套筒灌漿飽滿度監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用分析

楊旭輝，楊春白雪

（1.北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，北京 101107；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044）

0 引言

裝配式混凝土建筑預(yù)制構(gòu)件之間的連接主要通過鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)，灌漿質(zhì)量是此種連接施工的決定性因素，關(guān)系到建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性，國家及各省市出臺了多種標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范，如：“灌漿質(zhì)量的好壞對結(jié)構(gòu)的整體性影響非常大，應(yīng)采取措施保證孔道的灌漿密實(shí)”［1］；“灌漿質(zhì)量是鋼筋套筒灌漿連接施工的決定性因素，灌漿應(yīng)密實(shí)飽滿，所有出漿孔均應(yīng)出漿”［2］；部分省市還編制了相關(guān)從業(yè)人員職業(yè)技能培訓(xùn)考核教材［3］。但是，在套筒灌漿施工過程中，或由于工人技術(shù)不熟練、操作不當(dāng)、責(zé)任心不強(qiáng)，由于質(zhì)量監(jiān)管不到位，可能會出現(xiàn)灌漿不飽滿的情況，嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量，進(jìn)而影響裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全。2018年，南京發(fā)生了“空套筒”事件，一定程度上影響到全國裝配式建筑的健康發(fā)展。套筒灌漿質(zhì)量已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)，其飽滿度檢測方法也一直是各方亟待研究解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，常見的檢測方法主要有預(yù)埋傳感器法、預(yù)埋鋼絲拉拔法、X 射線成像法及后成孔內(nèi)窺鏡法等，實(shí)際應(yīng)用中或因準(zhǔn)確度不高或因成本過高或因操作不便，均沒有得到廣泛使用，且這些方法多側(cè)重于灌漿料凝固后的檢測，即便發(fā)現(xiàn)了不飽滿，也難以補(bǔ)救處理。

本文研究一種旨在加強(qiáng)灌漿施工過程中質(zhì)量控制的新技術(shù)——套筒灌漿飽滿度監(jiān)測器（以下簡稱“監(jiān)測器”），并以北京城市副中心職工周轉(zhuǎn)房項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用為例，詳細(xì)分析該監(jiān)測器的功能特點(diǎn)，為套筒灌漿施工質(zhì)量控制提供參考。

1 監(jiān)測器的設(shè)計(jì)原理

套筒在墻（柱）內(nèi)，從外到里為多層介質(zhì)交替：混凝土墻體-套筒-砂漿-鋼筋，加之灌漿料在徑向厚度很薄，現(xiàn)有的工程無損檢測技術(shù)難以對其進(jìn)行有效檢測，致使無法判斷套筒內(nèi)部漿料是否飽滿（見圖 1），給建筑結(jié)構(gòu)安全埋下隱患。

基于此，利用物理學(xué)中的連通器原理研發(fā)了監(jiān)測器：由透明塑料制成，呈“L”型，橫支為連接端，插入出漿口；豎支為監(jiān)測端，內(nèi)置彈簧和觀測桿（見圖 2）。灌漿前將監(jiān)測器連接端插入上出漿口，透明塑料堵頭插入下出漿口，漿料灌滿套筒后，會從上出漿口注入監(jiān)測器，當(dāng)監(jiān)測端漿料的高度高于套筒內(nèi)部空間最高點(diǎn)時，表示套筒內(nèi)已灌滿。如有漏漿，工人可以第一時間發(fā)現(xiàn)，待修補(bǔ)漏漿部位后補(bǔ)灌漿，直至灌滿（見圖 3）。這相當(dāng)于給墻（柱）內(nèi)的套筒安裝了一扇透明“天窗”，人們可以直觀地“看到”套筒內(nèi)部漿料是否飽滿（見圖 4）。

