詹霖偉

(福建六建集團有限公司 福建福州 350014)

0 引言

近年來，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)飛速發(fā)展，得到國家層面的大力推廣。2016年國務(wù)院在《進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中指出“力爭用 10 年左右時間，完成裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”的發(fā)展目標(biāo)和要求[1]。各省市也針對裝配式建筑的發(fā)展相應(yīng)出臺了對應(yīng)的扶持和推廣政策[2-6]。2020年2月25日人社部將裝配式建筑施工員列入國家新職業(yè)，可見國家對裝配式建筑發(fā)展的重視程度。

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系中混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間連接的主要方式之一，并被廣泛運用于裝配式現(xiàn)場施工實際中[7]。裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間連接質(zhì)量的好壞，是否按照規(guī)范要求進行施工，成為影響裝配式混凝土結(jié)構(gòu)后期結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素，此為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。加強對混凝土結(jié)構(gòu)之間連接工藝的監(jiān)測和管理，規(guī)范現(xiàn)場施工操作成為把控裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全的重中之重。因此，本文對裝配式豎向構(gòu)件套筒灌漿施工技術(shù)進行了研究。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》 JGJ 355-2015質(zhì)量控制的基礎(chǔ)上，對細(xì)節(jié)施工工序進行補充和細(xì)化，并對出現(xiàn)質(zhì)量控制要求和遇到問題的解決方法和改進技術(shù)進行闡述。

1 套筒灌漿技術(shù)機理分析

1.1 工作原理分析

套筒灌漿連接方式在國外應(yīng)用較多，美國ACI明確將這種連接列入機械連接的一類，不僅將這項技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件受力鋼筋的連接，還用于現(xiàn)澆混凝土受力鋼筋的連接[8]。套筒灌漿連接由于其操作簡單，套筒預(yù)埋方便等優(yōu)勢逐漸在國內(nèi)得到發(fā)展。

套筒灌漿連接方式主要是在裝配式混凝土構(gòu)件中預(yù)埋用于連接用的灌漿套筒，在混凝土構(gòu)件連接時，下層結(jié)構(gòu)的定位鋼筋插入上層結(jié)構(gòu)的套筒中，并在套筒中灌注水泥基灌漿料而實現(xiàn)的鋼筋連接方式，如圖1所示。灌注的水泥基底料是以水泥為基本原料，并加入適當(dāng)?shù)募?xì)骨料、外加劑以及其他材料形成干混料，加水?dāng)嚢韬缶哂休^好的流動性，并具有早強、高強、微膨脹等性能的灌注料，填充于套筒與帶肋鋼筋間隙內(nèi)。灌注料在凝結(jié)過程中發(fā)揮微膨脹的特性，并在套筒的約束作用下，增強鋼筋與套筒之間的摩擦力和握裹力，避免鋼筋和套筒之間發(fā)生滑移而使鋼筋連接件失效。構(gòu)件之間的連接接頭分為全套筒灌漿連接接頭和半套筒灌漿連接接頭。

(a)全套筒灌漿連接頭

(b)半套筒灌漿連接頭

1.2 影響連接性能的因素

鋼筋套筒灌漿連接的連接性能直接影響著裝配結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和安全性，因此在滿足裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的同時，應(yīng)明確影響連接性能的主要因素，并采取一定的防護措施避免連接性能受到影響，套筒灌漿連接性能的影響因素主要有以下幾個方面：

(1)灌漿套筒的力學(xué)性能和幾何構(gòu)造

文獻[9]在總結(jié)其他學(xué)者實驗結(jié)果基礎(chǔ)上，提出灌漿套筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾何形狀、外部約束力和保護層厚度對套筒的黏結(jié)力以及對鋼筋的握裹力都有影響。套筒端部采用內(nèi)縮的錐形結(jié)構(gòu)可以增大灌漿料對鋼筋的約束作用。在套筒中加肋和凹槽可以提高漿料和鋼套筒之間的粘結(jié)力。套筒灌漿連接的力學(xué)性能應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T 398的規(guī)定。文獻[10]對灌漿套筒類型和內(nèi)表面形狀對鋼筋連接性能的影響進行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)套筒內(nèi)肋間距在14 mm～28 mm范圍內(nèi)時，灌漿料能夠有效地在鋼筋與套筒之間傳遞荷載。當(dāng)套筒內(nèi)肋間距過大時，灌漿料受力不均勻，距過小時，灌漿料易發(fā)生剪切破壞，甚至將鋼筋從套筒內(nèi)拔出。

