朱 駿

（深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)中心，廣東 深圳 518040）

0 引 言

預(yù)制拼裝技術(shù)由于其周期短、質(zhì)量高的特點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于橋梁工程中，其構(gòu)件之間的連接主要有濕接縫連接、后張預(yù)應(yīng)力連接、灌漿套筒連接等方式。其中，灌漿套筒連接是目前預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)較常用的連接方式，正常使用下的力學(xué)性能與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩類似。其主要原理是在金屬套筒中插入帶肋鋼筋并注入灌漿料拌合物，通過灌漿料硬化形成整體并實(shí)現(xiàn)傳力[1，2]。

1 套筒連接灌漿缺陷

采用套筒灌漿連接時(shí)，灌漿密實(shí)性會(huì)影響接頭的質(zhì)量及傳力性能，決定了預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的抗震性能和整體性[3，4]。鋼筋套筒灌漿連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件精度不高、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施缺乏、灌漿人員培訓(xùn)不足等原因容易造成鋼筋套筒易堵塞、灌漿不密實(shí)[4，5]。鄭清林等通過實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研灌漿方法及灌漿料性能試驗(yàn)分析灌漿缺陷的類型及其形成機(jī)理[6]。結(jié)果表明套筒灌漿缺陷的主要因素包括灌漿缺陷的位置、尺寸、分布形式、鋼筋偏心缺陷、水平灌漿缺陷等[7]。灌漿缺陷主要會(huì)降低預(yù)制拼裝立柱的承載力和延性，并使試件的抗震能力下降[8]。

2 套筒連接檢測(cè)方法

目前，為了控制鋼筋套筒灌漿連接的質(zhì)量，手段主要有制作試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，以及施工監(jiān)理進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)于套筒灌漿飽滿度無法有效保證。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)套筒連接的研究以力學(xué)性能為主，灌漿密實(shí)度研究相對(duì)較少[9]。對(duì)于套筒連接檢測(cè)技術(shù)的研究以超聲波法、沖擊回波法、X 射線法、傳感器法、預(yù)埋法為主。

2.1 預(yù)埋法

預(yù)埋法是指通過在出漿口預(yù)埋鋼絲，在養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)以檢測(cè)灌漿是否有缺陷的檢測(cè)方法[10]。高潤(rùn)東等[5]針對(duì)鋼筋套筒灌漿連接試件，在出漿孔附近的套筒內(nèi)部設(shè)置不同大小的灌漿缺陷，首先通過預(yù)埋鋼絲拉拔法對(duì)灌漿缺陷進(jìn)行檢測(cè)。在灌漿前通過在出漿口預(yù)埋一根細(xì)鋼絲，待養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，用專門拉拔機(jī)器對(duì)鋼絲進(jìn)行拔力測(cè)試，通過對(duì)比在灌漿料脫空情況下和灌漿料密實(shí)情況下的拔力值來說明該方法的可行性。

2.2 沖擊回波法

沖擊回波法屬于無損檢測(cè)方法，通過確定回波的頻率峰值，計(jì)算結(jié)構(gòu)的名義厚度和缺陷[11]，原理如圖1 所示。此方法由于其透力強(qiáng)、便于操作等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用[12]。劉志豪[13]、劉洋希[14]、劉輝等[15]采用沖擊回波法對(duì)鋼筋套筒試件進(jìn)行了檢測(cè)試驗(yàn)，結(jié)論是對(duì)于試件套筒單排布置的情況，沖擊回波法可以定性判斷密實(shí)度，但定量結(jié)果存在誤差；而雙排布置套筒的試件，檢測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確清晰，仍需進(jìn)一步改進(jìn)測(cè)試方式、分析方法。蔣俁等研究了檢測(cè)連接節(jié)點(diǎn)灌漿密實(shí)性的沖擊回波法，并介紹了其原理，闡述了采用掃描式?jīng)_擊回波法檢測(cè)設(shè)有大、小直徑波紋管試件及實(shí)際工程中裝配式剪力墻波紋管漿錨搭接節(jié)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，且總體測(cè)試結(jié)果良好，可見采用沖擊回波法判斷灌漿密實(shí)性是可行的[16]。