圖1 套筒內(nèi)部未知

圖2 實(shí)物圖

圖3 灌漿示意圖

圖4 現(xiàn)場應(yīng)用效果圖

2 監(jiān)測器的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 應(yīng)用案例概況

北京城市副中心職工周轉(zhuǎn)房位于通州區(qū)潞城鎮(zhèn)，建筑面積約為 139.3 萬 m2，包含有 104 棟職工宿舍樓，地下為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，地上為裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)，全部為鋼筋套筒灌漿連接，項(xiàng)目裝配率達(dá)到國標(biāo) AA 級要求，具有規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)高、工期緊等特點(diǎn)。該項(xiàng)目是北投集團(tuán)為副中心公務(wù)員設(shè)計(jì)建設(shè)的住宅項(xiàng)目，公司對套筒灌漿質(zhì)量非常重視，為了保證灌漿飽滿，在部分標(biāo)段使用了監(jiān)測器。

2.2 監(jiān)測重點(diǎn)和難點(diǎn)

在裝配式混凝土建筑現(xiàn)場施工中，由于鋼筋定位難度大、現(xiàn)澆部位平整度差等原因，轉(zhuǎn)換層是最難以保證套筒灌漿質(zhì)量的，且轉(zhuǎn)換層是上部樓層“生根”的地方，是裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全的重點(diǎn)控制層；其次是外墻，工人在室內(nèi)操作，不容易發(fā)現(xiàn)室外漏漿，灌漿難度大于內(nèi)墻，所以，轉(zhuǎn)換層和外墻是套筒灌漿飽滿度監(jiān)測的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.3 監(jiān)測過程分析

建設(shè)單位選擇 7 #、9 # 兩棟完全相同的樓做對比，單體建筑均為 10 層，1～3 層為現(xiàn)澆，4 層以上為裝配式，建筑面積為 6 090 m2，其中裝配式部分建筑面積為 4 263 m2，套筒數(shù)量為 5 488 個。7 # 樓使用監(jiān)測器灌漿，9 # 樓使用橡膠塞灌漿，在同樣施工環(huán)境和作業(yè)條件下，采集統(tǒng)計(jì)兩棟樓在發(fā)現(xiàn)漏漿數(shù)量、綜合工時、材料損耗等方面的數(shù)據(jù)。

灌漿施工從 2019 年 4 月 26 日開始，7 月 3 日結(jié)束，歷時 60 多天，經(jīng)歷了春、夏兩季。4、5 月份，氣溫適中，工人嚴(yán)格按監(jiān)測器使用手冊操作，及時發(fā)現(xiàn)漏漿并處理，套筒灌漿飽滿度顯著提升。進(jìn)入 6、7 月份后，氣溫升高，研究人員發(fā)現(xiàn)監(jiān)測器內(nèi)漿料比套筒內(nèi)漿料凝結(jié)的速度快，在灌漿完成 15 min 時，套筒內(nèi)漿料仍具有流動性，而監(jiān)測器內(nèi)的漿料已失去了流動性，若此時發(fā)生漏漿，監(jiān)測器內(nèi)漿料不回落，不但無法發(fā)現(xiàn)漏漿，還會誤導(dǎo)工人。研究人員經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、試用，在監(jiān)測端加裝了彈簧和觀測桿，給予漿料一定的回流壓力，在 39 ℃ 高溫下，保證 30 min 內(nèi)如有漏漿監(jiān)測器內(nèi)漿料仍能回落，起到了很好的監(jiān)測和保壓作用，不但保證了灌漿密實(shí)，還提高了工作效率。

