装配式关键技术：套筒灌浆施工研究与应用分享

时间：2019-03-14 11:01:35 来源：筑友建设

　　1、引言

　　钢筋套筒灌浆连接作为多高层装配式混凝土结构受力钢筋连接的主要方式，其质量状况直接影响到工程的结构安全。随着装配式混凝土结构在各地的大力推广和应用，钢筋套筒灌浆连接技术的可靠性和施工质量受到业内外的广泛关注。

　　本文基于钢筋套筒灌浆连接技术原理和质量影响因素的分析，结合近年来中民筑友对套筒灌浆关键施工技术的研究和应用成果，提出了钢筋套筒灌浆连接施工质量控制关键技术。

　　2、钢筋套筒灌浆连接原理

　　钢筋套筒灌浆连接接头主要由带肋钢筋、灌浆套筒和灌浆料三部分组成。其连接原理是：带肋钢筋插入套筒，向套筒内灌注微膨胀水泥基灌浆料，充满套筒与钢筋之间的间隙，灌浆料硬化后与钢筋的横肋和套筒内壁凹槽或凸肋紧密啮合，实现两根钢筋连接后所受外力的有效传递，钢筋套筒灌浆连接如图2-1所示。

　　图2-1 钢筋套筒灌浆连接原理(图片来源于网络)

　　钢筋套筒灌浆连接技术是由余占疏博士(Dr. Alfred A. Yee)在20世纪60年代所发明，广泛应用于日、美等高烈度地震设防地区多高层装配式混凝土结构工程，如图2-2。

　　日、美震害调查及国内外试验研究表明，在保证钢筋锚固长度、灌浆套筒和灌浆料性能指标及灌浆密实的情况下，钢筋套筒灌浆连接接头在承受地震作用和反复拉压荷载破坏时断于接头外钢筋，如图2-3所示。

　　图2-2 套筒灌浆连接国外工程应用 (图片来源于网络)

　　
图2-3 接头破坏图 (图片来源于网络)

　　3、套筒灌浆连接质量影响因素分析

　　中民筑友研究与应用发现，钢筋套筒灌浆连接质量影响因素遍布于构件深化设计、构件预制、构件安装及灌浆施工各个阶段。

　　(1)构件深化设计阶段

　　“设计奠定一切”，PC构件深化设计的质量及深度将直接决定PC构件连接的质量。

　　本阶段对套筒灌浆连接质量的影响主要包括：接头钢筋锚固长度及与灌浆套筒直径规格的匹配性、灌浆套筒的净距和加密区分布钢筋的布设、灌浆施工方式(采用连通腔灌浆施工方式时，设计核算结合面受力时应合理考虑和扣除分仓材料和封堵材料面积，并在设计文件中注明;采用单套筒灌浆施工方式时，则应在设计文件中明确坐浆材料强度等)、套筒灌(出)浆孔方位设置(需考虑灌浆施工的可行性，以便为可靠灌浆提供良好施工条件)等。

　　(2)构件预制阶段

　　预制阶段对套筒灌浆连接质量的影响主要包括：套筒质量、钢筋和套筒的定位精度、钢筋与套筒连接质量或钢筋预安装精度、外露钢筋接头成品保护、灌(出)浆管路出口高度、连接管路的通畅性等。

　　预制构件在现场安装时，钢筋顺利插入套筒，灌浆料充满套筒与钢筋间的间隙，连接质量才能达到设计要求，因此，预制构件连接钢筋和套筒位置的准确性、连接管路的通畅性，是保证现场顺利安装和灌浆密实的前提。

　　(3)构件安装及灌浆施工阶段

　　本阶段影响连接质量的主要因素包括：混凝土浇筑标高控制、吊装作业时结合面清理、成品保护(PC构件阳角破损程度可能影响封堵密闭性)、浆料力学和工作性能、灌浆部位密封质量和灌浆作业规范熟练程度、后续作业的扰动等。

　　灌浆的密实程度是影响钢筋连接质量的关键因素。中民筑友试验表明，影响接头区域灌浆密实度的关键因素是浆料流动度、流速(灌浆压力)和连通腔封堵的密闭性。现将浆料流速(灌浆压力)对灌浆密实度的影响简要分析如下：

