土基材钻孔中，通过粘结剂与螺杆、混凝土孔壁间的粘结与锁键作用，以实现对被连接键锚固的一种组件。化学锚栓与膨胀、扩孔型螺栓最大的一个区别就是，膨胀螺栓是通过机械方式固定，而化学锚栓是通过化学药剂固定。化学药剂一旦受热就容易导致药剂失效，所以采用化学锚栓进行固定时，电焊时要避免化学锚栓受热。　

    （4）化学植筋：简称植筋，是国内工程界广泛应用的一种后锚固连接技术，系以化学粘结剂（锚固胶），将带肋钢筋及长螺杆等胶结固定于混凝土基材锚孔中，通过粘结与锁键作用，实现对被连接件锚固的一种后锚固生根组件。化学植筋由于长度不受限制，与现浇混凝土钢筋锚固相似，破坏形态易于控制，一般均可以控制为锚固钢筋破坏。作为化学植筋使用的钢筋，一般以普通热扎带肋钢筋锚固性能较好，光圆钢筋较差。其工艺流程较为简单：钻孔－＞清孔－＞配胶－＞植筋－＞固化－＞检验、验收，孔径D=d＋(4～10）mm。

二、锚栓的检验设计和性能要求

    2.1后锚固破坏机理

    2.2 后锚固连接破坏模式

     * 锚栓钢材破坏是指锚栓或植筋钢材被拉断的破坏形式；

     * 混凝土锥体破坏是指锚栓受拉时混凝土基材形成以锚栓为中心的倒锥体破坏形式；

     * 劈裂破坏是指基材混凝土因锚栓膨胀挤压力而沿锚栓轴线或若干锚栓轴线连线的开裂破坏形式；

     * 拔出破坏是指拉力作用下锚栓整体从锚孔中被拉出的破坏形式；

     * 穿出破坏是指拉力作用下锚栓膨胀锥从套筒中被拉出而膨胀套筒仍留在锚孔中的破坏式

    2.3 后锚固连接破坏模式-拉剪复合破坏

     * 受拉钢材破坏+受剪钢材破坏（大埋深+大边距）

     * 受拉混凝土破坏+受剪钢材破坏（小埋深+大边距）

     * 受拉混凝土破坏+受剪混凝土破坏（小埋深+小边距）

     * 受拉钢材破坏+受剪混凝土破坏（大埋深+小边距）

    2.4基材要求

    锚栓锚固基材可为钢筋混凝土、预应力混凝土或素混凝土构件。植筋锚固基材应为钢筋混凝土或预应力混凝土构件，其纵向受力钢筋的配筋率不应低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB?50010中规定的最小配筋率。基材混凝土强度等级不应低于C20，且不得高于C60；安全等级为一级的后锚固连接，其基材混凝土强度等级不应低于C30。

三、后锚固的抗震设计

    1、后锚固技术适用范围：设防烈度8度及8度以下地区。

    2、在承重结构中采用后锚固技术时宜采用植筋；设防烈度不高于8度（0.2g）的建筑物，可采用后扩底锚栓和特殊倒锥形化学锚栓。

    3、抗震设防区结构构件连接时，膨胀型锚栓不应作为受拉、边缘受剪和拉剪复合受力连件。

    4、在抗震设防区应用的锚栓应符合下列规定：

      Ⅰ、应采用适用于开裂混凝土的锚栓，并应进行裂缝反复开合下锚栓承载能力检测；

      Ⅱ 、应进行抗震性能适用检测。

    5、锚栓螺杆及植筋钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3；且在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9％。

    6、抗震设计的锚栓，宜布置在构件的受压区或不开裂区，不应位于基材混凝土结构塑性区。

    7、后锚固连接抗震验算时，混凝土基材应按开裂混凝土计算，后锚固连接破坏应控制为锚栓钢材受拉延性破坏或连接构件延性破坏。

    8、锚固连接地震作用内力计算应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011进行；地震作用下锚固连接承载力的计算应考虑锚固承载力降低系数。

    9、后锚固连接控制为锚栓钢材受拉延性破坏时，应满足下列要求。

      1） 锚栓应具有不小于8d的延性伸长段，并应采取措施保证不发生屈曲破坏；

      2） 当锚栓采用非全螺纹螺杆且螺纹部分未采用镦粗等工艺增强时，螺杆极限抗拉强度应大于屈服强度的1.3倍；采用镦粗等工艺增强的螺纹长度不应计入延性伸长段。

四、混凝土结构后锚固连接施工质量控制及检查

    后锚固连接施工质量应符合相关标准和设计要求以及产品说明书的规定。目前适用标准为《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145－2004（该标准不适用以砌体或轻混凝土为基层的锚固）。

    4.1、锚孔质量控制

      （1）锚孔施工应符合设计及产品安装说明书相关要求；

      （2）锚孔的位置、直径、孔深和垂直度偏差控制应符合JGJ145相关要求（详见表2、3），当采用预扩孔型锚栓时，尚应检查扩孔部分的直径和深度。锚栓有效锚固深度不得包括装饰层或抹灰层的厚度。根据JGJ145有关规定，南京地区抗震锚固连接最小锚固深度应符合表4要求；

      （3）清孔 对于膨胀型锚栓和扩孔型锚栓的锚孔，应用空压机或手动气筒吹净孔内粉屑，而对于粘结型锚栓及化学植筋的锚孔，尚应再用丙酮擦拭孔道，并保持孔道干燥；

      （4）钻孔应避免伤及钢筋，锚孔应避开受力主筋。对于废孔，应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实。脂水泥砂浆填实。

    注：植筋及螺杆系指HRB335级钢材，锚栓系指5.6级钢材，对于非HRB335级和5.6级

五、结束语

    混凝土后锚固这项新技术在我国建筑工程领域，特别是既有建筑改造、幕墙、墙体节能工程等方面具有良好的发展前景。对于混凝土结构使用预埋件体系在实际使用过程中并不像对其他其他体系中应用连接系统那样有完成的信心，但随着工程技术的提高和发展，通过设计、材料和施工各环节的严格质量控制，加之国家、地方相关标准的完善，其适用性必将不断提升，在建筑工程领域也将发挥越来越大的作用，真正实现其技术先进、工艺可靠、质量保证、经济合理的目标。

参考文献：

    [1]、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145－2004

    [2]、《建筑结构施工质量验收统一标准》GB50300_2013

    [3]、史小昕、张怀东，浅析混凝土后锚固技术的应用及质量控制 江苏建筑1005-6270(2006)02-0025-02