裝配式橋墩節(jié)段連接節(jié)點(diǎn)套筒灌漿飽滿(mǎn)度試驗(yàn)研究*

宋 琢，鄭小紅，刁 杰，陸文勝

(1.廣州市市政工程機(jī)械施工有限公司，廣東 廣州 510060； 2.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510641)

0 引言

套筒灌漿連接是目前裝配式橋墩節(jié)段拼接采用的主要方式之一[1]，在橋墩內(nèi)部預(yù)埋套筒，節(jié)段拼接后向套筒內(nèi)注入無(wú)收縮高強(qiáng)灌漿料，通過(guò)灌漿料與鋼筋、套筒間的黏結(jié)作用傳遞力，因此，套筒灌漿飽滿(mǎn)度對(duì)裝配式橋墩整體受力性能的影響較大。

由于套筒灌漿屬于隱蔽工程，且灌漿飽滿(mǎn)度檢測(cè)較困難，因此學(xué)者對(duì)多種檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，包括超聲波檢測(cè)法[2]、預(yù)埋傳感器法[3]、內(nèi)窺鏡檢測(cè)法[4]、X射線(xiàn)法[5]及預(yù)成孔法[6]等，但上述方法應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)仍存在一定局限性[7]。

GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[8]規(guī)定，當(dāng)鋼筋采用套筒灌漿連接時(shí)，灌漿應(yīng)飽滿(mǎn)、密實(shí)，但對(duì)灌漿是否飽滿(mǎn)、密實(shí)的確認(rèn)未給出明確規(guī)定。JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[9]規(guī)定，依據(jù)灌漿工藝、抗壓強(qiáng)度及施工過(guò)程資料對(duì)套筒灌漿連接試件進(jìn)行驗(yàn)收。實(shí)際施工過(guò)程中，當(dāng)灌漿料從出漿口溢出時(shí)，通常認(rèn)為套筒內(nèi)已灌滿(mǎn)灌漿料，隨即停止灌漿，灌漿質(zhì)量有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

考慮套筒類(lèi)型、出漿口形式等因素，設(shè)計(jì)9組試件，如表1所示，其中水平出漿口指導(dǎo)管出口與出漿口相平，套筒預(yù)埋定位較方便；垂直小導(dǎo)管出漿口指在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管，且小導(dǎo)管頂部高出套筒頂部。為減少隨機(jī)性，增加B1，T，B2組試件數(shù)量。

表1 試件類(lèi)型

1.2 試驗(yàn)材料

1)套筒

實(shí)際工程中使用帶環(huán)形肋及非對(duì)稱(chēng)定位肋鑄鐵套筒連接φ32縱向鋼筋，縮尺模型試驗(yàn)中使用帶環(huán)形肋鑄鐵套筒連接φ25縱向鋼筋，通過(guò)自制透明亞克力套筒觀(guān)察灌漿情況。

2)鋼筋

實(shí)際工程中采用φ32縱向鋼筋作為套筒連接件，縮尺模型試驗(yàn)中采用φ25縱向鋼筋作為套筒連接件，鋼筋等級(jí)均為HRB400。

3)灌漿料

采用無(wú)收縮高強(qiáng)灌漿料，根據(jù)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》[10]和JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[11]的規(guī)定，制作3組160mm×40mm×40mm(長(zhǎng)×寬×高)灌漿料試件，并測(cè)定試件強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示。《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》要求灌漿料3d抗壓強(qiáng)度≥60MPa，28d抗壓強(qiáng)度≥85MPa，由表2可知，灌漿料試件強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。測(cè)得灌漿料試件坍落度為320mm，滿(mǎn)足《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的灌漿料初始流動(dòng)度≥300mm的要求。

表2 灌漿料試件強(qiáng)度 MPa

1.3 試件制作

采用與實(shí)際工程相同的灌漿設(shè)備、灌漿料與灌漿工藝，由施工單位灌漿人員制作試件。為便于觀(guān)察，各試件出漿口處均設(shè)置透明亞克力管。在接縫處滿(mǎn)涂玻璃膠，防止漏漿。

我父親在省醫(yī)院看過(guò)，不過(guò)大醫(yī)院人多，幾百人排隊(duì)掛號(hào)、取藥。他可能意識(shí)到自己的病沒(méi)救了，整個(gè)人無(wú)精打采的，打完針就去睡覺(jué)，不愿和人說(shuō)話(huà)。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，父母親這么大年紀(jì)，去大醫(yī)院我們不放心，但在莫多寺曼巴照顧得十分周到，我心里特別感謝。在莫多寺看病，活佛讓他一邊服藥，一邊鼓勵(lì)他參加寺院的開(kāi)示和法會(huì)?？赡苁鞘芑罘鸬慕袒?，他完全放開(kāi)了，感覺(jué)他有精神了，人也開(kāi)朗了，有時(shí)還和我母親開(kāi)開(kāi)玩笑。[注]訪(fǎng)談人：歐陽(yáng)麗婷；訪(fǎng)談對(duì)象：云丹；訪(fǎng)談時(shí)間：2015年9月15日；訪(fǎng)談地點(diǎn)：青海省興?？h莫多寺。

