吳 順

(山西運城路橋有限責(zé)任公司，山西 運城 044000)

隨著我國交通強國戰(zhàn)略的實施，我國的交通基礎(chǔ)設(shè)施也處于不斷完善中。公路在跨越河流溝谷等障礙物時需要修筑橋涵構(gòu)造物，為了縮短施工工期，提高施工質(zhì)量，大量裝配式混凝土墩柱應(yīng)用于公路橋梁工程中。對于橋梁墩柱而言其高度從幾米到幾十米不等，在預(yù)制較高墩柱混凝土結(jié)構(gòu)時為了施工方便和保證施工質(zhì)量往往需要將結(jié)構(gòu)沿高度方向分成若干段，各個段落間鋼筋通過灌漿套筒連接在一起并澆筑接頭處混凝土。在實際工程中各個預(yù)制塊在施工現(xiàn)場的吊裝及拼裝組合一直是此類結(jié)構(gòu)物的施工控制重點和難點，廣大工程人員和研究人員對此做了大量研究探索，中國建筑科學(xué)研究院研究利用坐標(biāo)定位法研究了鋼套筒位置和鋼筋位置，提高了施工控制精度[1-3]；張富文[4]等以工程實例為依托研究了裝配式混凝土柱和剪力墻結(jié)構(gòu)的連接，給出了不同結(jié)構(gòu)間連接的施工步驟和質(zhì)量控制措施；劉志豪[5]研究了灌漿套筒連接下鋼筋的受力機理；鄭清林[6]等研究了適用于灌漿套筒的鋼筋連接質(zhì)量檢驗方法，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量提高措施。本文從灌漿套筒接頭連接機理角度和加載實驗的方法分析了其力學(xué)原理，并從施工質(zhì)量控制出發(fā)論述了接頭施工注意事項，最后結(jié)合工程實例驗證了其質(zhì)量控制的合理性，本文對裝配式混凝土橋墩的灌漿套筒連接施工具有一定的指導(dǎo)意義。

1 灌漿套筒連接機理及接頭力學(xué)性能實驗分析

按照灌漿套筒內(nèi)鋼筋數(shù)量，灌漿套筒分為全灌漿鋼筋套筒和半灌漿鋼筋套筒2種[7]，分別示意如圖1、圖2所示。

全灌漿鋼筋套筒連接技術(shù)是將被連接的2根鋼筋均插入套筒內(nèi)部，然后在套筒空洞內(nèi)注入高強微膨脹水泥砂漿，使鋼筋、套筒及水泥砂漿連成一個整體共同受力。

半灌漿鋼筋套筒是在一根鋼筋端填充高強砂漿材料，另一端采用鋼筋和套筒間的螺紋機械咬合，鋼筋和套筒間存在2種連接方式。

圖1 全灌漿鋼筋套筒

圖2 半灌漿鋼筋套筒

灌漿套筒連接方式作為一種新型的鋼筋連接方式雖然在工程中已經(jīng)有所應(yīng)用，但目前對其材料性能和靜載實驗的研究仍然較少，為了研究其在實際工作中的力學(xué)性能，本文對其材料和靜載性能進(jìn)行了實驗研究。目前在橋梁墩柱中常用全灌漿鋼筋套筒連接方式，因此本次實驗所用指的灌漿套筒均為全灌漿鋼筋套筒。

鋼套筒加工制作中常用鑄造或者機械加工方法[8]，2種制作方法對套筒的尺寸精度要求各不相同，其具體要求見表1，此外鋼套筒的材料性能應(yīng)符合國家相關(guān)規(guī)范要求。

表1 套筒尺寸性能Table1 Sizeperformanceofsleevemm項目鑄造加工機械加工長度允許偏差2.02.0外徑允許偏差1.50.8壁厚允許偏差1.20.8錨固段環(huán)形突起部分的內(nèi)徑允許偏差1.51.0錨固段環(huán)形突起部分的內(nèi)徑最小尺寸與鋼筋公稱直徑差值≥10≥10

