较大直径高强化学锚栓在钢结构施工中的应用
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【摘要】建筑行业的进步发展使得先进的施工技术得到了运用，高强化学锚栓锚固施工作为一种新型的、简便有效的后固定方法，近几年来，在建筑外装修、钢结构或现有建筑的改扩建等方面得到了较为广泛的运用。但较大直径的高强化学锚栓在施工中存在钻孔难度大、伤害混凝土结构、拉拔试验不合格等问题，因此，为了方便设计、施工人员更好的掌握该项施工技术，有效地保证工程质量，本文通过案例工程重点分析该项目的施工特点，工艺安排和质量控制要点。
【关键词】大直径高强化学螺栓；现浇混凝土；控制
化学锚栓是一种新型的紧固材料，由化学药剂与金属杆体组成的。可用于各种幕墙干挂，钢结构支撑，建筑物加固改造等场合。化学锚栓是继膨胀锚栓之后出现的一种新型锚栓，是通过特制的化学粘接剂，将 螺杆胶结固定于砼基材钻孔中，以实现对固定件锚固的复合件。化学锚栓优点：耐酸碱、耐低温、耐老化 ，耐热性能良好，常温下无蠕变 。耐水渍，在潮湿环境中长期负荷稳定。抗焊性、阻燃性能良好。适用于重载及各种震动负载，抗震性能良好。无膨胀力锚固，对混凝土不产生挤压应力，适用于各种基材，在强度较差的混凝土上表现更佳。间距、边距小，适用于空间狭小处。安装操作便利，安装后能迅速固结，有较高的承载力。
从高强化学锚栓施工状况看，多用于幕墙施工中，锚栓直径在12左右，不存在太大技术问题，但用于钢结构中的锚栓往往因为作为主体结构的重要节点，无论是设计拉力、施工质量均有较高的要求。本项目东台某国际汽车城工程，地上三层，建筑高度23.15m，最高处钢结构造型高度31.5m。工程分南楼、北楼及连廊和庭院三部分，总建筑面积32524m2。项目在施工阶段调整了原设计方案，外墙框架横向间距在10m左右，高度在6m左右。外墙框架间距过大，不易于幕墙的固定，故在幕墙设计中提出此问题，建议（一）在框架之间增加砼柱、梁，满足幕墙预埋要求。（二）在框架之间增加钢构件，满足幕墙支撑要求。考虑增加构件数量太多，砼二次浇筑时间较长且浇筑的节点质量很难有保证，故设计单位决定在框架之间增加钢结构柱、梁以及根据建筑效果要求，设计一部分弧形钢梁。 设计方案中遇到了问题：后置埋件承载力要求较大，根据现场砼构件的截面情况及高强化学锚栓材料拉拔性能要求，框架梁上需使用锚栓M20和柱上需使用锚栓M24 ，其开孔大小为φ22 和φ28。理论计算这个开孔直径不影响混凝土构件中主筋，但是钢筋砼构件中钢筋的绑扎均人为操作，间距不可能完全符合图集和规范。经各参建单位共同协商，由设计单位先出埋件螺栓定位图，施工单位根据图纸查找构件中钢筋的位置，记录混凝土构件中钢筋受影响的位置，汇总设计单位再调整。
施工工艺安排及操作要点：
按图检查孔位调整孔位（修改孔位图）按图钻孔清孔置入药剂管钻入螺栓凝胶过程硬化过程
1、检查孔位
根据设计院设计人员提供的锚栓定位图，逐个检查锚栓的位置。考虑锚栓M20*260及M24*300，孔大小为φ22*170mm及φ28*210mm。φ22的孔均在梁周边，φ28的孔均在柱侧边，对框架结构的主筋有一定的影响，尤其在梁底时，往往会碰到梁底纵筋及箍筋。我方从检测单位借了一台HBY-84A混凝土保护层测定仪，该仪器可以用于钢筋位置的非破损性测控，既能测试钢筋走向，也能测出钢筋直径。技术指标：测量范围40--100mm；精度：40mm以内±
