肖 順，李向民，許清風(fēng)

(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200032)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)持續(xù)推進(jìn)建筑工業(yè)化與住宅產(chǎn)業(yè)化，并積極鼓勵(lì)裝配式建筑的發(fā)展[1-2]，其中裝配式混凝土結(jié)構(gòu)得到了大力推廣。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由預(yù)制構(gòu)件連接而成，而鋼筋的連接方式包括套筒灌漿連接、漿錨搭接連接與機(jī)械連接等，其中套筒灌漿連接在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛。

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是由美國(guó)國(guó)家工程院院士YEE A A[3]于1968年發(fā)明的，并被首次成功應(yīng)用于夏威夷38層Ala Moana酒店的全預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)中，引起了工程界轟動(dòng)[4]。日本于1972年引進(jìn)并改良了該技術(shù)，采用該技術(shù)建造的建筑表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗震性能[5]。2007年我國(guó)北京萬(wàn)科最先從日本引進(jìn)了該技術(shù)[6]，隨后該技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的研究與應(yīng)用[7-12]，并已被納入相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[13-18]中。

裝配式建筑在地震作用下的破壞通常集中于連接部位，套筒灌漿連接的可靠性對(duì)裝配式建筑的整體安全性影響重大，因此應(yīng)對(duì)套筒灌漿連接的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控。發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑工業(yè)化起步較早，并于第二次世界大戰(zhàn)之后興盛起來(lái)，以應(yīng)對(duì)戰(zhàn)后房荒與勞動(dòng)力緊缺的難題。然而，國(guó)外鮮有關(guān)于套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)的文獻(xiàn)報(bào)道，發(fā)達(dá)國(guó)家的裝配式建筑主要依靠工人系統(tǒng)培訓(xùn)、合理工法與有效管理來(lái)保證套筒灌漿質(zhì)量。近年來(lái)我國(guó)裝配式建筑發(fā)展迅速但發(fā)展時(shí)間短，存在工廠制作精度不高、現(xiàn)場(chǎng)人員培訓(xùn)不足、監(jiān)管不到位等現(xiàn)象，實(shí)際工程中套筒灌漿出現(xiàn)了一些質(zhì)量問(wèn)題，因此亟需實(shí)用的檢測(cè)手段對(duì)套筒灌漿質(zhì)量進(jìn)行有效檢測(cè)，并研發(fā)適用的套筒灌漿缺陷整治技術(shù)以恢復(fù)灌漿套筒的結(jié)構(gòu)性能。

針對(duì)套筒灌漿連接的質(zhì)量管控問(wèn)題，學(xué)術(shù)界與工程界提出了許多無(wú)損與微損檢測(cè)技術(shù)可供使用，如預(yù)埋元件法、X射線法、機(jī)械波法、電路法、成孔法、取樣法等，其中一些方法已被納入相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中。上海市工程建設(shè)規(guī)范《裝配整體式混凝土建筑檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ 08-2252—2018)[19]已吸收了預(yù)埋傳感器法、預(yù)埋鋼絲拉拔法、X射線膠片成像法；安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(DB34/T 5072—2017)[20]已吸收了預(yù)埋傳感器法、沖擊回波法；山東省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/T 5106—2018)[21]已吸收了預(yù)埋傳感器法、超聲斷層層析成像法。

本文首先對(duì)這些檢測(cè)方法的原理、特點(diǎn)、研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，對(duì)各種檢測(cè)方法做出比選，并對(duì)后續(xù)研究方向進(jìn)行展望，以期為實(shí)際工程中套筒灌漿連接的質(zhì)量管控與性能恢復(fù)提供參考與指導(dǎo)。

1 套筒灌漿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

目前，在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿質(zhì)量管控方面，學(xué)術(shù)界與工程界提出了許多無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可供使用，主要包括預(yù)埋元件法、X射線法、機(jī)械波法與電路法等四大類。

1.1 預(yù)埋元件法

預(yù)埋元件法是在試件內(nèi)預(yù)埋檢測(cè)元件對(duì)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行檢測(cè)，包括預(yù)埋傳感器法與預(yù)埋鋼絲拉拔法。

1.1.1 預(yù)埋傳感器法

預(yù)埋傳感器法的原理是：灌漿前在套筒出漿孔預(yù)埋阻尼振動(dòng)傳感器(圖1)，在灌漿過(guò)程中和灌漿料初凝前實(shí)時(shí)測(cè)量振動(dòng)能量值。通過(guò)能量值的衰減情況來(lái)實(shí)時(shí)判斷傳感器是否被灌漿料包裹，從而確定套筒灌漿是否飽滿。如發(fā)現(xiàn)不飽滿情況，可立即進(jìn)行補(bǔ)灌，達(dá)到灌漿質(zhì)量管控的目的。該方法又稱為阻尼振動(dòng)法。阻尼振動(dòng)傳感器可在激勵(lì)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生振動(dòng)，其振幅因阻力而隨時(shí)間衰減[22]。當(dāng)傳感器周圍的介質(zhì)分別為空氣、水、灌漿料時(shí)，阻尼系數(shù)依次增大，傳感器振幅的衰減速率不斷增加。

圖1 阻尼振動(dòng)傳感器

LI X M等[23]采用預(yù)埋傳感器法在實(shí)驗(yàn)室與實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行了檢測(cè)研究，并給出了灌漿飽滿度的判別標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)振動(dòng)能量值不大于100時(shí)，判定為Ⅰ類，灌漿飽滿；振動(dòng)能量值介于100～150之間時(shí)，判定為Ⅱ類，灌漿基本飽滿；振動(dòng)能量值大于150時(shí)，判定為Ⅲ類，灌漿不飽滿。一般情況下，Ⅰ類、Ⅱ類情況不需處理，而Ⅲ類情況需要進(jìn)行補(bǔ)灌。