(2)灌漿料性能

灌漿料在鋼筋與鋼套筒工作過程中起著傳遞荷載的作用，因此灌漿料是否能夠承受荷載的作用以及是否能夠有效地傳遞荷載，是灌漿套筒連接件正常工作而不發(fā)生破壞的重要依據(jù)。灌注料的力學(xué)性能對整體連接性能具有較大影響[11]。根據(jù)《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ355-2015)的要求在配制灌漿料時，灌漿料的工作性能應(yīng)符合表1所示。根據(jù)文獻[12]的研究結(jié)果表明，當(dāng)鋼筋的連接長度為80 mm時，灌漿料性能對連接件的抗拉能力具有較大影響，當(dāng)灌漿料的強度設(shè)計值從60 MPa提高到80 MPa過程中，套筒灌漿連接件的承載能力提高了15%，可見灌漿料的性能對套筒灌漿連接的性能具有較大影響。

表1 套筒灌漿料的技術(shù)性能

(3)灌漿密實度

套筒灌漿連接件在灌漿過程中是否密實，對鋼筋與漿料之間的約束力以及粘結(jié)力具有較大影響。灌漿如果存在空鼓和不密實現(xiàn)象，對鋼筋套筒連接件的力學(xué)性能具有非常大的影響。工程項目上通俗做法是根據(jù)出漿口是否均勻出漿來判斷鋼筋套筒灌漿是否達到密實度要求。因此在進行灌漿過程中因嚴(yán)格把控灌漿速度以及觀察是否有漏漿的情況，在進行灌漿之前需要對灌漿孔道進行清洗，避免出現(xiàn)雜物影響漿料的質(zhì)量。有條件的施工單位也可利用智能檢測灌漿飽滿性的儀器進行檢測[7]。根據(jù)文獻[13]的實驗結(jié)果可知，當(dāng)套筒灌漿密實度達到60%以上時，連接件表現(xiàn)出套筒外鋼筋斷裂，最大抗拉強度與鋼筋抗拉強度有關(guān)，當(dāng)灌漿密實度在60%以下，連接件主要表現(xiàn)為鋼筋拉出破壞。

(4)養(yǎng)護效果

在灌漿結(jié)束后對構(gòu)件進行固定和維護，對于漿料后期強度的發(fā)展具有非常重要的意義。在養(yǎng)護期間應(yīng)避免構(gòu)件受到擾動，當(dāng)漿料的同條件養(yǎng)護試塊強度達到35 MPa以上，方可進行后續(xù)施工。養(yǎng)護期間構(gòu)件受到擾動會對連接接頭漿料的凝固產(chǎn)生影響，并不利于漿料強度的發(fā)展，因此在灌漿后養(yǎng)護時，應(yīng)嚴(yán)禁構(gòu)件受到擾動。

從以上影響套筒灌漿連接件連接性能的因素分析中可知，灌漿料的性能和密實度對套筒灌漿連接件的影響較大。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

某高層住宅項目總建筑面積為5.58萬m2，建筑占地面積約7560.96 m2，其中地上建筑面積約35 442 m2，地下建筑面積約20 340 m2。該項目含有4棟連體別墅和6棟復(fù)式高層住宅。工程中2#樓、3#樓以及5#樓采用部分裝配的方式進行施工，2#與5#樓第2層及第2層以上為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)層，3#樓第3層及第3層以上為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)層，項目總體預(yù)制率達20%以上。主要預(yù)制構(gòu)件為：樓梯(PCLT)、疊合梁內(nèi)墻(PCDNQ)、疊合梁外墻(PCDWQ)、內(nèi)隔墻(PCNQ)以及外隔墻(PCWQ)，最重構(gòu)件約4.9 t。該工程豎向構(gòu)件的連接采用套筒灌漿連接。

