建筑结构后锚固施工技术的应用分析

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摘要：后锚固技术是通过相关技术手段在既有混凝土结构上的锚固，后锚固技术在我国起步较晚，近几年才逐渐得到应用，本文综合对后锚固施工技术在建筑结构中的应用进行了分析。

关键词：后锚固，起步晚，应用，建筑结构

中图分类号：U455.48+2文献标识码： A

1、引言

后锚固，即通过相关技术手段在既有混凝土结构上的锚固，是相对于浇筑混凝土时预先埋设的先锚固（预埋）而命名的，具有施工简便、使用灵活等优点。随着产品种类的丰富、费用的降低，施工技术的普及，混凝土后锚固技术由初期仅限于改造、结构加固项目逐步在新建工程中被广泛采用。

国外以高分子材料为主要成分开发的锚固技术比金属锚栓晚，仅有几十年的历史。1958 年原联邦德国开始研制化学锚固胶，次年在阿玛煤矿进行了实验，1961 年获得成功，此举引起了发达国家的重视，并推广到其它国家。进入 20 世纪70 年代，锚固胶有了新的发展，从矿山工程使用向铁道、水利及各类建筑工程的施工与改造，从而扩大了应用范围。1995年，瑞士的喜利得化学锚栓进入我国市场，随后德国的惠鱼胶也进入我国。

当前，我国采用玻璃、金属与石材幕墙作为护结构和既有建筑改造的建筑工程项目越来越多，但其在实际施工中存在很多难以解决的问题，比如未设预埋件、预埋件偏离设计位置太远等等，而后锚固技术具有安装快捷、成本较低、锚固可靠、使用灵活等优点，所以后锚固技术等到了广泛的应用。

2、后锚固系统类型与特点

锚固系统在混凝土结构工程中应用主要有预埋和后锚固2 种形式。预埋锚固件须在浇筑混凝土之前，将锚固件置于混凝土设计要求位置。而后锚固是指在基材上钻孔或者通过特殊工具（如射钉枪）直接将锚固件置于混凝土中准确位置。后锚固系统从承载机理上分主要有摩擦、机械锁定以及化学粘结 3 种类型，新近出现的混凝土螺钉也属后锚固类型。

2.1 摩擦型锚栓摩擦型锚栓中最具代表性的是膨胀锚栓，膨胀锚栓是通过锥体与膨胀片或膨胀套筒的相对移动，促使膨胀片膨胀，与孔壁混凝土产生膨胀挤压力，并通过剪切摩擦作用产生抗拔力，实现对被锚固连接件的锚固。安装时通常用扭矩或位移控制膨胀力。膨胀锚栓由于定型较为粗短，埋入较浅，受力时易产生脆性破坏，不符合我国规范中关于结构延性设计的理念，因此使用范围受到较大的限制。

2.2 机械锁定

机械锁定是后切底锚栓类型，是通过特殊的钻孔工具，对钻孔底部进行再次切槽扩孔，利用扩孔后形成的混凝土承压面与锚栓扩大头间的机械互锁实现锚固。与膨胀锚栓相比，扩孔锚栓膨胀剪切摩擦作用较小，在破坏形态上并无实质改变，故其适用范围与膨胀锚栓相同。

2.3 化学锚栓和植筋

化学锚栓和植筋是起步较晚但发展迅速的粘结型后锚固系统，该系统是通过专用化学粘结剂将锚固件粘接于混凝土中。化学锚栓及植筋与传统的锚固材料相比，具有以下主要特点：

（1）承载快，锚固力大

高强化学锚栓和植筋胶均由高分子合成材料和无机建筑骨料组成。具有固化时间短（如国产天力信快固型化学锚栓十几分钟即可固化），强度产生快，固化即刻有强度，一般 30 min（常温下）即可达到 90%的强度，并且强度高（拔拉试验通常可将 5.8 级螺栓拉断），因此，可很快承受荷载，缩短施工周期，施工方便。

（2）滑移量小

以天力信化学锚栓为例，用 ML- 150B型锚杆拉力计配合位移计测试锚固拔拉力与位移量的关系时，由于锚固胶粘剂锚固得很牢，移动量主要是由螺杆本身的弹塑性变形产生，达到最大承载力时的位移不到普通涨壳式锚栓的 1/10。

（3）适应性强、使用广泛化学锚栓和植筋可以在建筑的各个部位埋设，可以用于开裂混凝土，而膨胀锚栓无法在混凝土张力区锚固，而且化学锚栓和植筋具有抗冲击、抗振动及耐疲劳等特点。