崔瓏等[24]采用預(yù)埋傳感器法對(duì)實(shí)際工程的預(yù)制混凝土剪力墻內(nèi)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)預(yù)埋傳感器不僅可用于初次灌漿時(shí)的檢測(cè)，還可用于漏漿后再次補(bǔ)灌時(shí)的檢測(cè)。

采用預(yù)埋傳感器法，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)出灌漿不飽滿時(shí)，可立即進(jìn)行補(bǔ)灌，從而實(shí)現(xiàn)灌漿質(zhì)量的事中有效管控。目前，該方法已納入上海市、安徽省與山東省的地方標(biāo)準(zhǔn)[19-21]中。

1.1.2 預(yù)埋鋼絲拉拔法

預(yù)埋鋼絲拉拔法的原理是：灌漿前在套筒出漿孔預(yù)埋高強(qiáng)鋼絲，待灌漿料灌注并養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后，對(duì)預(yù)埋鋼絲進(jìn)行拉拔，通過(guò)拉拔荷載值來(lái)判斷灌漿飽滿程度。高潤(rùn)東等[25-26]采用預(yù)埋鋼絲拉拔法對(duì)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)研究，驗(yàn)證了該方法的可行性，并建議高強(qiáng)鋼絲直徑取5mm，錨固長(zhǎng)度取30mm，灌漿料養(yǎng)護(hù)齡期選擇3d，鋼絲長(zhǎng)度酌情確定。預(yù)埋鋼絲拉拔法常常與內(nèi)窺鏡法結(jié)合使用，以提高套筒灌漿缺陷判別的準(zhǔn)確性。

在預(yù)埋鋼絲拉拔法研究成果[25]的基礎(chǔ)上，高潤(rùn)東等[27]在套筒出漿孔管道內(nèi)用透明塑料管將鋼絲隔離，使其與灌漿料非接觸，如圖2所示，提出了預(yù)埋非接觸鋼絲拉拔成孔法，并在實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場(chǎng)開展了檢測(cè)試驗(yàn)。與預(yù)埋鋼絲拉拔法相比，該方法取消了鋼絲錨固段，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)拉拔，便于實(shí)施。而且，預(yù)埋非接觸鋼絲拉拔成孔后，可直接借助工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)套筒灌漿飽滿度及缺陷深度等[27]。

圖2 預(yù)埋非接觸鋼絲集成系統(tǒng)[27]

目前，預(yù)埋鋼絲拉拔法已經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的檢驗(yàn)，可對(duì)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行有效檢測(cè)。預(yù)埋的高強(qiáng)鋼絲可重復(fù)使用，且檢測(cè)設(shè)備和高強(qiáng)鋼絲均較易獲得。預(yù)埋鋼絲拉拔法已納入上海市工程建設(shè)規(guī)范《裝配整體式混凝土建筑檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ 08-2252—2018)[19]中。

1.2 X射線法

X射線能夠穿透可見光無(wú)法穿透的物質(zhì)，并具有在物質(zhì)中衰減的特性，X射線法正是基于此開發(fā)的一種無(wú)損檢測(cè)方法。根據(jù)檢測(cè)設(shè)備類型的不同，可分為X射線工業(yè)CT技術(shù)與便攜式X射線技術(shù)。

1.2.1 X射線工業(yè)CT技術(shù)

工業(yè)CT(Computed Tomography)技術(shù)即工業(yè)用計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)，能夠以二維斷層或三維立體圖像的形式檢測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是目前最佳的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。X射線工業(yè)CT技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：1)基本不受材料種類、外形、表面狀況的影響；2)結(jié)果直觀，以圖像灰度來(lái)分辨內(nèi)部結(jié)構(gòu)及缺陷情況，并可得到三維圖像；3)圖像清晰、對(duì)比度高[28-31]。

高潤(rùn)東等[32]率先在實(shí)驗(yàn)室將X射線工業(yè)CT技術(shù)應(yīng)用于套筒灌漿密實(shí)度的檢測(cè)，對(duì)測(cè)試試件進(jìn)行了豎向與橫向斷層掃描、數(shù)字成像(Digital Radiography，DR)透視，檢測(cè)結(jié)果見圖3(圖中套筒內(nèi)灰色區(qū)域表示灌漿區(qū)域、黑色區(qū)域表示未灌漿區(qū)域，套筒外灰色區(qū)域表示混凝土)。肖楊等[33-34]與陶里等[35]也分別采用X射線工業(yè)CT技術(shù)研究了單獨(dú)套筒的灌漿缺陷分布規(guī)律，研究結(jié)果[32-35]表明，X射線工業(yè)CT技術(shù)可明確區(qū)分出套筒內(nèi)灌漿區(qū)域和未灌漿區(qū)域；該方法可排除鋼筋、套筒外壁、混凝土等的遮擋，對(duì)雙排套筒布置等復(fù)雜情形也有效；該方法能夠清晰顯示套筒內(nèi)的灌漿缺陷。

圖3 X射線工業(yè)CT技術(shù)檢測(cè)結(jié)果[32]

目前，X射線工業(yè)CT技術(shù)已實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室套筒灌漿質(zhì)量的有效檢測(cè)。但由于X射線工業(yè)CT檢測(cè)設(shè)備過(guò)于龐大且放射性非常高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，這極大地限制了該方法的應(yīng)用[36]。

1.2.2 便攜式X射線技術(shù)

由于X射線工業(yè)CT技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，上海市建筑科學(xué)研究院有限公司又開展了便攜式X射線技術(shù)檢測(cè)套筒灌漿密實(shí)度的試驗(yàn)研究[36-39]。便攜式X射線技術(shù)無(wú)需預(yù)埋元件，具有便攜性，可用于工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。根據(jù)后期圖像處理方式的不同，便攜式X射線技術(shù)又可細(xì)分為X射線膠片成像法、X射線計(jì)算機(jī)成像(Computed Radiography，CR)法、X射線數(shù)字成像(DR)法。

