植筋技术规范、植筋工艺及锚固长度.doc

一、植筋技术规范
一、引言
近年来，植筋技术在钢筋混凝土结构工程中广泛应用，但在工程实践中却普遍存在不统一的做法和不规范的行为。植筋工程的施工质量直接影响到整个工程的质量，当引起工程人员的重视，特别是某些植筋工程与生命线工程发生直接联系，如果植筋过程处理不当，可能为工程留下影响结构安全的隐患。本文意在通过整理植筋技术相关规范规定，来纠正植筋工程管理中的不规范行为！
某商住楼工程根据政府规划部门的意见，将原设计面向小区外侧的入口门厅拆除，将该工程的入口门厅重新调整到面向小区中庭一侧，根据工程实际现状，需要植筋新增11根框架柱；并对原有框架柱中的4根相关剪力墙进行植筋加固；在采光井处新增一块长跨6.9m、短跨4.5m的屋面板，屋面板采用与该工程现浇楼板配筋一样的冷轧扭钢筋，分别有一条短边和两条长边需要植筋；新增的框架梁中部分钢筋也需植筋。该植筋工程施工方案中部分文字内容如下：
1、植筋工程的方案编制、施工作业、检测验收均以《混凝土结构加固技术规范》CECS25︰90为标准。
2、植筋规格、数量、钻孔深度如下：
植筋规格（mm） φ8 φ18 φ22 φ25
植筋数量（根） 366 116 48 106
钻孔深度（mm） 120 270 330 375
3、挑梁上部钢筋胶粘剂采用喜利得结构胶，其他部位钢筋胶粘剂采用国产A级胶。钢筋植入后7日内严禁受到触动和干扰，并按结构胶说明书要求加强保养和围护。
4、钢筋植入固化10日后，委托具备相应资质的检测单位，在监理见证下随机抽样进行现场抗拔抽检，每种规格钢筋现场抗拔数量不得少于壹组，经检测合格后，才能进行钢筋连接和安装绑扎等后序工作。
5、现场检测抗拔力，当钢筋为Ⅲ级螺纹钢时抗拔力要求必须≥360MPa；当钢筋为Ⅱ级螺纹钢时抗拔力要求必须≥300MPa；当钢筋为Ⅰ级钢时抗拔力要求必须≥210MPa。

二、植筋技术相关规范及规定
该工程方案编制、植筋施工、检测验收均以《混凝土结构加固技术规范》CECS25︰90为标准，其实该标准对于“植筋技术”并无非常具体的规定，这个古老的规范已经被《混凝土结构加固设计规范》GB50367－2006（以下简称GB50367－2006）所替代， GB50367－2006第12章“植筋技术”对植筋提出了更具体的要求。与植筋验收关系更大的标准应该是《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004（以下简称JGJ145-2004），同时不同地区还有地方标准，比如重庆市地方标准《混凝土无机锚固材料植筋施工及验收规程》DBJ/T50-032-2004（以下简称DBJ/T50-032-2004）。
JGJ145-2004第2.1.5条的术语：化学植筋—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的一种后锚固生根钢筋；GB50367－2006第2.1.10条的术语：植筋—以专用的结构胶粘剂将带肋钢筋或全螺纹螺杆锚固于基材混凝土中。这两个关于什么叫“植筋”的术语中限定了植筋所用钢筋的种类：带肋钢筋或全螺纹螺杆。带肋钢筋的横肋能够使植筋胶体在锚固段形成与钢筋横肋相咬合的肋体，这些肋体是保证所植钢筋长期锚固性能的机械牙键，牙键太浅不能形成与钢筋横肋的有效咬合，牙键太深则不能抵抗与钢筋横肋咬合作用的剪切，GB50367－2006第12.1.4条规定带肋钢筋的相对肋面积应满足0.055≤Ar≤0.08,就是为了控制牙键的深浅。冷轧扭钢筋的外形不但不能形成机械牙键，还会使胶体局部过厚导致较大收缩影响锚固效果，而且还使锚固段胶体厚薄相差较大，胶体越厚在钢筋受力后的剪切作用下剪切变形就越大，剪切应力相应变小，而胶体较薄的位置剪切应力相应增大，从而导致钢筋与胶体之间的粘结剪切应力不均匀而影响植筋效果。所以该工程屋面板设计植筋用冷轧扭钢筋是不恰当的！
植筋不能使用冷轧扭钢筋，能使用光圆钢筋吗？笔者曾经在某工程中看到用直径8mm的Ⅰ级钢筋运用于剪力墙竖向分布钢筋植筋锚固的实例。对于Ⅰ级钢能否用于“植筋”，目前业界争议较大。JGJ145-2004和GB50367－2006规定不使用光圆钢筋，原因在于光圆钢筋不能形成机械牙键，所植钢筋长期锚固性能不能得到保障。DBJ/T50-032-2004第3.0.1条规定：混凝土植筋技术不适用于各种轻质混凝土结构、砌体结构以及采用圆钢作为植入钢筋的承重结构，对非承重结构的拉接构造的植筋施工可参照本规程执行。根据这个规定区分结构构件的重要性，框架结构填充墙拉结筋如果设计光圆钢筋采用植筋方式施工应该允许，而运用Ⅰ级钢筋剪力墙竖向分布筋植筋锚固则不太恰当。应该注意的是，地方标准西南05G701系列图集中的填充墙拉结筋推荐了三种做法，第一种是预留拉结筋法，第二种是预埋铁件法，最后一种是才是植筋法。然而在其后颁发的国家标准06SG614图集中却限定使用预留拉结筋和预埋铁件两种方法，并不主张采用植筋方式施工填充墙拉结筋。

