裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋套筒灌漿的應(yīng)用

王 堅(jiān) ,顧海東,何 璐,戴祝泉

(1. 鯤鵬建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310053； 2.中建市政工程有限公司,北京 100161； 3. 龍信建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇 南通 226000)

近幾年來(lái),隨著行業(yè)政策[1]的推動(dòng),越來(lái)越多的民用建筑采用了預(yù)制裝配混凝土結(jié)構(gòu)體系,并逐漸成為今后發(fā)展的大趨勢(shì)。

預(yù)制裝配混凝土結(jié)構(gòu)是通過(guò)二次深化設(shè)計(jì),將建筑物的部分或全部構(gòu)件拆分為若干PC構(gòu)件,在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),受力主筋主要通過(guò)三種連接方式[2]中最為常用的鋼筋套筒灌漿進(jìn)行連接。這是保證結(jié)構(gòu)整體、受力傳遞、滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防要求的關(guān)鍵。由于鋼筋套筒灌漿連接的構(gòu)造復(fù)雜性、隱蔽性、人為作業(yè)對(duì)灌漿質(zhì)量控制的不一致性，以及構(gòu)件二次設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中存在的缺陷,實(shí)際應(yīng)用時(shí)問(wèn)題較為突出；而現(xiàn)階段各大科研機(jī)構(gòu)在構(gòu)件二次設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)實(shí)施的質(zhì)量影響，以及施工質(zhì)量控制和工法等方面的關(guān)注、研究與實(shí)施應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少,需要建立行業(yè)各方的信息交流。

今通過(guò)在項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用及相關(guān)問(wèn)題的同行交流、攻關(guān)和研究,使得相關(guān)突出問(wèn)題在實(shí)施中得以有效解決。

1 工程概況

龍信老年賓館位于海門(mén)市南海路與嘉陵江路交匯處,地下2 層,地上25 層,1～3層物業(yè)用房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),4～24層為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu),25層以上及屋面結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),建筑高度88.6 m,總建筑面積21 265.1 m2,采用預(yù)制框架+剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范和現(xiàn)有施工技術(shù)為基礎(chǔ),以綠色施工為目標(biāo),力求將本工程建設(shè)成預(yù)制裝配整體式框架+現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的示范工程。主要預(yù)制構(gòu)件包括：預(yù)制柱子、疊合梁、疊合板、預(yù)制樓梯段、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)欄板、PCF外墻板、預(yù)制外墻掛板。其中,預(yù)制柱子鋼筋連接、主次(疊合)梁節(jié)點(diǎn)鋼筋連接均采用灌漿套筒鋼筋連接技術(shù)。

2 豎向構(gòu)件連接遇到的質(zhì)量控制問(wèn)題

現(xiàn)在的預(yù)制裝配式豎向構(gòu)件(結(jié)構(gòu)柱、墻板等)多采用半灌漿套筒進(jìn)行安裝連接。

2.1 實(shí)施中存在的問(wèn)題

1)豎向構(gòu)件連接施工時(shí),下層錨固鋼筋因施工誤差導(dǎo)致偏位及插入上位構(gòu)件的連接套筒灌漿腔內(nèi)的錨固長(zhǎng)度不足。

2)因構(gòu)件水平縫及連通倉(cāng)的封縫，座漿砂漿的移動(dòng)或漏漿,導(dǎo)致套筒內(nèi)漿液的飽滿度不足。

3)多種施工操作誤差的積累導(dǎo)致套筒出漿口未能正常出漿。

①由于封縫或座漿的原因,導(dǎo)致砂漿進(jìn)入套筒下口,引起進(jìn)漿通道口徑變小或堵塞(圖1)；

②套筒內(nèi)部進(jìn)入了細(xì)石子、碎屑、粗粒徑的砂子等導(dǎo)致注漿孔徑變小或堵塞(圖2)；

③鋼筋或套筒的定位誤差使得兩者緊貼套筒內(nèi)壁,堵塞了灌漿口或排漿口(圖3)。

圖1 封縫砂漿堵塞套筒下口 圖2 套筒內(nèi)部被異物堵塞 圖3 鋼筋或套筒緊貼套筒內(nèi)壁

4)套筒注漿完成后的漿液回流現(xiàn)象。

5)帶有保溫和裝飾面反打的外剪力墻墻板水平接縫和套筒灌漿的飽滿度達(dá)到各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)的情況下,出現(xiàn)水平連接縫滲漏水問(wèn)題。