在使用監(jiān)測器灌漿過程中，除發(fā)現(xiàn)正常的漏漿之外，還發(fā)現(xiàn)一種尚未被人提及的現(xiàn)象：在沒有發(fā)現(xiàn)漏漿的情況下，監(jiān)測器內(nèi)漿料仍然下降，研究人員稱之為“漿料自然回落”。分析其原因主要有四個：一是封倉前連通腔內(nèi)混凝土表面潤濕不充分，吸收漿料水分，漿料因失水而收縮，造成套筒內(nèi)漿料下降；二是連通腔內(nèi)有積水，漿料被稀釋，水分揮發(fā)后造成套筒內(nèi)漿料下降；三是攪拌機(jī)、灌漿機(jī)在攪拌漿料時產(chǎn)生過多的氣泡，如果靜置時間不夠，氣泡會隨著漿料進(jìn)入連通腔和套筒，氣泡破裂后造成套筒內(nèi)漿料下降；四是灌漿過程中工人操作不規(guī)范，一出漿便封堵，加之缺少保壓過程，漿料量不足，造成套筒內(nèi)漿料下降。封堵橡膠塞的方式，根本無法發(fā)現(xiàn)這種自然回落，如果回落量大，鋼筋的錨固長度便達(dá)不到 8 d，進(jìn)而影響建筑的結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)該引起足夠的重視。使用監(jiān)測器后，能及時發(fā)現(xiàn)套筒內(nèi)漿料回落，并給予回補(bǔ)，如果回補(bǔ)量不足，可以補(bǔ)灌漿，很好地解決了這一安全隱患。

2.4 監(jiān)測控制要點(diǎn)

1）灌漿前，將監(jiān)測器連接端插入上出漿口、透明塑料堵頭插入下出漿口，監(jiān)測端垂直向上；當(dāng)上出漿口緊挨或上下重疊時，應(yīng)保證監(jiān)測端向上角度≥ 45°；確保監(jiān)測器和透明塑料堵頭插入牢固，防止灌漿過程中脫落（見圖 5）。

2）灌漿過程中時刻觀察監(jiān)測端，等監(jiān)測器全部灌滿后，須再保壓一段時間：如果構(gòu)件較小須保壓 30 s，如果構(gòu)件較大須保壓 60 s（見圖 6）。

圖5 安裝監(jiān)測端

圖6 觀察監(jiān)測端

3）灌漿完成 5 min 后，觀察監(jiān)測器內(nèi)漿料液面是否下降，并對液面下降的監(jiān)測器做標(biāo)記。認(rèn)真檢查墻體周圍，發(fā)現(xiàn)漏漿（見圖 7）及時封堵，待封堵漿料凝固后立刻補(bǔ)灌漿，5 min 后再觀察監(jiān)測器內(nèi)漿料液面，如未下降，則視為補(bǔ)漿合格；如下降，重復(fù)上述操作。如果未發(fā)現(xiàn)漏漿部位，且漿料不低于監(jiān)測端二分之一處（觀測桿變徑處），待 5 min 后再次觀察，若液面和 5 min 之前一致，則證明套筒內(nèi)漿料飽滿；若不一致，則可能是漿料自然回落引發(fā)補(bǔ)償，須從相應(yīng)套筒灌漿孔進(jìn)行補(bǔ)灌漿，直至灌滿（見圖 8）。

4）灌漿完成 24 h 后，拆除監(jiān)測器和透明塑料堵頭，并檢查出漿口飽滿情況（見圖 9）。

圖7 發(fā)現(xiàn)漏漿

圖8 補(bǔ)灌漿

圖9 拆除并檢查灌漿飽滿情況

3 監(jiān)測器的應(yīng)用效果分析

3.1 項(xiàng)目應(yīng)用效果

灌漿施工過程中，灌漿工人詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)（見表 1）。

表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表 1

對比上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場施工的具體情況，可以得出以下結(jié)論。

1）使用監(jiān)測器后，套筒灌漿飽滿度達(dá)到 100 %。經(jīng)灌漿工人自查，7 # 樓所有的套筒出漿口均飽滿密實(shí)。7 月 15 日，建設(shè)單位請中國建筑科學(xué)研究院國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對 7 # 樓灌漿飽滿度情況進(jìn)行了檢測，分別從轉(zhuǎn)換層、標(biāo)準(zhǔn)層的外墻、內(nèi)墻、樓梯間隨機(jī)抽取了 10 個套筒，采用“后成孔內(nèi)窺法”檢測，結(jié)果顯示100 % 飽滿（見表 2）。