除T組試件外，其他組試件制作過(guò)程如下：①采用鋼框架進(jìn)行定位，將鋼筋焊接在鋼框架上，保持豎直；②采用SG5型灌漿機(jī)進(jìn)行灌漿，保持合適的灌漿速度，當(dāng)灌漿料從出漿口溢出后，停止灌漿，利用密封塞封堵注漿孔，防止漏漿；③灌漿完成后，在實(shí)驗(yàn)室常溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28d。

荷載試驗(yàn)結(jié)束后，鑿開(kāi)裝配式橋墩縮尺模型墩柱底部，隨機(jī)取出6個(gè)預(yù)埋套筒(含套筒兩端連接鋼筋)，組成T組試件，用于較真實(shí)地模擬實(shí)際工程套筒灌漿連接節(jié)點(diǎn)。

為觀(guān)察灌漿速度對(duì)飽滿(mǎn)度的影響，先進(jìn)行自制透明亞克力套筒灌漿，通過(guò)調(diào)節(jié)灌漿機(jī)壓力，觀(guān)察不同灌漿速度下套筒灌漿飽滿(mǎn)度。需說(shuō)明的是，部分試件用于連接件拉伸試驗(yàn)，本研究未對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

1.4 試驗(yàn)方法

首先采用砂輪機(jī)軸向剖切套筒，觀(guān)察灌漿料軸向分布情況；然后在靠近套筒頂部和底部位置橫向剖切套筒，觀(guān)察灌漿料橫截面是否存在空洞，A2，B2，E2，F(xiàn)2組套筒由于內(nèi)部有定位肋阻擋，剖切時(shí)需借助其他工具?？芍苯佑^(guān)察自制透明亞克力套筒灌漿速度及灌漿結(jié)束后灌漿料回縮、氣泡等缺陷情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

除試件T-3，T-5套筒內(nèi)部存在空洞外，其余試件套筒灌漿基本飽滿(mǎn)。密封塞和灌漿速度對(duì)灌漿飽滿(mǎn)度的影響較大，如試件T-3套筒因底部密封塞移位而漏漿，灌漿速度太快時(shí)，灌漿料將沖出出漿口，導(dǎo)致虛滿(mǎn)。在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管有利于提高灌漿飽滿(mǎn)度。當(dāng)灌漿料內(nèi)部無(wú)明顯空洞時(shí)，灌漿料回縮現(xiàn)象不明顯。

2.1 軸向飽滿(mǎn)度

A1組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況如圖1所示，由圖1可知，A1組試件套筒灌漿飽滿(mǎn)，凸出部位與套筒內(nèi)部環(huán)形肋分布相對(duì)應(yīng)；水平出漿口的影響體現(xiàn)在試件A1-1上部，造成長(zhǎng)約12mm空洞。

圖1 A1組試件灌漿料軸向分布情況

B1組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況如圖2所示，由圖2可知，在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管有利于提高灌漿飽滿(mǎn)度，使試件頂部靠近出漿口位置基本灌滿(mǎn)，未出現(xiàn)空洞。

圖2 B1組試件灌漿料軸向分布情況

T組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況如圖3所示，由圖3可知，試件T-1，T-2，T-4，T-6灌漿飽滿(mǎn)，試件T-3內(nèi)部無(wú)灌漿料，試件T-5頂部出漿口以上約40mm無(wú)灌漿料。通過(guò)觀(guān)察，認(rèn)為試件T-3是由于底部密封塞移位導(dǎo)致漏漿，試件T-5是由于預(yù)埋出漿口為水平出漿口而未灌滿(mǎn)。綜上所述，對(duì)于預(yù)埋在墩柱內(nèi)的套筒，僅依靠出漿口灌漿料溢出判斷灌漿飽滿(mǎn)的做法存在不確定性。

圖3 T組試件灌漿料軸向分布情況

直接觀(guān)察E1，F(xiàn)1組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況，可知當(dāng)灌漿速度過(guò)快時(shí)，灌漿料沖出出漿口，造成灌滿(mǎn)假象；當(dāng)采用水平出漿口時(shí)，灌漿料從出漿口溢出后，出漿口頂部套筒無(wú)法灌滿(mǎn)。

A2組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況如圖4所示，由圖4可知，由于出漿口上端與套筒頂部距離較近，在保持低速灌漿的情況下，當(dāng)套筒頂部采用錐形厚橡膠密封塞時(shí)，如試件A2-1，套筒灌漿飽滿(mǎn)；當(dāng)套筒頂部采用平底圓形橡膠密封塞時(shí)，出漿口上端至套筒頂部灌漿不夠飽滿(mǎn)。需說(shuō)明的是，試件A2-1出漿口頂部錐形厚橡膠密封塞由廠(chǎng)家配置。受套筒內(nèi)部定位肋影響，撬開(kāi)套筒外殼時(shí)造成了灌漿料破損，并非灌漿缺陷。

