現地植筋試驗之疑義探討

涂耀賢、黃科銘、沈伊婷、陳友文(德霖技術學院營建系)

前言

我國目前正積極進行校舍及橋梁等耐震能力提升之補強工程，這些補強工程之特性係在舊有工程之間或外圍增建一新的斷面，使抵抗地震力的斷面加大，藉以提高耐震能力。

補強工程為使新舊介面能有良好之應力傳遞，或使鋼筋具有足夠之握裹力，故而大量使用植筋，植筋品質之優劣攸關補強工程品質好壞，甚至影響補強工程成敗，因此，植筋檢驗至為重要。台灣目前有台灣混凝土學會及國家地震工程研究中心大力提倡植筋技術之推廣與檢驗，但植筋檢驗之TAF合格認證單位極少。

由於合格檢驗單位少，目前施工主管單位均開放未具TAF合格認證之品檢單位執行植筋檢驗。國內植筋檢驗分為試拉拔及植筋拉拔試驗兩階段，不同檢驗單位提供之試驗布置及試驗方式差異性很大，其試驗結果是否可反應植筋強度及品質有相當之疑慮，本文將就工地現場植筋施工若干疑慮處提出探討，以提供工程界參考。

植筋破壞類型

鋼筋混凝土結構透過混凝土與鋼筋介面的握裹力使混凝土與鋼筋緊密黏結，並且透過握裹力讓鋼筋與混凝土的力量互相傳遞。植筋乃於既有混凝土內埋設鋼筋，故植筋係透過植筋膠將混凝土與鋼筋緊密黏結，亦透過植筋膠讓鋼筋與混凝土的力量互相傳遞，以達到鋼筋錨定與伸展的效果。植筋品質好壞，攸關混凝土與植入鋼筋是否緊密黏結，是否能讓鋼筋與混凝土的力量互相傳遞，以及植入鋼筋是否可發揮設計強度。故而植筋後需進行拉拔試驗以確認植筋品質，或立即調整植筋長度。植筋拉拔試驗之破壞類型主要可分為以下五種。

1.鋼筋拉斷：若植筋膠效果良好，植筋孔清孔做得確實，且植筋周邊混凝土強度足夠時，植筋之強度可呈現出完整的應力應變歷程，即鋼筋可越過應變硬化到達拉斷，如照片1所示。

2.植筋膠與混凝土介面破壞：若植筋膠效果不良，或植筋孔清孔做得確實，在植筋膠與混凝土介面形成弱面，造成鋼筋受力後循著與混凝土介面脫離，如照片2所示，通常此種破壞亦可能發生於植筋孔積水或潮濕時。

3.植筋周邊混凝土錐形破壞：若植筋膠效果良好，植筋孔清孔做得確實，但植筋周邊混凝土強度相對較弱時，則在植筋周邊混凝土發生錐形破壞，於混凝土表面呈現一個大圓破壞面，如照片3所示。

4.部分長度為植筋膠與混凝土介面破壞，部分長度為植筋周邊混凝土錐形破壞：此種破壞常呈現植筋段之底部為植筋膠與混凝土介面破壞，而植筋段之上部為周邊混凝土錐形破壞，如照片4所示。此種破壞常發生於向下植筋時，由於植筋孔內之灰屑較難清除，亦或為混凝土表面已乾燥，但內部仍為飽和潮濕狀態所致。

5.無破壞：通常植筋拉拔試驗以鋼筋設計降伏強度之1.25倍或1.0倍為合格標準，實用鋼筋之降伏強度通常較設計降伏強度高出許多，若植筋膠效果良好，植筋孔清孔做得確實，且植筋周邊混凝土強度足夠時，植筋拉拔試驗進行至合格標準值時通常沒有上述任一損壞發生。

照片1 鋼筋拉斷		照片2植筋膠與混凝土介面破壞
照片3植筋周邊混凝土錐形破壞		照片4部分介面破壞部分混凝土錐形破壞

植筋試驗規定[1]

國內近年進行許多校舍或橋梁補強工程，這些補強工法乃透過植筋方式，傳遞新舊介面間之應力，使新舊結構物合為一體。國家地震工程研究中心於其「校舍結構耐震評估與補強技術手冊第三版」[1]有植筋試驗規定之建議，以下節錄其相關規定。

承包商應在施工前提出施工計劃書，內容應詳述植筋材料、植筋尺寸、埋設深度、設計力量、安全係數與材料測試報告等詳細技術資料及施工機具、施工方法和步驟、現場拉拔試驗等細節，並附上植筋藥劑技術資料，以及相關工程性質之試驗合格證明及採購證明(或出廠證明)等，供工程司審查，合格後始能施工。為確保植入原結構鋼筋之性能如同預埋鋼筋，應選擇合適之植筋藥劑與埋設深度，使得植入鋼筋受力達降伏狀態時，仍可牢固於原結構之上。