三、植筋锚固深度与钻孔深度
植筋施工钻孔成型后，应报监理检查验收钻孔直径和钻孔深度，我曾经看到监理人员在验孔时要求的钻孔深度正好是设计的植筋深度，本文列举方案中的钻孔深度正好是钢筋直径的15倍，而该工程的设计植筋深度也是钢筋直径的15倍,这反应出一个现状: 植筋深度被认为就是钻孔深度。有一定现场经验的技术人员一定知道，钢筋切断加工很难保证其端面平整，不能使具有360°完整圆周钢筋面与孔底侧面对齐；植筋钻孔作业会对孔位周边表皮混凝土造成轻微损伤，不能保证孔口对胶体形成有效基体。基于这两个原因，如果用端面不够平整的钢筋植入15倍钢筋直径的混凝土孔内，肯定不能保证所植钢筋的有效锚固长度达到15倍钢筋直径。欧美植筋的钻孔深度一般要求比设计植筋深度大2～3倍钢筋植筋，DBJ/T50-032-2004第6.0.4条规定的钻孔深度为设计植筋深度+（10～15）mm其实是一个深度较浅的要求。
国内早期普遍按照钢筋直径15倍要求植筋深度，笔者在2003年以前的植筋工程管理中就是按照设计要求的15倍钢筋直径实施，其中包括一些悬挑构件、大跨度主梁的植筋。调查我国植筋技术发展历史分析，这个15d来自于国外进口植筋用结构胶使用说明书上的要求，但被忽略的是这个要求是构造性钢筋的植筋深度。DBJ/T50-032-2004参编专家根据重庆市建筑科学研究院和重庆建筑大学材料系的一些相关实验，认为采用热轧带肋钢筋植筋，最小植筋深度15d能满足设计要求，所以在该规程第4.2.1条规定：构造要求最小植筋深度为15d。在混凝土基材强度等级、钢筋级别、植筋胶种类完全相同的条件下，按照钢筋直径统一倍数确定植筋深度，在0.9Asfyk拉拔力作用下，较大直径的钢筋将较先被拔出，反应出植筋锚固段钢筋表面积与钢筋断面积并不是理想的线性关系，瑞士联邦技术学院的Marti教授根据该实验得出，胶粘剂与钢筋之间粘合表面所承受的力随植筋长度类似线性增长，但仅是随钢筋直径的平方根增长。所以植筋深度统一规定成一个固定的钢筋直径倍数是不科学的！
GB50367－2006第12.2.3条规定了植筋的基本锚固深度ls计算公式：
ls=0.2asptdfy/fbd
式中
aspt—为防止混凝土劈裂引用的计算系数；
d—植筋公称直径；
fbd—植筋用胶粘剂的粘结强度设计值，
对于构造性钢筋的植筋深度，GB50367－2006第12.2.3条根据钢筋的受力性质不同，规定了受拉钢筋最小锚固长度lmin=max｛0.6ls；10d；100mm｝；受压钢筋最小锚固长度lmin= max｛0.3ls；10d；100mm｝。这里可以看出，规范严谨地把构造性植筋的锚固深度交给了设计者，比DBJ/T50-032-2004的规定要合理一些，同时避免那些植筋公司或胶粘剂厂家的误导。