圖4 A2組試件灌漿料軸向分布情況

B2組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況如圖5所示，由圖5可知，在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管后，各試件套筒灌漿飽滿(mǎn)。同樣受套筒內(nèi)部定位肋影響，撬開(kāi)套筒外殼時(shí)造成了灌漿料破損，并非灌漿缺陷。

圖5 B2組試件灌漿料軸向分布情況

直接觀(guān)察E2，F(xiàn)2組試件套筒內(nèi)部灌漿料軸向分布情況，可知E2，F(xiàn)2組試件套筒灌漿情況與E1，F(xiàn)1組試件類(lèi)似，當(dāng)灌漿速度過(guò)快時(shí)，灌漿料沖出出漿口，造成灌滿(mǎn)假象；當(dāng)灌漿速度較慢且采用水平出漿口時(shí)，灌漿料從出漿口溢出后，出漿口頂部套筒無(wú)法灌滿(mǎn)。在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管后，當(dāng)灌漿速度均勻、合適時(shí)，可保證套筒灌漿飽滿(mǎn)。

2.2 橫截面飽滿(mǎn)度

部分試件套筒內(nèi)部灌漿料橫向分布情況如圖6所示，由圖6可知，灌漿料橫截面無(wú)明顯空洞，個(gè)別試件存在2～4個(gè)小氣孔，氣孔直徑均≤1mm，可認(rèn)為灌漿飽滿(mǎn)。

圖6 試件灌漿料橫向分布情況

2.3 灌漿料回縮

試件養(yǎng)護(hù)28d后，通過(guò)觀(guān)察出漿口液面變化了解灌漿料回縮情況，可知出漿口灌漿料液面基本與灌漿結(jié)束后相平，表明灌漿料回縮量較小，可忽略不計(jì)。

3 灌漿飽滿(mǎn)度影響因素

試驗(yàn)結(jié)果表明，密封塞、出漿口形式和灌漿速度對(duì)灌漿飽滿(mǎn)度的影響較大，因此進(jìn)行重點(diǎn)分析。

3.1 密封塞

當(dāng)套筒底部采用平底圓形橡膠密封塞時(shí)，如A2，B2組試件，由于密封塞具有一定厚度，且與套筒底部貼合較好，可有效防止漏漿，本試驗(yàn)中采用該密封塞的套筒底部均未漏漿。套筒頂部應(yīng)采用錐形厚橡膠密封塞，可保證套筒頂部灌漿飽滿(mǎn)。如果將套筒頂部密封塞換成與底部相同的平底圓形橡膠密封塞，則出漿口上端至套筒頂部灌漿不夠飽滿(mǎn)，如試件A2-2。因此，套筒底部采用平底圓形橡膠密封塞、頂部采用錐形厚橡膠密封塞最合理。

當(dāng)套筒底部和頂部均采用螺紋齒旋式密封塞時(shí)，如A1，B1，T組試件，在密封塞旋緊的情況下，可達(dá)到密封效果，保證灌漿飽滿(mǎn)。但該密封塞較薄，施工過(guò)程中易移位，從而造成漏漿，如試件T-3套筒底部密封塞發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致底部未能密封，從而造成套筒內(nèi)部灌漿料全部流失。

3.2 出漿口形式

試驗(yàn)結(jié)果表明，在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管有利于提高灌漿飽滿(mǎn)度。當(dāng)設(shè)置水平出漿口時(shí)，根據(jù)連通器原理，在重力作用下，灌漿料到達(dá)出漿口后溢出，出漿口上端至套筒頂部灌漿往往難以飽滿(mǎn)。

3.3 灌漿速度

試驗(yàn)結(jié)果表明，如果灌漿壓力過(guò)大、速度過(guò)快，易導(dǎo)致灌漿料沖出出漿口，造成灌滿(mǎn)假象；如果灌漿壓力過(guò)小、速度過(guò)慢，由于灌漿料硬化較快，尤其是溫度較高時(shí)，易因灌漿料硬化堵塞灌漿機(jī)管道。

依托工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本試驗(yàn)結(jié)果，建議25℃下60～80s完成1根帶環(huán)形肋及非對(duì)稱(chēng)定位肋鑄鐵套筒灌漿，即灌漿速度為20～40mL/s。當(dāng)溫度較高時(shí)，宜增加灌漿速度，防止灌漿料硬化。

4 結(jié)語(yǔ)

1)密封塞、出漿口形式和灌漿速度對(duì)裝配式橋墩節(jié)段連接節(jié)點(diǎn)套筒灌漿飽滿(mǎn)度的影響較大。

2)套筒底部采用平底圓形橡膠密封塞、頂部采用錐形厚橡膠密封塞最合理。

3)在水平出漿口處設(shè)置垂直小導(dǎo)管有利于提高灌漿飽滿(mǎn)度。

4)建議25℃下灌漿速度為20～40mL/s。

5)本試驗(yàn)使用的灌漿料回縮不明顯。