張富文等[36]采用便攜式X射線膠片成像法對(duì)200mm厚預(yù)制剪力墻的套筒灌漿密實(shí)度開展了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)與實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。結(jié)果表明，對(duì)于單排居中或梅花形布置的套筒，便攜式X射線膠片成像法都能對(duì)套筒灌漿缺陷做出明確判定。郭輝等[40]研究發(fā)現(xiàn)便攜式X射線膠片成像法對(duì)厚度超過(guò)230mm墻體內(nèi)的套筒灌漿缺陷無(wú)法進(jìn)行有效檢測(cè)。

X射線膠片成像法成像較模糊，且需要后期洗片，效率較低[36]。計(jì)算機(jī)成像法(CR法)屬于間接二次成像(IP成像板→潛像形成→掃描讀取→圖像輸出)，成像環(huán)節(jié)較多，部分有用信息丟失，信噪比降低，成像有些模糊。而數(shù)字成像法(DR法)屬于直接成像(平板探測(cè)器→圖像輸出)，成像環(huán)節(jié)少，有用信息損失少，信噪比高，圖像清晰度高[37]。李向民等[37]采用X射線數(shù)字成像法對(duì)預(yù)制剪力墻套筒灌漿質(zhì)量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和工程現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，結(jié)果表明，X射線數(shù)字成像法對(duì)預(yù)制剪力墻內(nèi)單排居中或梅花形布置套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)較為有效，而對(duì)雙排對(duì)稱布置的套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)時(shí)應(yīng)輔以破損法；X射線數(shù)字成像法比X射線膠片成像法、X射線計(jì)算機(jī)成像法都更為清晰。另外，王卓琳等[38]通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了X射線數(shù)字成像法在漿錨搭接灌漿密實(shí)度檢測(cè)方面的有效性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)X射線數(shù)字成像法優(yōu)于X射線膠片成像法和X射線計(jì)算機(jī)成像法。

由于鋼筋套筒連接構(gòu)造復(fù)雜，X射線數(shù)字成像法的成像清晰度有待進(jìn)一步提高；并且通過(guò)肉眼對(duì)圖像進(jìn)行定性判斷，受主觀因素影響較大，需要建立檢測(cè)結(jié)果的定量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[39]。高潤(rùn)東等[39]在實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，提出了基于X射線圖像灰度變化的套筒灌漿缺陷識(shí)別方法，該方法不僅提高了X射線數(shù)字成像法的成像清晰度，而且采用灌漿區(qū)歸一化灰度值實(shí)現(xiàn)了圖像的定量識(shí)別，并可在套筒全長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)灰度分析，如圖4所示。當(dāng)灌漿區(qū)歸一化灰度值不大于0.65時(shí)，可判定灌漿飽滿；當(dāng)灌漿區(qū)歸一化灰度值不小于0.85時(shí)，可判定灌漿不飽滿(即存在灌漿缺陷)；當(dāng)灌漿區(qū)歸一化灰度值介于0.65 ～ 0.85之間時(shí)，需要專門分析或結(jié)合其他檢測(cè)方法判定。

圖4 X射線數(shù)字成像法檢測(cè)分析結(jié)果

目前，關(guān)于便攜式X射線技術(shù)在套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用的研究已較為充分，并且該方法在實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)中都得到了很好的驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，該方法已發(fā)展得較為成熟有效。但是，該方法具有一定輻射，現(xiàn)場(chǎng)必須做好安全保護(hù)措施。

1.3 機(jī)械波法

機(jī)械波法是以機(jī)械波的傳播為根本而開發(fā)的一類無(wú)損檢測(cè)方法，主要有沖擊回波法、反射波法、超聲波法與聲發(fā)射法等。

1.3.1 沖擊回波法

沖擊回波法(Impact Echo Method，簡(jiǎn)稱IE法)最初由美國(guó)康奈爾大學(xué)以及美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)于20世紀(jì)80年代共同提出，基于應(yīng)力波的傳播受固體介質(zhì)特性影響的原理，被用于混凝土的內(nèi)部缺陷檢測(cè)[41]，并于2000年被美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)確定為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[42]。沖擊回波法是利用激振錘在被測(cè)構(gòu)件的混凝土表面擊打，通過(guò)感應(yīng)器接收到的頻譜信息來(lái)分析混凝土內(nèi)缺陷情況。該方法可彌補(bǔ)超聲波法兩面布設(shè)換能器的不足[43]，并具有能量大、穿透力強(qiáng)、卓越頻率分布廣、現(xiàn)場(chǎng)操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域[44]。目前沖擊回波法多用于厚大結(jié)構(gòu)混凝土、預(yù)應(yīng)力孔道灌漿與鋼管混凝土等的密實(shí)性質(zhì)量檢測(cè)中，國(guó)內(nèi)外對(duì)此開展了大量的試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用，并取得了不錯(cuò)的效果[43,45-53]。

劉輝等[54]采用沖擊回波等效波速法(Impact Echo Equivalent Velocity Method，簡(jiǎn)稱IEEV法)對(duì)套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，該方法的基本原理是：在套筒正上方沿縱向連續(xù)激振，應(yīng)力波經(jīng)過(guò)套筒內(nèi)非密實(shí)區(qū)時(shí)將發(fā)生繞行，反射回來(lái)的用時(shí)變長(zhǎng)，如圖5所示，以此來(lái)判別套筒灌漿的密實(shí)區(qū)與非密實(shí)區(qū)。劉志豪[55]采用沖擊回波法對(duì)套筒灌漿缺陷開展了室內(nèi)試驗(yàn)研究與工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

圖5 IEEV法檢測(cè)套筒灌漿密實(shí)度原理示意圖[54]