圖1 掃描式?jīng)_擊回波法測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理圖示[16]

2.3 超聲波檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)法的原理是利用超聲波在不同介質(zhì)中傳播速度不同的特性對(duì)套筒灌漿料飽滿程度進(jìn)行研究。聶東來等根據(jù)超聲波通過脫空缺陷會(huì)折線傳播的特性（見圖2）判斷灌漿缺陷。根據(jù)其傳播路徑的不同檢測(cè)套筒灌漿料的密實(shí)性，并通過超聲波幅值定性判斷其缺陷，但該方法局限于鋼筋套筒單排布置的情況[17]。邵志偉等[18]研究了超聲波層析成像技術(shù)對(duì)灌漿套筒構(gòu)件密實(shí)度無損檢測(cè)的可行性，分別從理論研究、有限元模擬和試驗(yàn)測(cè)試三個(gè)方面對(duì)套筒內(nèi)灌漿料的密實(shí)度進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：超聲波將無法徑直透過灌漿料全部脫空的套筒傳播，而是會(huì)按照最短路徑發(fā)生繞射；因套筒脫空所導(dǎo)致的聲速分布圖差異化不明顯，從聲速分布圖上無法有效識(shí)別密實(shí)及脫空狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的低聲速區(qū)；并提出一種斜口斜導(dǎo)管式的檢測(cè)方法，可通過觀察導(dǎo)管內(nèi)灌漿料流失情況進(jìn)而推斷套筒內(nèi)部灌漿料有無缺失情況。且通過與實(shí)際工程中存在的平口平導(dǎo)管內(nèi)液面情況對(duì)比，進(jìn)一步通過超聲波層析成像驗(yàn)證了在觀察到斜導(dǎo)管液面下降后內(nèi)部套筒脫空的結(jié)論，以此說明斜口斜導(dǎo)管方法的有效性。

圖2 超聲波檢測(cè)缺陷原理示意圖

2.4 傳感器法

預(yù)埋阻尼振動(dòng)傳感器法的原理是在特定激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下[19]，會(huì)產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)周期和振幅的變化可判斷振動(dòng)器周圍介質(zhì)的情況，以此判斷套筒內(nèi)灌漿是否密實(shí)。祝雯等研究了影響預(yù)埋法檢測(cè)套筒灌漿飽滿度結(jié)果的因素，主要包括灌漿料流動(dòng)度及傳感器預(yù)埋方式[20]。該傳感器見圖3 所示。結(jié)論是可以通過傳感器的振動(dòng)能量值判斷灌漿是否密實(shí)，在灌漿料拌合物中，可將能量值＜100 作為灌漿料拌合物飽滿的判定條件，在硬化灌漿料中則可將能量值＜50 作為其飽滿的判定條件。

圖3 阻尼振動(dòng)傳感器圖示[20]

崔士起等采用灌漿傳感器和超聲層析成像（簡(jiǎn)稱超聲CT）兩種技術(shù)對(duì)預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)鋼筋連接套筒灌漿飽滿度檢測(cè)進(jìn)行了試驗(yàn)研究[21]?？紤]接縫坐漿和整體灌漿兩種施工方案，共設(shè)計(jì)了3 組試驗(yàn)構(gòu)件。其中接縫漿考慮套筒完全灌滿、套筒部分漏漿及套筒全部漏漿三種工況，接縫整體灌漿考慮完全灌滿、部分漏漿及補(bǔ)充灌漿三種工況。分別采用灌漿傳感器、超聲檢測(cè)掃描儀（見圖4）進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)比灌漿前后的測(cè)試結(jié)果來判斷灌漿缺陷程度。

圖4 超聲檢測(cè)掃描儀圖示

2.5 X 射線檢測(cè)法

X 射線檢測(cè)法是通過接收X 射線并形成圖像來識(shí)別灌漿缺陷，其成像原理見圖5 所示。灌漿套筒試件由金屬套筒、水泥基灌漿料、鋼筋組成，而沒有混凝土結(jié)構(gòu)中較多的粗骨料，成像效果相對(duì)較好[22]。