有關拉拔試驗之規定如下。

1.施工前拉拔試驗

  依設計之埋深以同尺寸鋼筋材料，鋼筋以為拉力在工地試作3支，並記錄孔深、使用藥劑廠牌、型號作為日後施作品管之依據。若出現有任何一支不合格，試驗視同失敗，施工廠商須變更植筋埋入深度，或植筋藥劑等改善措施，重新試作三支，直到合格為止。

2.施工後安裝品質試驗

測試拉力為，每種尺寸100 支抽驗1 支。測試過程中若出現失敗樣本，則同一批植筋改作25%比例進行安全測試，若全部合格，則該批植筋視合格，原有之失敗植筋由承包商無償補做；若25%之樣本中有任一支不合格，則該批植筋應全部測試，若出現有任何不合格，植筋視同失效，後續依監造單位指示辦理補救措施。

3.試驗設備

植筋之拉拔試驗設備包括油壓千斤頂、手動幫浦、校正報告、鋼筋夾片。其中油壓千斤頂及手動幫浦須經國家標準局認證通過之檢驗單位校正，並檢附有效校正期限為一年內之校正報告。

4.試驗步驟

（1）確定試驗鋼筋周圍平面平坦且與植筋垂直(正交)，將腳座及夾具固定於受測樣本上。

（2）套入千斤頂。測試時須裝置腳座以符合 ASTM E488[2]之裝置規定，於施工後安裝品質試驗時，若裝置腳座有困難時，工程司得依現場環境調整腳座安裝方式。

（3）將手動幫浦油壓管接上千斤頂，並旋緊閥門。

（4）確定油壓表歸零後由手動幫浦徐徐加壓，直到試驗拉力。

（5）記錄並拍照存證後打開閥門，解除拉力，試驗完成。

植筋試拉拔試驗常見問題

目前國內對於植筋拉拔試驗符合TAF認證之合格檢驗單位極少，施工主管單位均開放未具TAF合格認證之品檢單位執行植筋檢驗。不同檢驗單位提供之試驗布置及試驗方式差異性很大，於現地實驗時常見之施作疑義包含有。

1.   以相同直徑之螺桿取代鋼筋植入混凝土，進行植筋之試拉拔試驗如照片5所示。

2.   千斤頂直接支承於混凝土面上如照片6所示。

3.   千斤頂雖以腳座支承於混凝土面上，惟其腳座之底面承於混凝土面很小如照片7所示。

照片5以相同直徑之螺桿取代鋼筋進行式拉拔試驗		照片6千斤頂直接支承於混凝土面上
照片7千斤頂以腳座支承於混凝土面上

上述施作疑義可能衍生之問題如下。

1.   以相同直徑之螺桿取代鋼筋植入混凝土，進行植筋之試拉拔試驗，因螺桿周身與實際植入之鋼筋不同，亦即握裹力不同。此種是拉拔試驗無法真實反應實際植入之鋼筋與植筋膠之膠結能力，亦無法反應原植筋設計深度是否足夠。

2.   千斤頂底座直接支承於混凝土面上，當混凝土與植筋膠界面間之黏結力足夠時，將發生混凝土的錐形破壞，但千斤頂底座支承於混凝土面上之壓力增強混凝土強度，使混凝土的錐形破壞無法發生。

3.   千斤頂雖以腳座支承於混凝土面上，惟其支柱之底面承於混凝土面很小，其與混凝土接觸面因混凝土表面凹凸明顯而顯得更小。而鋼筋之降伏強度約為常用混凝土強度之20倍以上，若要達到之設計目標，支柱之底面與混凝土接觸面積須超過鋼筋面積之25倍，照片7明顯不足，此將導致支承面混凝土壓碎無法進行至試驗值。一可行之試驗腳座案例如照片8所示。

圖8 可行之試驗腳座案例

結論與建議

植筋試驗用來反應設計植筋深度用於現場時是否足夠，在拉拔試驗時，若試驗強度無法達到設計要求，設計者可立即進行變更設計，以使補強效果得以充分發揮，惟前述植筋試驗常見問題3項現場施工之疑義研判將有可能使植筋試驗無法獲得實際之植筋效果，本文有以下之建議。

1.   試拉拔試驗時應採用實際鋼筋進行，以符設計條件。

2.   千斤頂底座不可直接支承於混凝土面上，應設計足以讓混凝土錐形破壞發生之轉接腳座。

3.   千斤頂之轉接腳座之底座面積應大到足以使混凝土得以承受試驗目標(例如1.25fy)時千斤頂之壓力。

4.   主管或監造單位應要求植筋試驗應出具認證報告，以確保現場植筋工程品質能符合設計要求。

參考文獻

1.蕭輔沛、鍾立來 、葉勇凱 、簡文郁 *沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、翁樸文、楊耀昇、褚有倫、涂耀賢、柴駿甫、黃世建（2013）。校舍結構耐震評估與補強技術手冊 第三版。技術報告NCREE-13-023，國家地震工程研究中心，台北。

2. ASTM E488 / E488M（2010）. Standard Test Methods for Strength of Anchors in Concrete Elements ASTM Committee.