3、后锚固的设计和构造要求

3.1 安全等级

根据锚固连接破坏后果的严重程度，后锚固连接划分为 2个安全等级。混凝土结构后锚固连接设计，应按规定采用相应的安全等级，但不应低于被连接结构的安全等级。

3.2 锚固连接设计方法

锚固连接采用以试验研究数据和工程经验为依据，以分项系数为表达形式的极限状态设计方法。

3.3 后锚固系统破坏形式的控制

①后锚固破坏类型与锚栓品种、锚固参数、基材性能及作用力性质等因素有关，后锚固连接设计，应根据被连接结构类型、锚固连接受力性质及锚栓类型的不同，对其破坏型态加以控制，最大限度地提高锚固连接的安全可靠性及使用合理性。

②后锚固设计时锚栓承受的荷载主要有受拉、受剪、拉剪组合以及弯矩、扭矩等，这些力可能会是静荷载也会是动荷载。在荷载作用下，后锚固连接有锚栓或锚筋钢材破坏、混凝土基材破坏及锚栓拔出破坏（含穿出破坏）等 3 种破坏模式。

③对受拉、边缘受剪、拉剪组合之结构构件及生命线工程非结构构件的锚固连接，应控制为锚栓或锚筋钢材破坏，不应控制为混凝土基材破坏；对于膨胀型锚栓及扩孔型锚栓锚固连接，不应发生整体拔出破坏，不宜产生锚杆穿出破坏；对于满足锚固深度要求的化学植筋及长螺杆，不应产生混凝土基材破坏及拔出破坏（包括沿胶筋界面破坏和胶混界面破坏）。

3.4 抗震设计要求

①应选用化学植筋和能防止膨胀片松弛的扩孔型锚栓或扭矩控制式膨胀型锚栓，不应选用锥体与套筒分离的位移控制式膨胀型锚栓。

②后锚固连接宜布置在构件的受压区、非开裂区，不应布置在素混凝土区；对于高烈度区一级抗震之重要结构构件的锚固连接，宜布置在有纵横钢筋环绕的区域。

③后锚固连接应合理选择锚固深度、边距、间距等锚固参数，或采用有效的隔震和消能减震措施。抗震锚固连接锚栓的最小有效锚固深度宜满足有关标准的规定。

3.5 防腐防火措施

一切外露的后锚固连接件，应考虑环境的腐蚀作用及火灾的不利影响，应有可靠的防腐、防火措施。

4、后锚固系统的应用领域

在各类后锚固系统中，摩擦型、机械锁定型后锚固系统由于易产生混凝土基材受拉脆性破坏，按照我国《建筑结构可靠度设计统一标准》要求，不适用于受拉、边缘受剪、拉剪复合的结构构件及生命线工程非结构构件的后锚固连接。化学锚栓产品一般都有标准尺寸，其锚固深度不能随工程需要而变化，通常在 C25 以上混凝土中可以控制为延性破坏，但当基材强度较低或钢材强度较高时难以控制锚固的失效破坏形态。因此，化学锚栓也主要应用于非结构构件，少数可以用于受压、中心受剪、压剪组合的结构构件。化学植筋由于可以任意控制埋深，并能根据基材情况和钢材强度，通过设计控制后锚固系统产生延性破坏，因此，只有化学植筋可以用于抗震烈度不大于 8 度的受拉、边缘受剪、拉剪复合受力的结构构件及非结构构件的后锚固连接。

后锚固系统在非结构构件领域中也有广泛的应用：建筑附属机电设备托架安装，幕墙支架安装，固定大门、卫生设备，采暖空调系统，烟火监测和消防系统等。在新建工程中，可用于钢筋混凝土框架结构中设置拉墙筋，避免预埋而造成模板损耗和因埋设位置不准带来的施工困难。化学植筋除可用于上述非结构构件领域外，还可用于结构构件领域有：建筑物改造的新老混凝土连接处的钢筋生根、钢筋加固、设备基础锚固、桥梁加宽、后浇过梁、现浇板临时洞口的恢复、增加钢结构牛腿等。

5、结束语

在欧美发达国家和地区，后锚固的应用领域极为广泛，我国起步较晚，锚栓品种有待提高，有关标准体系不健全，建议健全行业标准规范，解决生产、使用与验收严重脱节的问题。同时，我们还应该进一步加强后锚固的理论和应用技术研究，解决锚固连接的破坏问题不仅是后锚固系统研究的核心技术问题，而且也是锚固技术推广与发展的关键问题。

参考文献:

[1] 贺曼罗.建筑胶粘剂.大连：化学工业出版社，1999.

[2] 吴晓春.新型建筑结构锚固胶技术新进展.化学工业与工程技术.2002（1）：27- 28.

[3] JGJ 145—2004.混凝土结构后锚固技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2005.