四、植筋胶粘剂
该方案中要求悬挑梁上部钢筋胶粘剂采用喜利得结构胶，其他部位钢筋胶粘剂采用国产A级胶。GB50367－2006第12.1.5条规定：植筋用的胶粘剂必须采用改性环氧类或改性乙烯基酯类（包括改性氨基甲酸酯）的胶粘剂,当植筋的直径大于22mm时，应采用A级胶。喜利得结构胶是总部位于欧洲列支敦士登的喜利得集团生产的胶粘剂产品，“喜利得”只是一个品牌，其系列产品中有符合A级标准的结构胶，也有符合B级标准的结构胶。该工程悬挑梁上部有直径25mm主筋，如果使用符合B级胶标准的喜利得结构胶植筋显然不满足GB50367－2006的规定，A级结构胶性能良好，但价格较高。该工程中除挑梁上部钢筋以外的其他部位植筋有12根直径22mm钢筋、116根直径18mm钢筋、366根直径8mm钢筋，这些小直径钢筋使用经得起检验的B级胶是许可的，采用A级胶无疑是一种浪费。

五、检测抽检时间和频率
不同的胶粘剂固化时间是不一样的，固化时间太短的胶粘剂强度增长快、脆性大；固化时间太长的胶粘剂强度增长慢、耐久性差。在制定胶粘剂检验合格指标时，均是以胶粘剂产品使用说明书标示的固化期为准所取得的试验结果为依据确定的；因此，对实际工程中胶粘的锚固件，其检验日期也应以此为准，才能如实反映其胶粘质量状况。倘若时间拖久了，将会使本来固化不良的胶粘剂，其强度有所增长，甚至能达到合格要求，但并不能改善其安全性和耐久性能。GB50367－2006附录N第2.5条规定应在胶粘剂达到其产品说明书标示的固化时间的当天进行。本文列举方案中规定了2个时间限定要求：钢筋植入后7日内严禁受到触动和干扰，10日后进行现场抗拔抽检，看似合理，实际上是以为了保证钢筋免受扰动为借口，拖延了抗拔检验的时间。
JGJ145-2004附录A第2.2条规定所植钢筋应按同规格、同型号、基本相同部位组成一个检验批，抽取数量按每批总数的1‰计算，且不少于3 根。DBJ/T50-032-2004第6.0.4条规定：植筋锚固承载力的现场验收检验按同一施工条件下同规格钢筋数量的1%进行抽检，但不应少于3根。以上两套标准的检测方式均采用“非破损检验”，但抽检频率却相差九倍。按照1%进行抽检不但比按照1‰进行抽检的检测费用高，而且还容易暴露植筋工程的施工质量问题，很多施工单位在工程实践中就以两套规范均为现行标准为由，按照1‰进行抽检，甚至有些工程抽检频率比1‰还低很多。事实上，JGJ145-2004和DBJ/T50-032-2004规定采用的非破损检验检测出劣质产品或不良施工质量的能力很低，如果抽检数量不够，很难避免不合格的锚固工程蒙混过关。
在讨论植筋工程的抽检数量之前，我们应该先明确抽样检测的方式。植筋抗拔承载力现场检验分为非破损检验和破坏性检验。经非破损检验合格的植筋锚固件（包括混凝土基材）在整过检验过程中均未遭受损坏，检测过后还可以保证锚固件在结构中正常使用；破坏性检验后的锚固件（包括经破坏性检验判定合格的锚固件）已经在检验过程中被破坏，不能再用于结构构件中。由于破坏性检验完整地模拟了构件中锚固件的破坏过程，能够充分展现被检测锚固件的工作性能，所以其检测出劣质产品或不良施工质量的能力较高， GB50367－2006附录N第1.4条规定重要结构构件、悬挑结构构件应采用破坏性检验方法对锚固质量进行检验；第2.2条规定破坏性检测的抽样取每一验收批锚固件总数的1‰，且不少于5件进行检验，若植筋总数不多余100件时，可仅抽取3件进行检验；第2.3条规定：重要结构构件应抽取每一验收批锚固件总数的3%且不少于5件进行非破损检测，一般结构构件应抽取每一验收批锚固件总数的1%且不少于3件进行非破损检测；第2.4条规定当不同行业标准的抽样规则与该规范不一致时，对承重结构加固工程的锚固质量检测，必须按该规范的规定执行。所以本文列举的方案对现场抗拔力检测的抽检频率规定不符合规范要求。