灌漿套筒中混凝土砂漿的的作用是加強套筒和鋼筋間的連接，使三者結(jié)合成一個整體共同受力，因此砂漿材料的性能直接影響了三者的連接，實驗中砂漿技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 砂漿性能指標(biāo)Table2 Sizeperformanceofsleeve項目范圍4.75mm方孔篩篩余/%≤2.0初凝時間/min≥120泌水率/%≤1.030min流動度保留值/mm≥23028d抗壓強度/MPa≥70.0豎向膨脹率/%≥4.0

鋼筋在混凝土橋墩結(jié)構(gòu)中主要受到軸向壓力作用，對于帶接頭的受力鋼筋而言，其受拉性能與受壓性能相比差異性較小，為了方便實驗操作本文對灌漿套筒鋼筋進(jìn)行了拉伸實驗。實驗中鋼筋為直徑25 mm的HRB400鋼筋，實驗用鋼套筒為相關(guān)生產(chǎn)廠家批量生產(chǎn)產(chǎn)品，具有質(zhì)量合格證書，套筒內(nèi)徑40 mm，長度400 mm，外觀如圖3所示。灌漿材料按上述標(biāo)準(zhǔn)配置。實驗中套筒的應(yīng)力是根據(jù)應(yīng)變計算得出，因此實驗中在套筒端部、1/4處及1/2處設(shè)置了如圖4所示的應(yīng)變片，以觀察套筒的變形情況。

圖3 實驗用鋼套筒

圖4 套筒外應(yīng)變片粘貼示意

根據(jù)實驗結(jié)果繪制了鋼筋應(yīng)力與鋼套筒應(yīng)力變化關(guān)系曲線，曲線如圖5所示。

圖5 鋼筋應(yīng)力與鋼套筒應(yīng)力曲線

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著鋼筋應(yīng)力的增加即構(gòu)件拉力的增加，鋼套筒的應(yīng)力也隨之增加，且在拉力作用下鋼套筒1/2位置處拉應(yīng)力比其他部位大，最大拉應(yīng)力為254 MPa，1/4處最大拉應(yīng)力為169 MPa，端部最大拉應(yīng)力為73 MPa。當(dāng)鋼筋應(yīng)力達(dá)到550 MPa后，鋼套筒的應(yīng)力極限狀態(tài)，此后套筒塑性變形繼續(xù)增大，并出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，套筒破壞。

從上述實驗結(jié)果來看，在實際灌漿套筒施工中要根據(jù)連接鋼筋的屈服強度和材料性能選擇合適的套筒型號。

2 施工質(zhì)量控制及工程案例分析

2.1 施工質(zhì)量控制

灌漿質(zhì)量控制方法按照施工程序分為施工前準(zhǔn)備、灌漿及質(zhì)量檢查三步。施工前準(zhǔn)備是保證施工質(zhì)量的前提條件，灌漿過程控制是保證灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，質(zhì)量檢查是保證施工質(zhì)量的補充手段。

a.施工前準(zhǔn)備。

灌漿套筒的施工是裝配式橋墩預(yù)制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此施工前要做好施工前相關(guān)準(zhǔn)備工作。施工前要檢查鋼筋型號、長度及位置等鋼筋參數(shù)，此外要檢查套筒腔內(nèi)是否有異物，灌漿孔和溢漿孔是否通暢，孔口與套筒連接是否牢靠，待一切檢查完畢符合規(guī)范要求后進(jìn)行下一步工序施工[9]。

b.灌漿。

正式灌漿作業(yè)前要清理構(gòu)件與灌漿材料的接觸面，并保持接觸面適當(dāng)濕潤，灌漿前要保證灌漿材料的流動性及強度，在材料使用前應(yīng)先進(jìn)性相關(guān)檢查及檢測工作，符合相關(guān)規(guī)范要求后方可使用，單個預(yù)制構(gòu)件灌漿過程從砂漿材料攪拌至灌漿完成應(yīng)在20 min內(nèi)完成[10]，單個套筒灌漿宜一次完成，漿液從注漿孔注入直至出漿孔有漿液流出方可停止注漿，并封堵孔洞。注漿過程中因不可抗力因素造成中途停歇的，停歇時間超過10 min及以上的再次注漿前要清洗注漿泵防止?jié){液凝固，注漿完成后對注漿泵徹底清洗。