2.2 施工流程

基底處理→預(yù)制構(gòu)件吊裝→定位安裝→封倉與接縫處理→灌漿料準(zhǔn)備→灌漿料流動度試驗→灌漿施工→接頭試驗→構(gòu)件保護。

2.3 主要施工方法

2.3.1 基底處理

在進行構(gòu)件吊裝之前需要對混凝土板面的基底進行清理，去除雜質(zhì)。在高溫天氣需要對基底進行灑水，濕潤處理，但應(yīng)避免出現(xiàn)積水。根據(jù)設(shè)計要求，對構(gòu)件吊裝的位置進行定位測量放線，嚴(yán)格控制構(gòu)件的安裝位置。對于下層混凝土鋼筋出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，應(yīng)在吊裝之前及時進行除銹處理，并調(diào)整預(yù)留的鋼筋長度，避免出現(xiàn)鋼筋過長或者過短，鋼筋的長度和位置應(yīng)符合設(shè)計要求。

2.3.2 預(yù)制構(gòu)件吊裝

(1)鋼片墊高

在基底放置厚度可調(diào)整的鋼墊片，并根據(jù)標(biāo)高測定結(jié)果進行厚度設(shè)置。鋼墊片的設(shè)置應(yīng)使構(gòu)件處于垂直和同一水平高度的狀態(tài)，并使預(yù)制混凝土墻構(gòu)件與結(jié)構(gòu)基底之間留有20 mm左右的縫隙。

(2)檢查構(gòu)件

在構(gòu)件吊裝之前，應(yīng)檢查構(gòu)件表面平整度以及重點檢查墻體構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋的灌漿套筒內(nèi)是否含有雜物，灌漿管路和出漿管路是否通暢，是否出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

(3)構(gòu)件吊裝

利用塔式起吊機起吊預(yù)制墻體構(gòu)件，在吊裝時應(yīng)注意下層鋼筋與連接套筒應(yīng)對中。采用以下措施保證上下層鋼筋的偏差控制，根據(jù)構(gòu)件編號用鋼筋定位框進行限位，適當(dāng)采用撐筋撐住鋼筋框，以保證鋼筋位置準(zhǔn)確，混凝土澆筑完畢后，根據(jù)插筋平面布置圖及現(xiàn)場構(gòu)件邊線或控制線，對預(yù)留插筋進行現(xiàn)場預(yù)留墻柱構(gòu)件插筋進行中心位置復(fù)核，對中心位置偏差超過10 mm的插筋應(yīng)根據(jù)圖紙進行適當(dāng)校正。在吊裝的混凝土構(gòu)件與下層鋼筋之間居中后，安裝斜撐。調(diào)節(jié)下排螺栓對預(yù)制墻體進行平整，采用靠尺，調(diào)節(jié)上排螺桿，進行垂直度控制并鎖緊螺桿安裝完畢，如圖2所示。

圖2 預(yù)制墻垂直度調(diào)整

2.3.3 封倉及接縫防水處理

當(dāng)豎向構(gòu)件寬度較大時，應(yīng)進行分倉處理，避免因為倉體寬度過大，導(dǎo)致灌漿不密實影響后期套筒灌漿的連接性能。連通灌漿區(qū)域內(nèi)任意兩個灌漿套筒間距離在1.5 m內(nèi)，分倉的寬度應(yīng)小于1.5 m。分倉可采用中間分倉或者三段式分倉等方式。

該工程采用構(gòu)造防水和材料防水相結(jié)合的方式進行防水密封。采用外低內(nèi)高企口縫、設(shè)置排水空腔等構(gòu)造阻斷水的通路，達到防水目的。依靠防水材料阻斷水的通路，接縫嵌填耐候建筑密封膠、外掛墻板周邊設(shè)置橡膠空心氣密條。采用密封膠進行密封，以提高外墻面的防水性能。密封膠選用MS325 型耐候性建筑密封膠。采用TS020底涂劑進行打底以提高混凝土與密封膠粘結(jié)作用。

