劉四德,甘 露,干繼紅,鄧朝友,陳天龍,葛繼平

(1.中鐵二十二局集團(tuán)第三工程有限公司,福建 廈門 361000; 2.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院,上海 200125; 3.紹興市建設(shè)工程質(zhì)量安全管理中心,浙江 紹興 312000;4.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院,上海 200235)

0 引言

灌漿套筒預(yù)制拼裝技術(shù)在建筑行業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用了約60年,在市政橋墩的大規(guī)模應(yīng)用也約有10年歷史。關(guān)于灌漿套筒預(yù)制拼裝技術(shù),國家專門制定了灌漿套筒、灌漿料和壓漿施工工藝的國家標(biāo)準(zhǔn),鼓勵(lì)其在各行業(yè)中應(yīng)用。紹興智慧快速路是紹興市重點(diǎn)工程,為保證工程建設(shè)質(zhì)量,提升現(xiàn)場施工文明形象,采用了新型灌漿套筒預(yù)制拼裝橋墩建造工藝。該技術(shù)屬于漿錨連接方法,在高強(qiáng)度球磨鑄鐵灌漿套筒中,壓入高強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度≥100MPa)無收縮灌漿料,實(shí)現(xiàn)鋼筋連接。大量套筒拉伸件縮尺模型試驗(yàn)證明,灌漿套筒技術(shù)很好地解決了裝配式結(jié)構(gòu)中縱向鋼筋連接問題,可有效實(shí)現(xiàn)“裝配等同現(xiàn)澆”的設(shè)計(jì)要求。目前已提出了多種檢測方法,各有其優(yōu)點(diǎn)和適用范圍,是保證施工質(zhì)量的有效手段。在這些方法中,有的只能測試灌漿飽滿度而不能測試水灰比,如圖像法、芯片法、振弦法等,有的可測試強(qiáng)度但需要預(yù)埋,如拉拔鋼絲法。除了發(fā)展有效檢測方法外,加強(qiáng)從施工源頭上對工程質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和改進(jìn)是最根本的手段。建筑工人對裝配式建筑施工要點(diǎn)容易產(chǎn)生理解偏差,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的理想狀態(tài),也給質(zhì)量監(jiān)督工作帶來了挑戰(zhàn)。因此,需要加強(qiáng)研究和持續(xù)改進(jìn)。

秦珩等[1]以房建中的剪力墻和柱施工過程為對象,通過對該連接施工工藝和材料特點(diǎn)的分析,闡明了影響連接質(zhì)量的關(guān)鍵因素,針對接頭性能、定位精度、灌漿部位密封和構(gòu)件保護(hù)措施等提出了一套技術(shù)措施。高潤東等[2]提到了2種適用的鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測方法,包括預(yù)埋鋼絲拉拔法和預(yù)埋傳感器法。2種方法均能起到檢測飽滿度的效果,但前者不利于不飽滿鋼筋套筒的返工整改,后者則成本較高,難以普及。張樂[3]對施工面準(zhǔn)備、灌漿料制備與測定、灌漿控制與量測記錄進(jìn)行分析,重點(diǎn)介紹了灌漿料用量估算法的實(shí)用性。王智[4]認(rèn)為裝配式建筑剪力墻和結(jié)構(gòu)柱采用套筒灌漿連接技術(shù)雖已成為較成熟的施工工法,但在工程實(shí)踐中存在連通腔爆倉漏漿、出漿孔不出漿、套筒內(nèi)漿體回流、灌漿料強(qiáng)度不足等質(zhì)量問題,分析其原因并提出了針對性的應(yīng)對和補(bǔ)救措施。黃又萍[5]提出一種運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)在灌漿施工過程中對工人的操作進(jìn)行監(jiān)管以實(shí)現(xiàn)對灌漿質(zhì)量控制的方法,通過對現(xiàn)場套筒灌漿施工錄制的視頻進(jìn)行處理,基于3D殘差網(wǎng)絡(luò)對關(guān)鍵控制工序的標(biāo)志性動(dòng)作進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練,并將訓(xùn)練結(jié)果與監(jiān)管預(yù)警模型結(jié)合進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用。張向禮等[6]從決定套筒灌漿質(zhì)量的灌漿料密實(shí)度、錨固長度、鋼筋偏位等方面出發(fā),提出套筒灌漿施工技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)。孫振杰[7]結(jié)合濟(jì)陽路快速改建工程,對套筒灌漿式預(yù)制拼裝橋墩質(zhì)量問題及控制措施進(jìn)行分析,并提出改進(jìn)方案。