六、植筋检测抗拔力确定
本文列举方案中针对使用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级钢筋植筋提出抗拔力分别不能小于210MPa、300MPa、360MPa的要求。抗拔力的基本单位是“N”，而1MPa= 1N/mm2，“N”与“N/mm2”之间用“≥”是无法做比较的！后经笔者与该方案编制者通过沟通，才明确了拟定者本意是：抗拔力≥钢筋设计强度×钢筋断面积。我曾经调查过重庆好几家检测单位的工作人员，其中包括行政主管部门下属的检测中心工作人员，还调查过一些施工单位和专业植筋机构的工作人员，得出一个结论：目前有相当一部分工程人员认为，植筋抗拔检测的基本要求应该是“抗拔力≥钢筋设计强度×钢筋断面积”。
根据DBJ/T50-032-2004附录C第3.2条“检验荷载最小值为钢筋受拉承载力设计值的1.2倍”的规定，有的工程人员认为：植筋抗拔检测的基本要求应该是“抗拔力≥钢筋设计强度×钢筋断面积×1.2”。 “抗拔力≥钢筋设计强度×钢筋断面积×1.2”看起来符合DBJ/T50-032-2004附录C第3.2条规定了，但我们应认识到DBJ/T50-032-2004本身并不很严谨：其附录C第3.2条不应该规定“检验荷载最小值”为多少，而应该规定“检验荷载”为多少。为什么呢？DBJ/T50-032-2004附录C第1.2条规定：植筋锚固承载力现场验收检测应为非破损检验，检测所植钢筋在正常使用状态下的锚固性能，其抗拔承载力应达到检验荷载要求。这条规定有两个地方值得注意，那就是使抗拔承载力“达到”检验荷载，在不“破损”所植钢筋的条件下,检测所植钢筋在正常使用状态下的锚固性能，如果让抗拔承载力“超过”检验荷载怎么能保证所植钢筋不被“破损”? 这样一来，有的工程人员认为应该“抗拔力=钢筋设计强度×钢筋断面积×1.2”才是正确的。
然而“抗拔力=钢筋设计强度×钢筋断面积×1.2”是否恰当呢？《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第11.2.3条规定一、二级抗震等级结构钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。如果Ⅲ级螺纹钢的屈服强度实测值为430 MPa，未超过强度标准值的1.3倍，应该可以用于一、二级抗震等级结构，如果所植钢筋抗拔应力拉到设计强度360MPa的1.2陪即432 MPa，使“抗拔力=432 MPa×钢筋断面积”，钢筋就可能屈服却又不被拉断，也就是说钢筋已经被破坏了，并未达到“非破损检验”目的，这也是DBJ/T50-032-2004不够严谨的地方。JGJ145-2004附录A第4.3条规定非破损检验，荷载检验值应取0.9Asfyk及0.8 Rk ,c N 计算之较小值。Rk ,c N 为非钢材破坏承载力标准值，它反映了“非破损检验”还应保证不破坏混凝土基体。笔者认为JGJ145-2004“非破损检验”方式的检验荷载规定，其先进合理性高于GB50367－2006“非破损检验”方式的检验荷载规定。

七、结语
牵涉到植筋技术的现行国家规范、行业标准、地方规程对植筋技术的要求不尽统一，导致了个别工程人员对植筋技术的认识和掌握不够全面，使他们在实际工作中容易造成非故意的错误，同时为那些被利益驱使的工程人员断章取义地蒙骗相关工程人员提供了机会，本文通过整理现行国家规范、行业标准、地方规程有关植筋技术的部分规定，分析某实际植筋工程施工方案中不够全面或不够恰当的技术要求，以望达到纠正植筋工程管理中非规范行为之目的。