2.2 解決措施

1)在二次設(shè)計(jì)時(shí),盡可能統(tǒng)一主筋規(guī)格,避免在一個(gè)構(gòu)件中出現(xiàn)多種不同規(guī)格的灌漿套筒[3],并為每個(gè)構(gòu)件設(shè)二維碼信息標(biāo)注,便于信息追蹤管理,確保構(gòu)件的唯一性和可追溯性[4], 從而建立從套筒的管理、構(gòu)件加工、現(xiàn)場(chǎng)定位等各個(gè)工序銜接的統(tǒng)一保障；在現(xiàn)場(chǎng)則采用鋼制鋼筋位置定位模板輔助定位及檢驗(yàn)?zāi)０暹M(jìn)行校驗(yàn)復(fù)核(圖4),從技術(shù)層面控制加工廠與現(xiàn)場(chǎng)的誤差。

圖4 鋼制鋼筋位置定位模板

2)在座漿砂漿未達(dá)到終凝前,需完成構(gòu)件的吊裝和定位,通過(guò)下斜撐桿完成微調(diào)定位糾偏,并確保緊固螺栓的緊固質(zhì)量，避免構(gòu)件的移動(dòng)。在此基礎(chǔ)上再對(duì)構(gòu)件的底部約20 mm高的接縫處填塞封縫砂漿和25 mm直徑的PE棒或橡膠棒,將柱底部的縫隙填充密實(shí),另在柱底與樓面結(jié)構(gòu)縫隙部位的外側(cè)用外形尺寸與柱斷面尺寸一致的木方箍緊,防止泡沫條被柱腳連接套筒灌漿作業(yè)時(shí)的壓力擠出,影響灌漿料填充的密實(shí)度(圖5)。

圖5 水平縫封縫加固

外墻板水平縫連通倉(cāng)部位采用坐漿分倉(cāng),特別是機(jī)電類(lèi)管道預(yù)埋的部位,因不可控的密封問(wèn)題,易造成連通腔漏漿,分倉(cāng)范圍更需單獨(dú)細(xì)分。分倉(cāng)時(shí)用不流動(dòng)、不收縮的封縫座漿料鋪設(shè)在構(gòu)件下方的水平縫,將體積相對(duì)較大的倉(cāng)體分隔為若干個(gè)小倉(cāng)體(用便于抽出的PVC管作為分倉(cāng)時(shí)兩側(cè)的內(nèi)襯模板)。壓力泵增壓注漿的分倉(cāng)隔寬度控制在30～40 mm內(nèi),長(zhǎng)度方向單倉(cāng)分隔最大尺寸不宜超過(guò)1.5 m。事先可做相應(yīng)的試驗(yàn),單倉(cāng)最大不能超過(guò)3 m,因?yàn)閭}(cāng)體越大,灌漿阻力越大，灌漿壓力越大，灌漿時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)封縫的要求越高,灌漿不能密實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)也越大。而在采用手動(dòng)灌漿槍灌漿時(shí),分倉(cāng)隔墻單倉(cāng)長(zhǎng)度需控制在0.3 m內(nèi),寬度不大于20 mm。到達(dá)強(qiáng)度后再用15～20 mm厚封縫漿料將周圈密封壓實(shí)。

然后分別對(duì)單個(gè)腔體逐個(gè)注漿。當(dāng)個(gè)別接頭的漿液未能灌滿,還需先堵死已完成灌漿部位接頭的注漿口,然后針對(duì)未完成的接頭進(jìn)行單一加壓灌漿,直至漿液從排漿口溢出。

即使采取了上述措施,在灌漿過(guò)程中,封縫砂漿被擠出而出現(xiàn)溢漿的情況仍無(wú)法避免,此刻須立即采取措施進(jìn)行封堵(先用碎布、灌漿料袋或干粉灌漿料進(jìn)行臨時(shí)封堵,再用灌漿料拌合物、堵漏王等凝固速度快的材料進(jìn)行搶救性修補(bǔ)),效果明顯。但當(dāng)搶救作業(yè)無(wú)法確保在漿料的30 min初凝時(shí)間內(nèi)完成時(shí),必須立即用高壓水清洗套筒內(nèi)部,確保灌漿孔道暢通；然后重新封縫加固，待達(dá)到強(qiáng)度要求后重新灌漿。