研究結(jié)果[54-55]表明，對(duì)于鋼筋套筒居中布置的試件，分布鋼筋的存在對(duì)套筒灌漿密實(shí)度的定性判斷沒有影響，但會(huì)導(dǎo)致定量結(jié)果產(chǎn)生誤差；對(duì)于鋼筋套筒雙排布置的試件，沖擊回波法甚至無(wú)法定性判斷灌漿密實(shí)區(qū)與非密實(shí)區(qū)。目前，采用沖擊回波法檢測(cè)套筒灌漿密實(shí)度具有一定的可行性，但仍需進(jìn)一步改進(jìn)檢測(cè)方式和檢測(cè)設(shè)備，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.3.2 反射波法

反射波法的原理和沖擊回波法類似，常用于基樁完整性檢測(cè)[56]。該方法的基本原理是：在樁頂錘擊激發(fā)出應(yīng)力波，由于樁身缺陷會(huì)引起波阻抗(即基樁對(duì)動(dòng)量傳遞的抵抗能力)的變化，當(dāng)應(yīng)力波沿樁身向下傳播至波阻抗變化的截面時(shí)就會(huì)反射，這將同時(shí)引起波形時(shí)域信號(hào)與頻譜成分的改變。對(duì)反射回來(lái)的應(yīng)力波信號(hào)進(jìn)行處理分析，就可以識(shí)別出基樁的損傷狀態(tài)[57-58]。由此可知，該方法的關(guān)鍵在于應(yīng)力波信號(hào)的處理方法。

一些學(xué)者[57,59-64]為了檢測(cè)基樁的缺陷，通過(guò)數(shù)值模擬得到大量含有不同缺陷基樁的響應(yīng)時(shí)程曲線，利用小波分析對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行分解，得到特征值與特征向量，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)提供大量訓(xùn)練樣本，同時(shí)建立特征向量與基樁缺陷水平之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于小波分析的時(shí)頻域分析屬性與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射特性，該方法可實(shí)現(xiàn)基樁缺陷的智能化識(shí)別，避免人為主觀因素的干擾。

韓笑等[65]從基樁缺陷檢測(cè)中受到啟發(fā)，將反射波法用于預(yù)制柱套筒灌漿缺陷檢測(cè)，建立了有限元模型以獲得不同損傷下的訓(xùn)練樣本，采用Sym8小波對(duì)預(yù)制柱的加速度時(shí)程曲線進(jìn)行分解，并通過(guò)BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起特征向量和預(yù)制柱套筒連接段等效彈塑性損傷的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

反射波法可實(shí)現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)的套筒灌漿缺陷的智能化識(shí)別，但目前尚缺乏實(shí)際工程應(yīng)用的驗(yàn)證，仍需對(duì)其進(jìn)行深入研究。

1.3.3 超聲波法

根據(jù)費(fèi)馬原理，超聲波沿時(shí)程最短的路徑傳播。當(dāng)結(jié)構(gòu)中存在空穴等缺陷時(shí)，由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，而在鋼材與混凝土中的傳播速度高達(dá)4 000～6 000m/s，故超聲波會(huì)繞過(guò)缺陷區(qū)，沿耗時(shí)最小的路徑傳播[66-68]。因此可基于此原理對(duì)結(jié)構(gòu)中的空穴等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

目前超聲波法在鋼管混凝土質(zhì)量檢測(cè)方面的研究與應(yīng)用均較成熟，并發(fā)展出了首波聲時(shí)法、波形識(shí)別法和首波頻率法[69-74]。其中，首波聲時(shí)是探頭接收到首波(最先到達(dá)的一條超聲波)的聲時(shí)參數(shù)，受外界干擾較小[69]。

由于套筒灌漿連接和鋼管混凝土在形式上有所相似，因此一些學(xué)者嘗試將超聲波法應(yīng)用于套筒灌漿缺陷的檢測(cè)中。聶東來(lái)等[75]采用首波聲時(shí)法對(duì)套筒灌漿密實(shí)性檢測(cè)開展了試驗(yàn)研究，YAN H等[76]對(duì)單獨(dú)套筒與剪力墻中套筒的灌漿密實(shí)度進(jìn)行了超聲波檢測(cè)。研究[75-76]發(fā)現(xiàn)，套筒連接中灌漿缺陷的存在使超聲波的傳播速度與振幅均發(fā)生衰減，而缺陷區(qū)與非缺陷區(qū)的聲速值具有明顯的界限，從而可檢測(cè)出灌漿缺陷的位置；同時(shí)根據(jù)超聲波的聲速值與振幅值可有效區(qū)分灌漿套筒和未灌漿套筒。

還有一些學(xué)者對(duì)超聲波法進(jìn)行了不同改進(jìn)之后，用于套筒灌漿缺陷的檢測(cè)。姜紹飛等[77]從理論上推導(dǎo)了超聲波首波的傳播路徑，提出了基于t分布的超聲波法，并在實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了該方法適用于小樣本抽樣的套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)。LI Z H等[78]提出了一種基于小波包能量的超聲波檢測(cè)方法，對(duì)包裹混凝土的套筒灌漿密實(shí)度開展了試驗(yàn)研究，該方法可有效檢測(cè)出達(dá)到一定尺寸的灌漿缺陷，但仍無(wú)法排除橫向鋼筋的影響。LI D S等[79]采用超聲導(dǎo)波(即經(jīng)介質(zhì)邊界制導(dǎo)傳播的超聲波)法對(duì)套筒灌漿缺陷進(jìn)行了檢測(cè)研究，并提出了能夠反映灌漿缺陷水平的損傷指數(shù)。

目前超聲波法僅適用于單排布置鋼筋套筒灌漿的檢測(cè)，而實(shí)際工程中多采用雙排布置。采用超聲波法需要在試件兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置分別布置發(fā)射與接收換能器，檢測(cè)條件要求較高。另外，超聲波法只能定性分析是否有灌漿缺陷，不能給出缺陷的大小[75,80]?？傊F(xiàn)階段超聲波法仍不能適用于實(shí)際工程中的套筒灌漿缺陷檢測(cè)。