由以上研究可知,已有預(yù)制拼裝橋墩施工質(zhì)量監(jiān)控主要是從施工和檢測角度提出的注意事項(xiàng),對提高灌漿套筒施工質(zhì)量起到積極意義。本文主要從力學(xué)要求角度對灌漿套筒預(yù)制拼裝橋墩的施工監(jiān)督提出改進(jìn)措施和建議,通過試驗(yàn)現(xiàn)象對保障技術(shù)措施的重要作用進(jìn)行分析,從根本上保證預(yù)制拼裝橋墩施工質(zhì)量。

1 灌漿套筒拉伸件破壞模式

現(xiàn)澆橋墩鋼筋破壞模式只有1種,即鋼筋拉斷;預(yù)制橋墩套筒拉伸件破壞模式有3種:鋼筋拉斷、鋼筋拔出和套筒拉斷,如圖1所示。理想的情況為鋼筋拔出和套筒拉斷承載力必須不小于鋼筋拉斷,連接件破壞必須在連接件以外,套筒連接件承載力由連接鋼筋決定,如圖2所示。若能實(shí)現(xiàn)這種理想狀態(tài),則套筒拉伸件承載力與鋼筋等同,如圖3所示。但在材料或施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制不到位,可能出現(xiàn)鋼筋拔出和套筒拉斷情況。

圖1 套筒拉伸件與現(xiàn)澆橋墩鋼筋破壞模式對比

圖2 合格套筒連接承載力關(guān)系

圖3 現(xiàn)澆橋墩與鋼筋承載力關(guān)系

1.1 套筒抗拔試驗(yàn)

為驗(yàn)證套筒連接性能和對壓漿工人培訓(xùn)考核,在現(xiàn)場進(jìn)行1批套筒拉伸件抗拔試驗(yàn)。套筒拉伸件在現(xiàn)場制作,澆筑在混凝土承臺(tái)中。采用錨桿抗拔儀對套筒拉伸件進(jìn)行拔出試驗(yàn)。對普通鋼筋和套筒拉伸件進(jìn)行全過程破壞試驗(yàn)(見圖4),可以看出,鋼筋最終破壞為鋼筋拉斷,而套筒拉伸件試驗(yàn)最終破壞模式為套筒鋼筋拔出。套筒拉伸件試驗(yàn)全過程曲線如圖5所示,可以看出套筒拉伸件最大應(yīng)力能達(dá)到規(guī)范要求的621MPa。鋼筋錨固長度與鋼筋應(yīng)力關(guān)系如圖6所示,隨著鋼筋錨固長度增加,鋼筋應(yīng)力發(fā)揮越來越大,當(dāng)鋼筋錨固長度達(dá)9d時(shí),滿足規(guī)范要求。錨固長度達(dá)10d時(shí),具有較高的保證率可以達(dá)到規(guī)范要求。

圖4 套筒拉伸件抗拔試驗(yàn)