3) 幾類(lèi)常見(jiàn)的套筒出漿口消堵預(yù)控方式

①分倉(cāng)座漿料鋪設(shè)時(shí)要高于構(gòu)件底面標(biāo)高,且中間高、邊緣低,以防空氣憋堵在構(gòu)件底部形成壓差。為防止座漿料在構(gòu)件下壓時(shí)被擠壓進(jìn)入套筒孔口范圍內(nèi),可在距離連接鋼筋外緣不小于40 mm處用便于抽出的PVC管作為分倉(cāng)砂漿兩側(cè)的內(nèi)襯模板,在構(gòu)件就位上下構(gòu)件表面結(jié)合密實(shí)后抽出內(nèi)襯。另外在構(gòu)件分倉(cāng)相對(duì)應(yīng)的位置做出分倉(cāng)標(biāo)記,記錄分倉(cāng)時(shí)間,便于指導(dǎo)灌漿。在封堵豎向構(gòu)件下部的封縫砂漿前用高壓氣體對(duì)各套筒進(jìn)行檢查,對(duì)發(fā)現(xiàn)堵塞的套筒先用鏨子剔除灌漿口處的砂漿；然后繼續(xù)用高壓氣體或水清洗灌漿通道,反復(fù)操作直到套筒腔體從進(jìn)漿口到排漿口通道的暢通。在后續(xù)的灌漿作業(yè)完成時(shí),需對(duì)該隱患套筒進(jìn)行單個(gè)灌漿復(fù)灌,待套筒的排漿孔溢出漿液后,即立即封堵注漿孔和排漿孔。確保灌漿密實(shí)。

②先用高壓水通過(guò)反向沖洗,清洗掉套筒內(nèi)部的灌漿料及堵塞物,保證灌漿通道暢通,在底部封堵加固后重新灌漿,并適當(dāng)降低灌漿速度。

③首先在套筒和鋼筋的采購(gòu)環(huán)節(jié),按套筒和鋼筋的材料容許公差范圍選定套筒和鋼筋的允許內(nèi)徑和外徑。在生產(chǎn)定位時(shí)其位移容許范圍控制在3 mm 以內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),遇到兩者緊貼,注漿腔內(nèi)空間不足時(shí),要采用鋼鏨插入注漿或排漿孔,用重錘敲擊,通過(guò)鋼筋變形來(lái)調(diào)整偏位,確保注漿孔徑。

4)對(duì)多個(gè)接頭連通灌漿過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦C氣現(xiàn)象造成連通倉(cāng)內(nèi)壓力較大不能充滿,易造成質(zhì)量事故,而且不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)。因此,實(shí)施中可以設(shè)置一根高于排漿口的排氣管,先將所有注漿口塞堵打開(kāi),封堵所有排漿口,從位于中間的接頭灌漿口開(kāi)始灌漿(禁止兩個(gè)注漿口同時(shí)灌漿),當(dāng)某一注漿口溢出漿液時(shí)及時(shí)用專(zhuān)用塞封堵,待所有注漿口均完成封堵后,同時(shí)打開(kāi)排漿口塞堵繼續(xù)注漿,待漿液從排漿孔溢出時(shí),依次封堵操作,待排氣孔漿液溢出時(shí),停止灌漿,其管內(nèi)漿液可有效補(bǔ)給套筒中的漿液回流[5]。同時(shí)復(fù)核注漿空間的計(jì)算用漿量與實(shí)際用量的差值,以注漿用量控制注漿質(zhì)量。

另在灌漿完成后,由于基面吸水或排氣造成的灌漿不飽滿現(xiàn)象,這時(shí)需采用較細(xì)的灌漿管從排漿口插入套筒進(jìn)行緩慢補(bǔ)漿。

5)帶有保溫和裝飾面反打的外剪力墻墻板,在組合安裝并在水平接縫和套筒灌漿的飽滿度達(dá)到各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)的情況下,反而大概率的出現(xiàn)水平連接縫滲漏水問(wèn)題。相對(duì)于沒(méi)有外裝飾層的外剪力墻墻板,更難有效處理。經(jīng)反復(fù)分析后試驗(yàn),在墻板底部愣腳內(nèi)側(cè)位置設(shè)置反虹吸溝泄壓引流,可以徹底解決,這需要在二次設(shè)計(jì)中予以考慮,同時(shí),墻板外側(cè)的配筋及套筒定位需刻意設(shè)置,使之既能保證反虹吸溝的幾何尺寸與定位,又要保證結(jié)構(gòu)連接的可靠性,同時(shí)需滿足墻板底部愣腳在設(shè)置反虹吸溝后的強(qiáng)度,避免在運(yùn)輸和安裝時(shí)破損,影響立面的完整性和美觀度。