1.3.4 聲發(fā)射法

聲發(fā)射(Acoustic Emission，簡(jiǎn)稱AE)是材料在變形過(guò)程中因能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象[81-83]。聲發(fā)射波來(lái)自被測(cè)物體本身，無(wú)需外部設(shè)備提供，材料的彈性變形、塑性變形、斷裂、損傷等都是聲發(fā)射源。聲發(fā)射波的頻率范圍十分寬廣，從數(shù)赫茲到數(shù)兆赫茲，所以聲發(fā)射法的靈敏度非常高[84]。由于材料的變形或損傷可能很小，其聲發(fā)射信號(hào)很微弱，因此需要先借助傳感器進(jìn)行探測(cè)，再利用放大器進(jìn)一步放大，然后通過(guò)分析系統(tǒng)處理信號(hào)，最終進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估[85]，聲發(fā)射法檢測(cè)的整個(gè)流程如圖6所示[86]。

圖6 聲發(fā)射法檢測(cè)原理圖[86]

聲發(fā)射技術(shù)起始于20世紀(jì)30年代，最初被用于礦山巖石爆破、地質(zhì)工程、航空航天等領(lǐng)域[87]。20世紀(jì)50年代后，學(xué)者們開始研究混凝土材料受力后的聲發(fā)射特性[88-92]。最近20多年，聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于橋梁、大壩等基礎(chǔ)設(shè)施以及建筑結(jié)構(gòu)的檢測(cè)中[92-96]。目前，聲發(fā)射檢測(cè)已成為復(fù)合材料、壓力容器、金屬加工、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的材料損傷識(shí)別與評(píng)估的重要方法[97-98]。

PARKS J等[99]采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)全灌漿套筒與半灌漿套筒的受力破壞模式進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射技術(shù)可用于識(shí)別前者的鋼筋斷裂失效模式與后者的鋼筋拔出失效模式。同時(shí)，對(duì)采用套筒灌漿連接的預(yù)制混凝土柱-基礎(chǔ)和柱-墩帽的受力破壞過(guò)程進(jìn)行了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到了混凝土的裂縫發(fā)展以及柱身的旋轉(zhuǎn)變形。但并未對(duì)套筒灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

聲發(fā)射法具有敏感性高、受構(gòu)件形狀影響小、對(duì)外部環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)；但也存在易受機(jī)電噪聲干擾、具有不可逆性且對(duì)操作人員技術(shù)水平要求高、只能定性分析等不足[100]。目前，還沒有專門針對(duì)套筒灌漿密實(shí)度的聲發(fā)射檢測(cè)的研究與應(yīng)用，需對(duì)其進(jìn)行可行性研究。

1.4 電路法

電路法是利用電路原理而開發(fā)的檢測(cè)方法，包括電阻法與壓電阻抗技術(shù)。

1.4.1 電阻法

套筒內(nèi)灌漿料具有導(dǎo)電性，且其導(dǎo)電性隨著灌漿料水化時(shí)間的增加而下降，電阻法正是利用這一特性來(lái)檢測(cè)套筒灌漿是否飽滿[101]，其檢測(cè)裝置如圖7所示。郭輝等[101]在實(shí)驗(yàn)室采用電阻法對(duì)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行了檢測(cè)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該方法可以對(duì)套筒灌漿飽滿度進(jìn)行有效判別。但是，該方法只能檢測(cè)套筒上部缺陷，并且目前尚處于研究階段，缺乏實(shí)際工程的驗(yàn)證。

圖7 電阻法檢測(cè)裝置[101]

1.4.2 壓電阻抗技術(shù)

壓電材料具有壓電效應(yīng)，即所施加的機(jī)械力與電荷之間存在相關(guān)關(guān)系。將壓電元件置于結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部，可根據(jù)其返回的電信號(hào)來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，這就是壓電阻抗技術(shù)用于結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)與監(jiān)測(cè)的基本原理[102]。20世紀(jì)90年代，LIANG C等[103]最早將壓電阻抗技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，隨后該方法在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別與損傷檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用[104-110]。

陳文龍等[111]采用壓電阻抗技術(shù)對(duì)套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)可根據(jù)電信號(hào)頻譜曲線的諧振頻率和峰值變化對(duì)套筒灌漿密實(shí)度進(jìn)行判斷。但是，該方法目前尚處于研究階段，缺乏實(shí)際工程的檢驗(yàn)。

2 套筒灌漿質(zhì)量微/破損檢測(cè)技術(shù)

盡管研發(fā)了較多的套筒灌漿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，但由于實(shí)際工程中套筒灌漿質(zhì)量問(wèn)題非常復(fù)雜，且部分無(wú)損檢測(cè)技術(shù)需要在灌漿前預(yù)埋相關(guān)的測(cè)試元件，因而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還不能全面有效地檢測(cè)套筒灌漿缺陷。學(xué)術(shù)界與工程界又提出了很多微損和破損檢測(cè)技術(shù)，主要包括成孔法與取樣法等。

2.1 成孔法

成孔法是在套筒出漿孔或套筒壁上形成孔道、成孔后采用內(nèi)窺檢查設(shè)備對(duì)套筒內(nèi)部灌漿情況進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法與鉆孔內(nèi)窺鏡法。

2.1.1 預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法

孫彬等[112]采用預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法在實(shí)驗(yàn)室對(duì)預(yù)制剪力墻套筒灌漿的飽滿度進(jìn)行了檢測(cè)研究，設(shè)計(jì)了一種新型預(yù)成孔裝置，如圖8所示。該裝置由成孔棒及其外側(cè)包裹的熱縮材料、橡膠塞組成。灌漿結(jié)束后將該裝置放入出漿孔，待灌漿料凝固后取出成孔棒即可形成檢測(cè)孔道，再利用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)灌漿飽滿情況及缺陷深度。