圖5 X 射線膠片成像原理圖示

陶里等、張富文等采用X 射線試驗(yàn)機(jī)（見圖6），對(duì)不同規(guī)格的灌漿套筒試件進(jìn)行了缺陷檢測(cè)研究[16]，發(fā)現(xiàn)X 射線技術(shù)能夠明確地界定套筒外形、鋼筋形態(tài)及接頭部位，判斷灌漿是否密實(shí)，并識(shí)別出試件中厚度1 mm、長(zhǎng)度在4 mm 左右的灌漿缺陷，能夠用于套筒灌漿密實(shí)度的判定，可以作為平行試件驗(yàn)收的手段[21]。但對(duì)于雙排對(duì)稱布置的套筒顯示結(jié)果較為模糊，對(duì)灌漿密實(shí)度判斷仍不夠準(zhǔn)確[23]。

圖6 X 射線試驗(yàn)機(jī)圖示

3 地方規(guī)范質(zhì)量控制及檢驗(yàn)要求

目前已經(jīng)實(shí)施的地方規(guī)范中，廣東省標(biāo)準(zhǔn)《裝配式市政橋梁工程技術(shù)規(guī)范》[24]對(duì)于套筒連接的質(zhì)量控制提出了如下規(guī)定：（1）承臺(tái)混凝土澆筑前、后應(yīng)對(duì)預(yù)留鋼筋、灌漿連接套筒或灌漿金屬波紋管定位進(jìn)行檢查，允許偏差為±2 mm；（2）套筒應(yīng)采用工廠生產(chǎn)的成品件，并符合產(chǎn)品技術(shù)；（3）灌漿料拌合物應(yīng)符合現(xiàn)行水泥基灌漿料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[25]的有關(guān)規(guī)定；（4）灌漿套筒連接與檢驗(yàn)應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[26]規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。

同時(shí)，規(guī)范對(duì)灌漿套筒連接的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)提出下列規(guī)定：（1）對(duì)鋼筋套筒灌漿連接用的灌漿料拌合物進(jìn)行按批試件強(qiáng)度檢驗(yàn)。（2）全數(shù)檢查套筒灌漿連接灌漿是否飽滿密實(shí)，所有出口均應(yīng)出漿。（3）套筒灌漿質(zhì)量可采用X 射線工業(yè)CT 法、預(yù)埋鋼絲拉拔法、預(yù)埋傳感器法、X 射線法等，針對(duì)不同施工階段進(jìn)行檢測(cè)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：a. 灌漿施工前，可結(jié)合工藝檢驗(yàn)采用X 射線工業(yè)CT 法進(jìn)行套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)[27]；b. 灌漿施工時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要采用預(yù)埋鋼絲拉拔法或預(yù)埋傳感器法進(jìn)行套筒灌漿飽滿度檢測(cè)；c. 灌漿施工后，可根據(jù)實(shí)際需要采用X 射線法結(jié)合局部破損法進(jìn)行套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)；d. 預(yù)制構(gòu)件底部接縫灌漿質(zhì)量宜采用超聲法進(jìn)行檢測(cè)是否設(shè)計(jì)要求，每類預(yù)制構(gòu)件檢測(cè)不應(yīng)少于2 個(gè)；e. 檢查座漿材料強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告，按批檢驗(yàn)預(yù)制構(gòu)件底部接縫座漿強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4 套筒連接質(zhì)量控制措施及工程案例分析

4.1 加強(qiáng)施工人員操作管理

在工程質(zhì)量控制的人、機(jī)、料、法、環(huán)五大要素中，人的影響尤為重要的。加強(qiáng)灌漿人員培訓(xùn)，提高責(zé)任意識(shí)，加強(qiáng)施工前、施工中的質(zhì)量控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，做到細(xì)化套筒連接灌漿施工方案的技術(shù)交底，落實(shí)責(zé)任。并且落實(shí)好專職檢驗(yàn)人員的監(jiān)督作用按照規(guī)范的檢測(cè)方法進(jìn)行施工監(jiān)控，并形成可查看的灌漿質(zhì)量記錄和視頻資料。