在施工時，采用鏟刀對接縫處進行處理，利用泡沫棒作為背襯材料封堵，并起到控制施膠厚度的作用，因為泡沫板具有膨脹性能可以起到防水效果。使用泡沫棒填充時，應(yīng)防止泡沫棒受到破壞，并在其端部預(yù)留45°斜角，如圖3所示。接縫寬度與施膠厚度滿足下列要求: (1)接縫寬度B不小于10 mm; (2)當(dāng)10 mm

圖3 涂底膠

2.3.4 灌漿料準(zhǔn)備

灌漿機在進行攪拌前應(yīng)加適當(dāng)清水濕潤。灌漿料的配置根據(jù)產(chǎn)品使用報告，按照設(shè)計要求配合比進行配置。灌漿料采用標(biāo)號為C60的高強砂漿拌制。《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：灌漿料抗壓強度不應(yīng)小于80 N/mm2，且不應(yīng)大于95 N/mm2。灌漿過程中，灌漿機應(yīng)隨時攪拌，避免灌漿料凝固，由于灌漿料早強的特性，因此在灌漿料攪拌完畢后必須要在30 min內(nèi)使用，超過30 min不得使用。

灌漿料拌合物應(yīng)制作標(biāo)準(zhǔn)試塊，試塊的大小為40 mm×40 mm×160 mm，試塊宜留置不少于2組，進行同條件養(yǎng)護和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護。

2.3.5 灌漿料流動度測試

灌漿料在攪拌完成后必須進行流動度測試，流動度測試要是不滿足要求，需要重新配置。灌漿料流動度影響灌漿套筒接頭灌漿料的密實度，如果流動度不夠，則連接接頭力學(xué)性能無法充分發(fā)揮作用，嚴(yán)重影響建筑物后期的結(jié)構(gòu)安全。灌漿料拌合物的流動度測試應(yīng)符合表1中流動度的要求，并且不得出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

2.3.6 灌漿施工

在灌漿操作之前，需要對灌漿孔和出漿孔通暢度進行檢驗，受堵情況下可用鋼筋進行疏通。在實際灌漿之前利用清水適當(dāng)濕潤出漿孔，避免混凝土結(jié)構(gòu)表面太干吸水，影響灌漿料的配合比和流動度。

利用灌漿機從灌漿孔中灌入灌漿料。灌漿時應(yīng)保持一定壓力，灌漿壓力不用過大，避免沖掉封堵口，應(yīng)控制在0.2 MPa～0.4 MPa之間。在整個灌漿過程中應(yīng)保持灌漿的速度和壓力，中途不能停歇或終止。若出現(xiàn)終止的情況，應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿作業(yè)，并保證灌漿孔中的漿料符合流動度的要求。

同一個分倉應(yīng)選用一個灌漿孔進行灌漿，不能同時兩個灌漿孔灌漿。灌漿應(yīng)自下而上進行，待上部出氣口冒漿時，即視為灌滿應(yīng)立即進行封堵。將灌漿應(yīng)密實飽滿，所有出漿口均應(yīng)出漿做為現(xiàn)場施工后灌漿是否合格的判定標(biāo)準(zhǔn)。在灌漿過程中如果出現(xiàn)部分出漿孔的漿液未出漿的情況，可以更換灌漿孔進行調(diào)整。當(dāng)灌漿結(jié)束待灌漿料凝固后，可取下封堵口，檢查灌漿料是否密實和飽滿，所有的灌漿孔和出漿孔都應(yīng)進行檢查。當(dāng)密實度不符合要求時，應(yīng)進行人工補料，灌漿示意圖如圖4所示。