圖8 預(yù)成孔裝置[112]

因未灌滿或回流導(dǎo)致的灌漿缺陷一般位于套筒頂部，采用預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)是有效的。但是，若灌漿缺陷位于套筒中部或底部，則該方法就無(wú)法達(dá)到檢測(cè)目的。而且，該方法需要預(yù)先埋置預(yù)成孔裝置，對(duì)于未埋置預(yù)成孔裝置的套筒無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。另外，該方法尚需實(shí)際工程的檢驗(yàn)。

2.1.2 鉆孔內(nèi)窺鏡法

李向民等[113-116]采用鉆孔內(nèi)窺鏡法在實(shí)驗(yàn)室與工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)套筒灌漿飽滿度開展了檢測(cè)研究。鉆孔內(nèi)窺鏡法與預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法的成孔方式不同，鉆孔內(nèi)窺鏡法是在套筒出漿孔或出漿孔與灌漿孔連線任意位置處鉆孔形成檢測(cè)孔道，再利用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)灌漿飽滿度及缺陷深度，檢測(cè)結(jié)果見圖9。

圖9 內(nèi)窺鏡檢測(cè)結(jié)果[113]

李向民等[113]還根據(jù)套筒灌漿缺陷的特征，提出了灌漿飽滿度的計(jì)算公式，可實(shí)現(xiàn)套筒灌漿缺陷的定量評(píng)估。如圖10所示，可采用式(1)計(jì)算灌漿飽滿度。當(dāng)x=0時(shí)，取P=100%，判定灌漿飽滿；當(dāng)P>100%時(shí)，取P=100%，判定灌漿飽滿。

圖10 灌漿飽滿度計(jì)算簡(jiǎn)圖[113]

P=[8d-(x-y)]/(8d)·100%

(1)

式中：P為灌漿飽滿度；8d為套筒內(nèi)鋼筋錨固長(zhǎng)度，其中d為鋼筋公稱直徑；y為錨固長(zhǎng)度最高點(diǎn)相對(duì)于鉆孔孔道底部位置的深度，若錨固長(zhǎng)度最高點(diǎn)低于鉆孔孔道底部位置，則y為正值，否則y為負(fù)值；x為內(nèi)窺鏡所測(cè)得的灌漿缺陷深度。

鉆孔內(nèi)窺鏡法適用于全灌漿套筒和半灌漿套筒內(nèi)灌漿飽滿度的檢測(cè)，結(jié)果清晰直觀。對(duì)套筒連接力學(xué)性能無(wú)明顯不利影響，還可利用檢測(cè)孔道對(duì)灌漿缺陷進(jìn)行補(bǔ)灌修復(fù)，并且已經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的檢驗(yàn)。

該方法最大的優(yōu)勢(shì)在于不需要預(yù)埋檢測(cè)元件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)位置的隨機(jī)抽樣，對(duì)已建成的裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)同樣適用，通過(guò)鋼筋探測(cè)儀探測(cè)出套筒的位置即可進(jìn)行有效檢測(cè)。

2.2 取樣法

取樣法是通過(guò)直接或間接取出試樣的方式來(lái)達(dá)到套筒灌漿檢測(cè)的目的，包括套筒原位取樣法與小直徑芯樣法。

2.2.1 套筒原位取樣法

石磊等[117]與崔瓏等[118]從實(shí)際工程的預(yù)制混凝土剪力墻中抽樣剔鑿出鋼筋套筒灌漿連接接頭，通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行了驗(yàn)證性檢驗(yàn)。由于該方法對(duì)墻體有較大損壞，因此要選擇受力較小的部位進(jìn)行取樣。剔鑿出鋼筋套筒連接接頭后，要立即對(duì)剔鑿位置進(jìn)行修補(bǔ)整治，但修補(bǔ)整治較為復(fù)雜且效果有待檢驗(yàn)。

2.2.2 小直徑芯樣法

套筒與其內(nèi)部的灌漿料都包裹在混凝土中，只在灌漿孔、出漿孔等處與外界相通。灌漿料強(qiáng)度是影響套筒連接性能的重要因素，因此毛詩(shī)洋等[119]參考鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的思路[120]，提出了用于檢測(cè)套筒灌漿料實(shí)體強(qiáng)度的小直徑芯樣法。截取套筒灌漿孔、出漿孔等處硬質(zhì)PVC(Polyvinyl Chloride，聚氯乙烯)管內(nèi)的灌漿料，加工成高徑比為1∶1的小直徑芯樣，如圖11所示，對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。毛詩(shī)洋等[119]還提出了小直徑芯樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣的強(qiáng)度換算關(guān)系，從而對(duì)灌漿料的強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。

圖11 灌漿料小直徑芯樣[119]

小直徑芯樣法不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷，可對(duì)套筒內(nèi)灌漿料的強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定，但該方法只能檢測(cè)灌漿料的強(qiáng)度而不能檢測(cè)套筒灌漿的飽滿度，且由于芯樣直徑小導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果離散性較大。

3 檢測(cè)方法的比選

上文對(duì)用于套筒灌漿質(zhì)量管控的檢測(cè)方法的原理、特點(diǎn)、研究與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，這些方法各有優(yōu)劣，適用條件也不盡相同。總體來(lái)看，預(yù)埋傳感器法、鉆孔內(nèi)窺鏡法、X射線數(shù)字成像法、預(yù)埋鋼絲拉拔法是當(dāng)前研究較為充分、使用較為方便、檢測(cè)效果較好的四種方法，四種方法的特點(diǎn)見表1。