4.2 利用估算灌漿料用量法控制密實(shí)度

在施工過程中，可以通過預(yù)估灌漿用量的方式來保障套筒灌漿密實(shí)性，通過制作模擬試件，記錄當(dāng)出漿口呈圓柱形出漿時(shí)的用漿量，并進(jìn)行試驗(yàn)檢查該用漿量情況下的試件是否密實(shí)飽滿，如密實(shí)，則以此次用漿量為標(biāo)準(zhǔn)作為現(xiàn)場(chǎng)灌漿拌合物的估算用量；如不密實(shí)，則重新制作模擬試件重新試驗(yàn)直至套筒連接強(qiáng)度滿足要求。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，灌漿拌合物用量不應(yīng)小于估算用量，否則視為灌漿不飽滿。采用估算灌漿料用量法，可以為現(xiàn)場(chǎng)套筒連接施工中的監(jiān)測(cè)提供依據(jù)，有助于灌漿質(zhì)量問題的預(yù)防和分析，是保障結(jié)構(gòu)安全可靠的有效措施[28]。

4.3 嚴(yán)格按照規(guī)范流程施工

對(duì)于套筒連接材料，灌漿料作為水泥基、細(xì)骨料、外加劑為主的干混料，在配置及使用時(shí)有許多條件會(huì)影響工程質(zhì)量，因此必需嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制水灰比、拌制使用時(shí)間、環(huán)境溫度等外部條件。對(duì)于灌漿套筒，需要按照《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[29]第7.0.2 規(guī)定，施工過程中不得更換套筒，并需獲得有效的檢驗(yàn)報(bào)告。對(duì)于鋼筋定位，需要采用專用的模具定位，以減少施工安裝誤差，有效提高套筒連接質(zhì)量。同時(shí)需要合理安排工期，保證灌漿料強(qiáng)度達(dá)到要求再進(jìn)行后續(xù)施工，使得構(gòu)件間傳力可以通過套筒連接有效傳遞。并加大工程質(zhì)量監(jiān)督抽測(cè)力度，有效保證施工質(zhì)量。

4.4 施工案例分析

深圳市新城立交位于前海合作區(qū)、寶安區(qū)與南山區(qū)交界處，共設(shè)置12 條新建匝道橋和5 座拼橋，橋墩為開花墩，下部截面尺寸為2.6 m×1.7 m，截面構(gòu)造如圖7 所示。

圖7 橋墩典型截面圖（單位：mm）

為了提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，采用灌漿套筒連接承臺(tái)和橋墩，橋墩豎向主筋采用直徑為40 mm的HRB400 鋼筋，單個(gè)橋墩共設(shè)置44 個(gè)GTZQ4 40型灌漿套筒，滿足《鋼筋連接用灌漿套筒》[30]中的相關(guān)要求，灌漿套筒采用全套產(chǎn)品，包括端蓋、堵頭、灌漿管、密封環(huán)。橋墩預(yù)制安裝過程如圖8 所示。灌漿料滿足《鋼筋連接用套筒灌漿料》[31]中的相關(guān)技術(shù)要求。

圖8 預(yù)制橋墩安裝之實(shí)景

5 結(jié) 語

我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)灌漿套筒的研究還處于起步的階段，但隨著建筑工業(yè)化的進(jìn)程不斷加快，裝配結(jié)構(gòu)將會(huì)在未來逐漸替代傳統(tǒng)建筑方式的新型建筑模式。而灌漿套筒作為現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛并且可靠的預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接方式，需要保證其質(zhì)量以滿足預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的整體性及穩(wěn)定性要求，研究可行可靠的套筒連接無損檢測(cè)方法十分重要。本文介紹了預(yù)埋法、沖擊回波法、超聲波法、傳感器法、X 射線法等套筒連接檢測(cè)方法，目前仍需提高檢測(cè)的精度和可靠性，并指定相關(guān)的規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)灌漿套筒按統(tǒng)一的指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分以規(guī)范管理。