　　根据施工特点，如图3-1所示的偏置接头是较为常见的情形，此时钢筋与套筒壁的间隙非常小甚至相互接触。由于毛细作用力将导致不同间隙间形成液面差，若该情形下灌浆速度过快，极可能在套筒内形成气泡或空隙，如图3-1所示。

　　图3-1 气泡形成过程图

　　4、灌浆施工工艺及质量检测

　　4.1套筒灌浆施工工艺

　　灌浆料、灌浆套筒检验合格，环境温度符合规定要求，预制构件安装就位准确后便可以进行灌浆施工作业。标准灌浆施工工艺如图4-1所示：

　　图4-1 灌浆施工工艺流程

　　4.2连接接头质量检测

　　接头钢筋锚固长度、灌浆套筒及灌浆料符合有关规定等的前提下，灌浆施工作业时确保灌浆饱满密实成为影响接头连接质量的关键。

　　由于套筒灌浆连接属于隐蔽工程，无法直观检查接头区域浆料的密实度，因此套筒灌浆连接的质量检验和评定受到业内外各界人士的广泛关注。

　　虽然有关专家学者提出了阻尼谐振法、X射线法、超声波检测等套筒灌浆连接质量的检测技术，其检测结果的准确性和工程适用性均有待进一步研究和验证，因而各国均将出浆孔是否均匀出浆或充盈作为灌浆施工质量的判定依据，同时把灌浆施工过程控制作为质量管控的重点。

　　中民筑友实验表明：在适当的工作压力条件下，浆料从下部灌浆孔道灌入，连通腔内空气从排浆孔道排出后，接头区域的浆料密实度容易得到保证。连通腔封堵密闭性、浆料流动度、流速(灌浆压力)是灌浆施工过程控制的关键。

　　5、灌浆施工质量控制关键技术

　　按照现有灌浆工艺要求，操作工人应分别在出浆孔稳定出浆及灌浆孔持压后及时封堵，一方面连通腔灌浆方式通常出现多点同步冒浆的情况对操作工人提出了较高要求;另一方面，当采用实心橡胶塞对排气孔进行封堵时由于灌浆压力不稳定，常导致橡胶塞冲出失效，灌浆孔封堵过程中浆料外流等均对灌浆密实度产生不利影响。

　　为保证灌浆施工质量，中民筑友针对灌浆施工过程控制的关键因素发明了专用灌浆堵头(排气塞、止回塞，如图5-1所示)，并对灌浆施工工艺进行了简化改进(图5-2)，具体如下：

　　连通腔封堵密闭性和灌浆孔道畅通性检查确认——灌浆前，在灌浆孔和出浆孔分别按压装入专用灌浆堵头——低压灌浆——观察排气塞是否充盈——待所有出浆口浆料充盈后持压30S，拔出灌浆嘴，灌浆完毕。

　　经过数值分析、试验验证及工程试用(图5-3-图5-5)表明，采用专用灌浆堵头有利于保证灌浆密实度、降低灌浆作业工人技能要求、提高灌浆效率、减少灌浆料浪费，同时改善现场形象。

　　图5-1 排气塞、止回塞(专利保护产品)

　　图5-2 简化灌浆工艺

　　图5-3 流体力学数值分析

　　图5-4 等比例模型实验

　　图5-5 工程应用

　　6、结语

　　钢筋套筒灌浆连接技术作为装配式混凝土结构受力钢筋常见连接方式在日、美、新加坡等国家已应用超过半个多世纪，并在工程实践中经受了多次强震检验，其连接技术本身成熟可靠。

　　由于影响套筒灌浆连接接头质量的因素较多，且我国引进并大规模推广应用此项技术的时间相对较短，工程实践中反映出的一些薄弱环节和现象应当引起高度重视，既不能视若无睹、置若罔闻，更不能因噎废食、半途而废。

　　在装配式建筑应用钢筋套筒灌浆连接技术的构件深化设计、构件预制、施工装配的全过程中，应坚持精细化管理，质量优先的理念。

　　灌浆施工过程中，在强化灌浆操作工人岗位技能培训和持证上岗、全过程旁站监督和影像记录等管理措施的同时，应重点把控灌浆施工关键环节，通过简化工艺、改进工装等方式加大技术研发和创新力度，用科技的力量推动装配式建筑高质量发展。

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