四種檢測(cè)方法的特點(diǎn) 表1

其中預(yù)埋鋼絲拉拔法與預(yù)埋傳感器法已納入上海市工程建設(shè)規(guī)范《裝配整體式混凝土建筑檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ 08-2252—2018)[19]中，這四種方法已納入中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 683—2020)[121]中。

從表1可知，預(yù)埋傳感器法對(duì)于套筒灌漿質(zhì)量事中控制非常有效，故對(duì)于實(shí)際工程的套筒灌漿質(zhì)量事中檢測(cè)，建議采用預(yù)埋傳感器法。鉆孔內(nèi)窺鏡法、X射線數(shù)字成像法和預(yù)埋鋼絲拉拔法均可用于事后質(zhì)量檢測(cè)，但鉆孔內(nèi)窺鏡法更加直觀有效、安全方便，且更利于灌漿缺陷的修復(fù)整治。因此，對(duì)于實(shí)際工程的套筒灌漿質(zhì)量事后檢測(cè)，建議采用鉆孔內(nèi)窺鏡法，必要時(shí)可用X射線數(shù)字成像法或預(yù)埋鋼絲拉拔法進(jìn)行補(bǔ)充校核。

4 套筒灌漿缺陷評(píng)估與整治

采用適用的技術(shù)手段檢測(cè)出套筒灌漿缺陷后，還應(yīng)對(duì)缺陷的影響效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估，并采用有效的整治修復(fù)措施保證結(jié)構(gòu)安全。有關(guān)套筒灌漿缺陷的評(píng)估及整治的研究可從三個(gè)層面進(jìn)行闡述，分別是連接層面、構(gòu)件層面與結(jié)構(gòu)層面。

4.1 連接層面

高潤(rùn)東等[122]總結(jié)了目前實(shí)際工程中裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿存在的典型質(zhì)量問(wèn)題，包括灌漿料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、鋼筋割斷或錨固強(qiáng)度不足、套筒出漿孔不出漿、套筒出漿孔漿體回流等，分析了問(wèn)題原因，并提出了切實(shí)可行的解決策略。

李向民等[123]針對(duì)全灌漿套筒灌漿缺陷開展了單向拉伸試驗(yàn)研究，通過(guò)內(nèi)置橡皮塞來(lái)準(zhǔn)確模擬實(shí)際工程中的灌漿缺陷，考察了缺陷大小的影響規(guī)律。結(jié)果表明，對(duì)于常用型號(hào)的全灌漿套筒連接，當(dāng)套筒端頭灌漿缺陷長(zhǎng)度不超過(guò)套筒內(nèi)鋼筋錨固長(zhǎng)度(8d)的30%時(shí)，其接頭的對(duì)中單向拉伸強(qiáng)度仍能符合《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 1—2014)[14]要求。

高潤(rùn)東等[124]通過(guò)在全灌漿套筒和半灌漿套筒不同位置設(shè)置灌漿缺陷，系統(tǒng)分析了不同位置、不同大小灌漿缺陷對(duì)鋼筋套筒灌漿連接接頭單向拉伸強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，無(wú)論是全灌漿套筒還是半灌漿套筒，中部缺陷對(duì)接頭性能的不利影響更大。

鄭清林等[125-126]通過(guò)70個(gè)半灌漿套筒連接試件研究了灌漿缺陷對(duì)半灌漿套筒連接試件力學(xué)性能的影響效應(yīng)，試驗(yàn)參數(shù)包括缺陷位置、缺陷長(zhǎng)度、缺陷厚度、缺陷數(shù)量、灌漿方向、鋼筋偏心與灌漿料種類等。研究表明，試件發(fā)生了鋼筋拔出與鋼筋拉斷兩種破壞模式；中部缺陷與水平缺陷的不利影響更為顯著；偏心試件更易產(chǎn)生滑移，且變形能力更差。

XU F等[127]研究了灌漿缺陷對(duì)半灌漿套筒連接接頭粘結(jié)性能的影響，考慮了均勻缺陷、縱向缺陷、徑向缺陷與傾斜缺陷等四種灌漿缺陷，分析了灌漿缺陷對(duì)接頭粘結(jié)破壞模式與粘結(jié)應(yīng)力-滑移曲線的影響。結(jié)果表明，當(dāng)缺陷大小超過(guò)鋼筋錨固長(zhǎng)度(8d)的30%時(shí)，接頭的破壞模式從鋼筋拉斷轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻畎纬?，同時(shí)給出了粘結(jié)強(qiáng)度與滑移率的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式，提出了粘結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型。

ZHANG W等[128]研究了灌漿缺陷對(duì)半灌漿套筒連接接頭火災(zāi)后力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩種破壞模式：鋼筋斷裂與粘結(jié)失效。不同類型灌漿缺陷對(duì)接頭力學(xué)性能的影響取決于鋼筋與灌漿料之間有效粘結(jié)面積的減少程度。當(dāng)峰值溫度接近600℃時(shí)，帶灌漿缺陷的接頭性能變得更不可靠。

灌漿缺陷對(duì)套筒灌漿連接接頭的受力性能具有嚴(yán)重不利影響，因此十分有必要對(duì)其缺陷進(jìn)行整治修復(fù)。高潤(rùn)東等[129]利用預(yù)埋鋼絲拉拔法檢測(cè)留下的孔道，在出漿孔進(jìn)行擴(kuò)孔注射補(bǔ)灌，對(duì)全灌漿套筒連接試件的灌漿缺陷進(jìn)行修復(fù)整治，并通過(guò)單向拉伸試驗(yàn)評(píng)估了修復(fù)效果。結(jié)果表明，當(dāng)擴(kuò)孔孔道內(nèi)徑與注射器外接透明軟管外徑之差不小于4mm時(shí)，能保證補(bǔ)灌灌漿飽滿；且補(bǔ)灌后試件的單向拉伸強(qiáng)度滿足《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 355—2015)[15]要求。