二、植筋工艺及锚固长度

植筋是一种不得已而采用的施工工艺，如由于建筑功能变化、设计变更、结构加固改造等情况下使用的一种工艺，它不是应该提倡的主流技术，因为它的锚固强度依靠锚固胶而不是钢筋与混凝土之间的粘结力，并且锚固胶代价不菲，虽然植筋长度比钢筋锚固长度短但造价却比正常的钢筋混凝土锚固要高。一些施工单位采用国内生产的劣质锚固胶根本达不到锚固强度。我经常在施工现场看到植入墙内拉结筋可以轻松用人力拉下来，根本起不到拉结的作用，形成安全隐患和抗震薄弱环节。
植筋使用的粘结剂分为两类：以水泥为主要成份，与微膨胀剂组成的普通粘结剂和以聚氨酯甲基丙烯酯等组成的高性能粘结剂。锚固胶的性能应通过专门的试验确定，施工时不得随意添加掺料。“当被植筋的混凝土结构可提供足够锚固长度，且受静力作用时，可采用普通粘结剂；若被植筋的混凝土结构受动荷载作用，或其构造上难以增大锚固长度而又要求所植钢筋不致发生脆性破坏时，应选用高性能粘结剂。”如使用环氧基锚固胶，锚固胶的性能指标应符合《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004的规定。
《混凝土结构加固设计规范》GB50367－2006对植筋基本锚固长度的规定：
lb=afy
lb —植筋锚固长度；
fy—钢筋抗拉强度设计值。
系数a按下表
混凝土强度
钢筋直径（㎜）
C15
C20
C25
≥c30
8
0.44
0.38
0.34
0.33
10
0.64
0.55
0.49
0.46
12
0.86
0.74
0.66
0.61
14
1.1
0.95
0.85
0.77
16
1.3
1.12
1.01
0.93
18
1.57
1.36
1.22
1.11
20
1.8
1.56
1.39
1.3
22
2.1
1.82
1.63
1.50
25
2.63
2.28
2.04
1.84
32
3.85
3.34
2.98
2.7
注：1、当混凝土强度等级不低于C40时，对抗剪强度最小值不低于21N/㎜2的粘结剂，其植筋的系数a值乘以修正系数0.9。
2、当构件中的一个截面中有30%以上的受拉钢筋需与所植的钢筋搭接时，其植筋的基本锚固长度lb（或lb，d）应乘以放大系数1.4~2.0
植筋最小锚固长度：
受拉区锚固lb,min=max{0.6lb;10d;150mm}，
受压区锚固lb,min=max{0.3lb;7d;100mm}，
植筋的施工流程：
弹线定位→钻孔→洗孔→钢筋处理→注胶→植筋→固化养护→抗拔试验→绑扎。
用冲击钻钻孔，钻头直径应比钢筋直径大4～ 8mm左右，钢筋直径为Φ25，钻头选用φ32的合金钻头。钻孔深度按照《混凝土结构加固设计规范》GB50367－2006中提供的植筋基本锚固长度。
洗孔是植筋中最重要的一个环节，因为孔钻完后内部会有很多混凝土灰渣垃圾，直接影响植筋的质量，所以孔洞应清理干净。可用空压机吹出浮沉，保证孔内干燥无积水。
清孔完成后方可注胶，灌注方式应不妨碍孔洞中空气排出。锚固胶要选用合格的植筋专用胶水，使钢筋植入后孔内胶液饱满，又不能使胶液大量外流，以少许粘结剂外溢为宜，孔内注胶达到孔深的1/3。
孔内注完胶后应立即植筋。将钢筋缓慢插入孔内，同时要求钢筋旋转，使结构胶从孔口溢出，排出孔内空气，钢筋外露部分长度保证工程需要。植筋施工完毕后２４小时之内严禁有任何扰动，以保证结构胶的正常固化。
检测待植筋胶完全固化后，进行非破损性拉拔试验，检测的数量是植筋总数的10％。检测中，测力计施加的力要小于钢筋的屈服强度，大于设计部门提供的植筋设计锚固力值。
被植筋的钢筋混凝土构件强度、刚度、抗裂度和稳定性的验算可按整体构件进行计算。