2）使用監(jiān)測器后，工人更容易發(fā)現(xiàn)漏漿。數(shù)據(jù)顯示，7 # 樓發(fā)現(xiàn)了 11 面墻漏漿（其中：內(nèi)墻 5 面、外墻 6 面），9 # 樓發(fā)現(xiàn)了 3 面墻漏漿（其中：內(nèi)墻 2 面、外墻1面）。如果漏漿，監(jiān)測端液面會下降，工人可以第一時間發(fā)現(xiàn)，基本做到了“有漏必現(xiàn)”。

3）使用監(jiān)測器后，節(jié)省了灌漿料、灌漿工人和灌漿時間。傳統(tǒng)方法需要 2～3 個工人配合封堵橡膠塞，使用監(jiān)測器后只需 1 人即可。同時，使用監(jiān)測器后，灌漿料節(jié)省 9.1 %、坐漿料節(jié)省 13.8 %、灌漿時間節(jié)省 13.8 %。

表2 檢測結(jié)果

續(xù)表 2

4）使用監(jiān)測器后，降低了質(zhì)檢人員的工作難度。傳統(tǒng)方法需要質(zhì)檢人員低頭逐個查看套筒出漿口有無漿料，一般只抽查 10 %［3］；使用監(jiān)測器后，工人和質(zhì)檢人員可以直觀便捷地看到套筒灌漿情況，且迅速完成100 % 的飽滿度檢查。

5）使用監(jiān)測器后，灌漿施工現(xiàn)場干凈整潔，提高了文明施工水平。

3.2 所獲榮譽(yù)

監(jiān)測器已獲得國家發(fā)明專利 14 項(xiàng)，其中：發(fā)明 1 項(xiàng)、實(shí)用新型 10 項(xiàng)、外觀設(shè)計(jì) 3 項(xiàng)；另，申請 PCT 國際專利 1 項(xiàng)。

2019 年 11 月，北京市住建委發(fā)布《北京市綠色建筑和裝配式建筑適用技術(shù)推廣目錄（2019）》，將監(jiān)測器列入第 84 項(xiàng)。同月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織“碧桂園杯第二屆全國裝配式建筑職業(yè)技能競賽”，指定監(jiān)測器作為評判參賽選手灌漿成績的工具。2020 年 5 月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《2019 裝配式建筑發(fā)展概況》，將監(jiān)測器寫入報(bào)告，評價其“有效解決了套筒灌漿操作過程中灌不滿、漏漿的問題”。

截至目前，監(jiān)測器已在北京及全國多個省市的近百個裝配式建筑工程項(xiàng)目中使用，建筑面積超過 200 萬 m2，得到了使用單位的一致認(rèn)可。住建部門領(lǐng)導(dǎo)評價其“小發(fā)明解決了大問題”，行業(yè)內(nèi)知名專家評價其“簡單的產(chǎn)品解決了許多高科技沒有解決的問題”，建筑企業(yè)評價其“花點(diǎn)小錢辦了大事”，灌漿工人稱之為“灌漿神器”。

4 結(jié)語

通過工程項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了監(jiān)測器具有非常好的功能效用：一是加強(qiáng)了套筒灌漿施工過程中的質(zhì)量控制，使這項(xiàng)隱蔽工程可視化，大大降低了灌漿難度、提高了灌漿質(zhì)量，基本可實(shí)現(xiàn) 100 % 灌漿飽滿；二是它像鏡子一樣照見了目前套筒灌漿施工的現(xiàn)狀，堵橡膠塞的方法存在先天缺陷，難以做到灌漿飽滿，需要改進(jìn)；三是拉近了中國普通工人和國外產(chǎn)業(yè)工人之間的技能差距，用實(shí)踐證明中國普通工人也能灌好漿。

監(jiān)測器很好地解決了套筒灌漿難以飽滿這一行業(yè)難題，有助于提升裝配式混凝土建筑的工程質(zhì)量，有利于全國裝配式建筑的健康發(fā)展。