李向民等[130]通過(guò)試驗(yàn)提出并驗(yàn)證了在全灌漿套筒不同位置修復(fù)灌漿缺陷的方法。結(jié)果表明，可通過(guò)注射器外接透明軟管在套筒出漿孔直接注射補(bǔ)灌；或在套筒灌漿孔與出漿孔連線上灌漿料液面最低處鉆孔，并沿該孔道注射補(bǔ)灌。補(bǔ)灌后套筒灌漿連接接頭的單向拉伸性能滿足《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 355—2015)[15]要求。

ZHENG G Y等[131]通過(guò)單向拉伸試驗(yàn)、高應(yīng)力和大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)研究了灌漿缺陷對(duì)全灌漿套筒連接接頭力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著缺陷增大，接頭破壞模式從鋼筋拉斷轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻钫辰Y(jié)滑移破壞。同時(shí)，通過(guò)補(bǔ)灌對(duì)接頭進(jìn)行了整治，整治后接頭的力學(xué)性能與無(wú)缺陷接頭相近，驗(yàn)證了補(bǔ)灌方法的有效性。

目前，灌漿缺陷對(duì)單獨(dú)套筒灌漿連接接頭影響效應(yīng)的研究主要集中于單向拉伸試驗(yàn)方面，后續(xù)還需開展更多高應(yīng)力和大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)，以全面評(píng)估灌漿缺陷對(duì)套筒灌漿連接接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律及整治方法的修復(fù)效果。

4.2 構(gòu)件層面

鄭清林等[12,125]進(jìn)行了通過(guò)截短鋼筋模擬灌漿缺陷預(yù)制混凝土柱抗震性能影響規(guī)律的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，灌漿缺陷導(dǎo)致預(yù)制混凝土柱的承載力、剛度、延性與耗能能力均有所降低；對(duì)于缺陷最嚴(yán)重的預(yù)制混凝土柱，在外側(cè)一排套筒均設(shè)置50%的灌漿缺陷，其承載力與剛度較無(wú)灌漿缺陷試件降低10%～30%，延性系數(shù)降低42%，耗能能力降低5%～25%。

唐和生等[132]基于文獻(xiàn)[12]的試驗(yàn)結(jié)果，采用數(shù)值模擬方法考察了套筒灌漿缺陷對(duì)預(yù)制混凝土柱抗震性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在彈性階段，套筒灌漿缺陷對(duì)預(yù)制混凝土柱的承載力、剛度與延性均影響不大；而在塑性階段，套筒灌漿缺陷會(huì)導(dǎo)致預(yù)制混凝土柱的承載力、延性和剛度都降低。

PARKS J E等[133]通過(guò)碳纖維(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)布與錨桿，對(duì)采用套筒灌漿連接的嚴(yán)重受損的預(yù)制混凝土橋梁墩柱進(jìn)行修復(fù)，如圖12所示。結(jié)果表明，該方法將柱腳塑性鉸位置轉(zhuǎn)移至與修復(fù)區(qū)域相鄰的柱區(qū)域，并且可將受損柱的承載力與變形能力恢復(fù)如初。

圖12 受損預(yù)制混凝土橋梁墩柱的修復(fù)方法[133]

目前，套筒灌漿缺陷對(duì)預(yù)制混凝土構(gòu)件力學(xué)性能影響規(guī)律的研究還很不充分，應(yīng)對(duì)預(yù)制混凝土柱、預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)、預(yù)制混凝土剪力墻等的灌漿缺陷影響規(guī)律開展深入研究，同時(shí)應(yīng)提出灌漿缺陷的整治修復(fù)技術(shù)與施工工藝。

4.3 結(jié)構(gòu)層面

灌漿缺陷對(duì)裝配整體式混凝土整體結(jié)構(gòu)性能影響規(guī)律的研究非常少，只有CAO Z等[134-135]對(duì)具有不同程度缺陷的裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)開展了靜力推覆分析與地震易損性分析。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)抗震性能受連接不足的影響很大，當(dāng)缺陷發(fā)生率超過(guò)25%時(shí)，結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足抗震設(shè)計(jì)的要求。故后續(xù)應(yīng)繼續(xù)開展更多相關(guān)研究，以全面系統(tǒng)地評(píng)估套筒灌漿缺陷對(duì)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力性能的影響。

5 結(jié)論與展望

(1)現(xiàn)有的套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)中，預(yù)埋傳感器法、鉆孔內(nèi)窺鏡法、X射線數(shù)字成像法、預(yù)埋鋼絲拉拔法是簡(jiǎn)單方便、研究充分、應(yīng)用成熟、精確有效的方法。

(2)對(duì)于在建工程套筒灌漿事中檢測(cè)和質(zhì)量管控，建議采用預(yù)埋傳感器法；對(duì)于已建工程套筒灌漿事后檢測(cè)，建議采用鉆孔內(nèi)窺鏡法，必要時(shí)可用X射線數(shù)字成像法或取樣法進(jìn)行補(bǔ)充校核。

(3)后續(xù)可結(jié)合5G(5th Generation)通訊、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，建立實(shí)際工程中套筒灌漿缺陷的數(shù)據(jù)庫(kù)；并對(duì)鉆孔內(nèi)窺鏡法、預(yù)埋傳感器法和X射線數(shù)字成像法等方法進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)；同時(shí)提出合理的檢測(cè)抽樣原則與抽樣數(shù)量，進(jìn)一步提高套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)的精度與效率。

(4)目前關(guān)于套筒灌漿缺陷的質(zhì)量檢測(cè)的研究已經(jīng)較為豐富，在套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)方法系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，后續(xù)應(yīng)重點(diǎn)開展灌漿缺陷對(duì)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)性能影響的深入研究，提出套筒灌漿缺陷檢測(cè)、評(píng)估與整治的成套技術(shù)體系，為全面提高我國(guó)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的建造質(zhì)量提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。