c.質(zhì)量檢查。

灌漿套筒連接是鋼筋和套筒間及混凝土砂漿和套筒間的混合連接方式，其受力機理復(fù)雜[11]，尤其是漿液的飽滿度直接影響了連接的質(zhì)量，因此灌漿完成后對灌漿質(zhì)量的檢查是十分必要的。目前推薦的方法有超聲波檢測及其他無損檢查方法，但無損檢測技術(shù)在實際操作中由于人員及研究的局限測量結(jié)果與實際結(jié)果間往往存在較大誤差[12]，使檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。因此常用原位取樣方法檢測預(yù)制構(gòu)件的施工質(zhì)量。原位取樣前要事先標(biāo)注套筒位置，完成后按照標(biāo)注位置鑿除表面混凝土直至漏出套筒，鑿除混凝土過程中要采取保護(hù)措施防止對結(jié)構(gòu)物造成其他破壞，取出套筒及其附件范圍內(nèi)一定長度鋼筋進(jìn)行抗拉實驗，鑿除后的結(jié)構(gòu)物鋼筋采用焊接連接，并及時澆筑細(xì)石混凝土，并加強養(yǎng)護(hù)。對于原位取樣結(jié)果不滿足要求的灌漿套筒，要對相應(yīng)構(gòu)造物套筒逐個進(jìn)行灌漿飽滿度檢查，對飽滿度不滿足要求的套筒要采取補漿加固措施。

2.2 施工案例分析

南寧市某高架橋是其繞城高速跨越下方城市次干路的一座大橋，橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩為C40混凝土方形墩，典型截面尺寸為2.1 m×5.8 m，為了縮短施工工期，加快施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，本工程中采用預(yù)制拼裝技術(shù)，如圖6所示為橋墩部分預(yù)制圖。

圖6 橋墩預(yù)制

本工程受力主筋為直徑25 mm的HRB400鋼筋，受施工條件限制，鋼筋接頭采用鋼套筒連接，其連接方式如圖7所示。施工中套筒從專門生產(chǎn)廠家購買，其質(zhì)量合格證書等材料齊全，套筒內(nèi)徑40 mm，長度400 mm，按照其連接方式屬于全灌漿鋼筋套筒。

圖7 鋼套筒連接

混凝土澆筑完成后對套筒灌漿，本工程灌漿采用電動注漿方法，其過程示意如圖8所示。電動注漿壓力容易控制，施工質(zhì)量高。灌漿過程中緊密觀察出漿口的漿液變化情況，嚴(yán)格控制灌漿時間和壓力，灌漿完成后對灌漿效果及時檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時補充灌漿。

圖8 套筒電動注漿

3 結(jié)論

裝配式鋼筋混凝土橋墩技術(shù)施工質(zhì)量高，能夠大大減少施工工期，降低施工對交通及環(huán)境的影響，由于橋墩結(jié)構(gòu)體積大，構(gòu)件高度相比其他構(gòu)件高，因此在預(yù)制過程中需要分節(jié)塊，不同節(jié)塊間鋼筋需要灌漿套筒連接在一起，本文從理論和實驗兩方面分析了灌漿套筒的受力機理，并論述了其施工質(zhì)量控制措施，并將這些措施應(yīng)用于實際工程案例中，通過本文研究主要得出了以下結(jié)論：

a.按照其連接方式灌漿套筒分為全灌漿鋼筋套筒連接和半灌漿鋼筋套筒連接，對全灌漿套筒的拉伸實驗中發(fā)現(xiàn)套筒的拉應(yīng)力水值要低于所連接的鋼筋，且從套筒中部至端部其拉應(yīng)力逐漸降低。

b.灌漿套筒的施工質(zhì)量控制是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工分為準(zhǔn)備工作、灌漿工作和質(zhì)量檢查工作，施工前準(zhǔn)備是保證施工質(zhì)量的前提條件，灌漿過程控制是保證灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，質(zhì)量檢查是保證施工質(zhì)量的補充手段，每道工序都有其特點和施工關(guān)鍵因素，施工中要嚴(yán)格把控。

c.以南寧市繞城高速某高架橋為例具體分析了其灌漿套筒裝配式橋墩的施工技術(shù)，從施工效果看，本文提出的施工質(zhì)量控制措施能有效保障灌漿質(zhì)量。