2、调整孔位
提供孔位情况图给设计院，设计人员调整锚栓的位置，保证避开主筋位置开孔。
3、开孔
按设计院调整好的施工图纸，复查所有孔位，明确开孔直径及开孔深度，水平面上开孔时保证孔中心线垂直，垂直面开孔时保证孔中心线水平。根据施工经验，小直径的锚栓一般使用普通手提钻开孔，但φ22的孔无法使用，如果用电锤开孔会对孔周围的砼及钢筋造成伤害，选择使用开孔器开孔时，孔壁太光滑会大幅降低锚栓与钢筋混凝土构件的机械咬合力，通过市场调查，最后选择使用与慧鱼牌螺栓配套的自动保障孔深的钻机（使用高科技柱锥式万能钻头）钻孔。初次使用后发现：钻孔均匀，进深快，孔水平度、垂直度好；机械震动小，便于操作。
4、清孔
用空气压力吹管等工具将孔内浮灰及尘土清除，保持孔内清洁。
5、置入药剂管
化学锚栓由化学胶管、螺杆、垫圈及螺母组成，螺杆、垫圈、螺母（六角）均采用镀锌材料。化学锚栓的工艺原理：通过药剂管中的树脂砂浆粘合锚杆和孔壁，使锚杆与被锚固对象形成一个整体，从而达到固定构件及提高构件承载力的效果。药剂材料的质量决定锚栓与混凝土之间的握裹力的大小。根据市场调研，结合产品质量和造价因素，使用上海美王高强化学锚栓，材料由乙烯基树脂为主体原料的高强度锚栓。产品组成及特点为：（1）化学药管组成：乙烯基树脂，石英颗粒，固化剂。（2）玻璃管封闭包装便于目测管剂质量，玻璃粉碎后充当细骨料。（3）抗酸碱、耐热、防火、温度敏感度低。（4）对基材无膨胀挤压应力，适用于重荷及各种震动荷载。（5）与混凝土的亲和力好，相当于预埋件效果。（6）药剂管有特殊倒挂外形，保证垂直面吊挂施工时不坠落。根据材料说明书中要求：将药剂管插入洁净的孔中，插入时保证树脂在手温条件下能象蜂蜜一样流动时，方可使用药剂管。考虑本工程在冬季施工，药剂管在使用前均放在棉花包裹的保温箱内，使用前取出，减少在空气中放置的时间，保证药剂管表面的温度。
6、钻入螺栓
在施工前，必须对锚栓作材料力学性能试验，经试验合格后，方可在现场使用。用电钻旋入螺杆直至药剂流出为止。电钻一般使用冲击钻或手钻，钻速为750转/分。这时螺栓旋入，药剂管将破碎，树脂、固化剂和石英颗粒混合，并填充锚栓与孔壁之间的空隙。同时，锚栓也可以插入湿孔，但水必须排出钻孔，凝胶过程及硬化过程的等待时间必须加倍。
7、凝胶过程
保持安装工具不动，化学反应时间如表1：
8、 硬化过程
取下安装工具静待药剂硬化。（硬化时间不低于表1相关时间要求。）
应用效果：
现场完成第1根M20和M24高强化学螺栓施工后，进行了拉拔试验，检测数据如下：M20拉拔力22.5KN， M24拉拔力29.5 KN，设计要求分别为20.8 KN和27.4 KN，满足设计要求。在该分项施工结束后，经建设单位组织的现场抽检中，共检测6根，检测结果：M20拉拔力23.4KN、26.7 KN、24.5 KN，M24拉拔力29.4KN、30.7 KN、31.5 KN，破坏形式均为基材无裂缝，锚栓无滑移，单项评定均合格。至此本工程中采用高强化学螺栓锚固，充分保证加固的整体效果，达到了设计及抗震加固的要求。