圖5 套筒拉伸件試驗(yàn)全過程曲線

圖6 鋼筋錨固長度與鋼筋應(yīng)力關(guān)系

從破壞模式來看,第1批試件在錨固長度為10d情況下,套筒拉伸件在單調(diào)加載下最終破壞模式為鋼筋拔出破壞,雖然強(qiáng)度滿足要求但不是理想破壞模式。事后查詢原因?yàn)?①試件壓漿時(shí)剛好下雨,工人未嚴(yán)格按水灰比配制漿料且混入雨水使水灰比增大,最終導(dǎo)致灌漿料強(qiáng)度下降;②實(shí)際橋墩自下而上豎向壓漿,而本批次套筒平放在地面進(jìn)行壓漿,有可能出現(xiàn)灌漿不飽滿現(xiàn)象。此次對壓漿培訓(xùn)工人壓漿后隨機(jī)測試的拉伸件表明:灌漿料嚴(yán)格按水灰比自下而上飽滿壓漿是最重要的施工工藝,需要有高度責(zé)任心的持證上崗人員才能保證拼裝橋墩施工質(zhì)量。

1.2 套筒循環(huán)加載試驗(yàn)

為模擬循環(huán)荷載下,套筒拉伸件性能,制作了第2批共10個(gè)鋼筋灌漿套筒循環(huán)加載連接件,試件分為2組,分別命名為A,B組,A組為高應(yīng)力反復(fù)拉壓至破壞試件,含有8個(gè)灌漿套筒試件;B組為大變形拉壓至破壞試件,含有2個(gè)灌漿套筒連接件且鋼筋不車絲,采用錨具連接。10個(gè)套筒連接件共發(fā)生了3種破壞現(xiàn)象,分別為鋼筋拔出破壞、鋼筋拉斷破壞、套筒中部斷裂3種現(xiàn)象,如圖7所示。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示(Fbvk為鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值),可以看出,試件抗拉強(qiáng)度與連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值比值Fu/Fbuk均≥1.10或接頭斷于鋼筋,滿足JGJ 107—2010《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》中Ⅰ級接頭強(qiáng)度要求及ACI 318—2011《結(jié)構(gòu)混凝土建筑規(guī)范要求》規(guī)定的type2類接頭強(qiáng)度要求。

表1 套筒高應(yīng)變和大變形測試結(jié)果

圖7 灌漿套筒破壞情況

10個(gè)試件在錨固長度不足的情況下出現(xiàn)了鋼筋拔出現(xiàn)象,表明施工過程中,控制施工誤差保證鋼筋有效握裹非常重要。在錨固長度為10d和灌漿料材料和施工工藝均合格的情況下,有1個(gè)拉伸件出現(xiàn)了套筒在中部拉斷現(xiàn)象,說明套筒中部也是灌漿套筒連接的潛在薄弱環(huán)節(jié),需加強(qiáng)灌漿套筒生產(chǎn)和檢驗(yàn),保證灌漿套筒為合格產(chǎn)品。

2 預(yù)制拼裝橋墩足尺橋墩破壞特點(diǎn)

為對灌漿套筒預(yù)制拼裝橋墩力學(xué)性能進(jìn)行探索,在施工現(xiàn)場進(jìn)行足尺橋墩加載試驗(yàn)。試驗(yàn)橋墩材料、施工過程、施工人員等與主線橋墩完全相同。試驗(yàn)加載過程如圖8所示。

圖8 試驗(yàn)加載過程

試件破壞最終情況如圖9所示。現(xiàn)澆橋墩破壞模式為鋼筋屈服,混凝土壓碎剝落,最終因?yàn)槎盏资芾瓊?cè)縱筋拉斷,承載力出現(xiàn)下降。預(yù)制橋墩受拉區(qū)變形集中在墩底與承臺(tái)(套筒底部)和套筒頂部。因套筒頂部存在止?jié){塞,套筒底部存在鑿毛后的坐漿墊層,相當(dāng)于受拉側(cè)鋼筋存在一段無黏結(jié)區(qū)段,緩解了鋼筋應(yīng)力集中,從而延緩了套筒頂部和底部縱筋拉斷。最終破壞模式為受壓區(qū)混凝土壓碎嚴(yán)重,受壓區(qū)縱筋出現(xiàn)壓屈變形,受壓區(qū)套筒與周圍混凝土出現(xiàn)剝離,封閉箍筋受拉分開,彎鉤由彎變直,而受拉區(qū)縱筋并未拉斷,如圖10所示。