圖4 灌漿示意圖

2.3.7 接頭試驗

套筒灌漿的接頭質(zhì)量是裝配式工程需要重點把控的對象，灌漿套筒連接接頭的質(zhì)量直接關(guān)系著裝配式工程的施工質(zhì)量。因此在進行灌漿作業(yè)后，應(yīng)留置接頭試件，并按試驗要求做好養(yǎng)護，當(dāng)養(yǎng)護的齡期達到要求時，應(yīng)將接頭試件送往試驗基地進行相關(guān)的抗拉試驗。

套筒灌漿連接接頭應(yīng)滿足強度和變形性能的要求，在進行接頭性能試驗時，連接接頭的抗拉強度不應(yīng)小于連接鋼筋的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，且破壞時應(yīng)斷于接頭外鋼筋。

2.3.8 構(gòu)件保護

掛禁止擾動的警示標(biāo)志牌，避免連接件受到擾動從而破壞連接強度。當(dāng)構(gòu)件灌漿料的強度達到35 MPa后方可進入下一道工序。如果以時間維度來測量的話，環(huán)境溫度在15℃以上的地區(qū)，需保證構(gòu)件在24 h內(nèi)不得受到擾動。如果構(gòu)件在5℃～15℃左右施工的話，需保證構(gòu)件在48 h內(nèi)不得受到擾動。5℃以下的地區(qū)應(yīng)根據(jù)實際情況而定，對于環(huán)境溫度在5℃以下的地區(qū)可以采用構(gòu)件加熱或者采用新型灌漿料的方式進行施工[14-15]。

2.4 質(zhì)量控制要點

(1)嚴(yán)格控制原材料的進場檢驗，灌漿套筒應(yīng)由接頭提供單位提交所有規(guī)格接頭的有效型式檢驗報告。鋼筋、水泥、砂漿等原材進場時應(yīng)做好復(fù)檢和抽檢工作，符合國家有關(guān)規(guī)定的要求。

(2)進行拌合物灌漿時，應(yīng)對拌合物的30min流動度、泌水率、豎向膨脹率以及抗壓強度等進行檢驗，并符合表1中的相關(guān)要求。拌合物應(yīng)在30min內(nèi)使用完畢，超過時限的灌漿拌合物不得再使用。

(3)灌漿過程應(yīng)保持一定壓力，并使灌漿孔道的灌漿拌合物填充密實。在灌漿結(jié)束后應(yīng)觀察灌漿液頁面，當(dāng)灌漿液未達到要求時應(yīng)進行補漿。

(4)在灌漿連接接頭強度發(fā)展過程中應(yīng)保持構(gòu)件不能受到擾動，并強度發(fā)展時間應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度和同條件養(yǎng)護試塊確定。

2.5 遇到問題與改進措施

問題1：在灌漿完畢30min后拔出出漿孔的堵塞，發(fā)現(xiàn)個別出漿孔漿液沒有達到標(biāo)準(zhǔn)要求的高度。

解決方法與改進措施：對沒有達到灌漿要求的孔道進行二次手動補漿。采用U型連通器連接在出漿孔，發(fā)現(xiàn)液面達到要求后再進行封堵。

問題2：個別出漿口沒有灌漿液流出。

解決方法與改進措施：對封堵的套筒混凝土進行鑿除清理雜物后進行封閉。在進行灌漿之前一定要確認(rèn)管道通暢。

3 結(jié)論

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)一直是裝配式技術(shù)安全推廣的重點，其連接效果和力學(xué)性能直接關(guān)系到裝配式構(gòu)件體系的質(zhì)量和安全。本文通過對某工程的豎向構(gòu)件套筒灌漿技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用實踐進行梳理，得到結(jié)論如下：

(1)灌漿套筒具有承載能力強、消除應(yīng)力集中、耐疲勞性好的優(yōu)點，并且該項技術(shù)進行接頭連接時操作簡單，濕作業(yè)區(qū)域少，接頭性能強。在裝配式中具有很好的推廣前景。

(2)裝配式構(gòu)件的連接技術(shù)是裝配式體系中的重要環(huán)節(jié)，施工中應(yīng)加強對套筒灌漿過程的質(zhì)量控制以及對原材的綜合把控。