3 水平向構(gòu)件連接遇到的質(zhì)量控制問(wèn)題

水平構(gòu)件連接多采用全灌漿連接接頭,其兩端均采用水泥灌漿連接。

3.1 實(shí)施中存在的問(wèn)題

水平構(gòu)件連接時(shí)插入套筒的鋼筋錨固長(zhǎng)度難以控制和檢查。

3.2 解決措施

對(duì)待接水平構(gòu)件插入套筒的錨固鋼筋長(zhǎng)度,需在安裝前完成插入深度控制標(biāo)記。由管理人員與班組長(zhǎng)共同在距連接鋼筋的端面以1/2同規(guī)格套筒長(zhǎng)度位置再加上100 mm位置,沿鋼筋縱肋分別用記號(hào)筆做出控制標(biāo)記線[6](圖6)。做標(biāo)記時(shí)需區(qū)分不同直徑的鋼筋及所對(duì)應(yīng)的鋼筋連接套筒內(nèi)錨固長(zhǎng)度值(需事先做好對(duì)比表),不能混淆,這項(xiàng)工作涉及結(jié)構(gòu)安全、非常關(guān)鍵。標(biāo)記工作,一般在水平構(gòu)件入場(chǎng)檢查時(shí),在地面或運(yùn)輸車(chē)上進(jìn)行,同時(shí)將鋼筋連接套筒穿上,并做好臨時(shí)固定。

圖6 鋼筋定位標(biāo)記

4 灌漿料的配置和使用存在的質(zhì)量控制問(wèn)題

高加水率的高強(qiáng)灌漿料——CGMJM-Ⅵ型是使用頻率高,質(zhì)量穩(wěn)定性能好的一種鋼筋接頭灌漿料。其初始流動(dòng)度≥300 mm,1 d抗壓強(qiáng)度≥35 N/mm2,28 d抗壓強(qiáng)度≥85 N/mm2。但在實(shí)施過(guò)程中同樣發(fā)現(xiàn)一些操作和質(zhì)量控制隱患,需要加以規(guī)范和管理。

1)因其速凝早強(qiáng)的性能,從加水?dāng)嚢栝_(kāi)始,務(wù)必在5 min內(nèi)充分?jǐn)嚢柰瓿?并在30 min內(nèi)完成灌漿作業(yè) ,對(duì)時(shí)間控制和工人的熟練度要求高。

2)對(duì)溫度控制的要求高。在預(yù)制構(gòu)件表面溫度高于30℃時(shí),就要預(yù)先采取降溫措施。灌漿料的適用環(huán)境溫度在5℃～40℃,拌合水水溫須控制在20℃～25℃,盡可能現(xiàn)取現(xiàn)用。這就要按照項(xiàng)目現(xiàn)狀制定對(duì)應(yīng)的材料溫控、儲(chǔ)存方案和措施,加以管理。

3)水灰比對(duì)灌漿料的成品強(qiáng)度影響非常大[5],會(huì)影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全, 屬現(xiàn)場(chǎng)的重點(diǎn)管控項(xiàng)。

因此拌合水的計(jì)量準(zhǔn)確度非常關(guān)鍵,每次攪拌都要秤量后加入,其誤差須精確至4%以內(nèi)。

5 結(jié) 語(yǔ)

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是新型建筑工業(yè)化主推的結(jié)構(gòu)形式,也是未來(lái)建筑的發(fā)展趨勢(shì)。該技術(shù)雖已經(jīng)歷了多年的探索和實(shí)踐,但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系、連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、施工、材料工藝、管理,檢測(cè)手段等均還處于不斷摸索、試驗(yàn)應(yīng)用和總結(jié)的階段。其中,作為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)核心技術(shù)之一的鋼筋套筒灌漿連接套筒內(nèi)的灌漿飽和度的質(zhì)量控制手段,受技術(shù)水平限制,尚不夠健全,人為因素的成分比較大。目前可采用預(yù)埋鋼絲拉拔法和預(yù)埋傳感器法進(jìn)行檢測(cè),在試點(diǎn)后發(fā)現(xiàn),前者屬事后檢測(cè),發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷后已無(wú)法有效修補(bǔ)；而后者尚處于試驗(yàn)階段,因其有效性、實(shí)時(shí)性和不小的成本總體尚不理想,還需進(jìn)一步探索更合理高效的監(jiān)測(cè)方式。

由于套筒灌漿連接的構(gòu)造復(fù)雜,又屬于隱蔽工程,質(zhì)量的實(shí)際管控難度很大。更多的質(zhì)量控制關(guān)鍵還是需憑借設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)人員的操作、管理經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心進(jìn)行質(zhì)量管控。借鑒德國(guó)、日本等裝配式建筑發(fā)達(dá)國(guó)家,目前主要還是需要通過(guò)研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、廠家,在源頭簡(jiǎn)化連接構(gòu)造，研發(fā)符合技術(shù)要求和施工工藝的構(gòu)配件和檢測(cè)手段,建立標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)、合理的工法和有效管理來(lái)保證灌漿的質(zhì)量[5]。同時(shí)通過(guò)各方的應(yīng)用、交流和探索,總結(jié)出了一套適合目前技術(shù)水平下,易于操作和管控的手段，可為同類(lèi)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的施工提供借鑒。