圖9 試驗(yàn)受拉側(cè)最終破壞情況

3 質(zhì)量監(jiān)督關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼筋籠驗(yàn)收

隨機(jī)檢測的預(yù)制廠鋼筋籠如圖11所示。預(yù)制廠環(huán)節(jié)監(jiān)督要點(diǎn)為:①在套筒頂部需增設(shè)1道箍筋;②加強(qiáng)套筒質(zhì)量驗(yàn)收,套筒上部縱筋要插入套筒中間卡扣;③塞緊止?jié){塞,防止混凝土水泥漿漏至套筒內(nèi)部阻塞灌漿套筒及造成套筒上方混凝土內(nèi)部蜂窩。

圖11 套筒頂部增設(shè)1圈箍筋

3.2 拼裝過程

拼裝前,采用水性除銹劑對承臺(tái)外露鋼筋進(jìn)行除銹。拼接面需鑿毛,上表面鑿毛深度≤3mm;下表面鑿毛深度≥6mm,直至露出新鮮骨料并沖洗干凈。拼裝過程除了滿足施工規(guī)范中對中調(diào)平和垂直度等要求外,還有2點(diǎn)需注意:①承臺(tái)預(yù)留縱筋需注意防銹措施,如套PVC管防銹或利用除銹劑除銹,避免縱筋銹渣影響灌漿料與縱筋之間的黏結(jié)效果;②承臺(tái)預(yù)留縱筋長度要充分保證鋼筋插入套筒內(nèi)長度滿足10倍鋼筋直徑的要求,承臺(tái)外露鋼筋長度=10倍鋼筋直徑+坐漿層厚度,保證鋼筋錨固。

3.3 壓漿過程

預(yù)制橋墩壓漿如圖12所示。設(shè)計(jì)要點(diǎn)為:①灌漿料采用高強(qiáng)度無收縮合格產(chǎn)品。②水灰比符合要求。水灰比越大,漿料硬化后的空隙就會(huì)增多,導(dǎo)致強(qiáng)度下降,需要提供可靠的防雨水措施,避免雨水混入漿料中造成水灰比增大導(dǎo)致強(qiáng)度下降。③要從壓漿口壓漿,出漿口出漿。嚴(yán)禁再從出漿口補(bǔ)漿,造成“灌滿”的假象。

圖12 預(yù)制橋墩壓漿

4 結(jié)語

灌漿套筒預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)全過程跟蹤表明,灌漿料能否完全握裹承臺(tái)外露鋼筋是灌漿套筒技術(shù)成敗的決定因素。在施工管理方面需關(guān)注以下方面。

1)嚴(yán)格套筒壓漿持證上崗制度,嚴(yán)格按產(chǎn)品說明控制灌漿料水灰比,防止雨水混入灌漿料而改變水灰比。同時(shí)灌漿料需高速充分?jǐn)嚢杈鶆?保證灌漿料抗壓強(qiáng)度≥100MPa。

2)承臺(tái)預(yù)留縱筋需注意防銹措施,如套PVC管防銹或利用除銹劑除銹,避免縱筋銹渣影響灌漿料與縱筋之間黏結(jié)效果。

3)承臺(tái)預(yù)留縱筋長度要充分保證鋼筋插入套筒內(nèi)的長度滿足10倍鋼筋直徑的要求,承臺(tái)外露鋼筋長度=10倍鋼筋直徑+坐漿層厚度,保證鋼筋錨固。需要注意的是套筒有效握裹長度與承臺(tái)表面鑿毛深度無關(guān)。

綜上所述,灌漿套筒預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)是一種技術(shù)上安全可行的裝配式橋梁技術(shù)方案,但也存在施工管理精細(xì)化、灌漿料制漿壓漿要求嚴(yán)、鋼筋定位和長度誤差控制高等特點(diǎn),在所有裝配式技術(shù)中具有綜合性能最優(yōu)的技術(shù)性能,能夠滿足等同現(xiàn)澆的設(shè)計(jì)預(yù)期。