預制裝配式豎向結構套筒灌漿施工技術研究

詹霖偉

(福建六建集團有限公司 福建福州 350014)

0 引言

近年來，裝配式混凝土結構在國內飛速發(fā)展，得到國家層面的大力推廣。2016年國務院在《進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》中指出“力爭用 10 年左右時間，完成裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”的發(fā)展目標和要求[1]。各省市也針對裝配式建筑的發(fā)展相應出臺了對應的扶持和推廣政策[2-6]。2020年2月25日人社部將裝配式建筑施工員列入國家新職業(yè)，可見國家對裝配式建筑發(fā)展的重視程度。

鋼筋套筒灌漿連接技術是裝配式混凝土結構體系中混凝土結構構件之間連接的主要方式之一，并被廣泛運用于裝配式現(xiàn)場施工實際中[7]。裝配式結構構件之間連接質量的好壞，是否按照規(guī)范要求進行施工，成為影響裝配式混凝土結構后期結構安全的關鍵因素，此為裝配式混凝土結構的薄弱環(huán)節(jié)。加強對混凝土結構之間連接工藝的監(jiān)測和管理，規(guī)范現(xiàn)場施工操作成為把控裝配式建筑結構安全的重中之重。因此，本文對裝配式豎向構件套筒灌漿施工技術進行了研究。在行業(yè)標準《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》 JGJ 355-2015質量控制的基礎上，對細節(jié)施工工序進行補充和細化，并對出現(xiàn)質量控制要求和遇到問題的解決方法和改進技術進行闡述。

1 套筒灌漿技術機理分析

1.1 工作原理分析

套筒灌漿連接方式在國外應用較多，美國ACI明確將這種連接列入機械連接的一類，不僅將這項技術應用于預制構件受力鋼筋的連接，還用于現(xiàn)澆混凝土受力鋼筋的連接[8]。套筒灌漿連接由于其操作簡單，套筒預埋方便等優(yōu)勢逐漸在國內得到發(fā)展。

套筒灌漿連接方式主要是在裝配式混凝土構件中預埋用于連接用的灌漿套筒，在混凝土構件連接時，下層結構的定位鋼筋插入上層結構的套筒中，并在套筒中灌注水泥基灌漿料而實現(xiàn)的鋼筋連接方式，如圖1所示。灌注的水泥基底料是以水泥為基本原料，并加入適當?shù)募毠橇稀⑼饧觿┮约捌渌牧闲纬筛苫炝?，加水攪拌后具有較好的流動性，并具有早強、高強、微膨脹等性能的灌注料，填充于套筒與帶肋鋼筋間隙內。灌注料在凝結過程中發(fā)揮微膨脹的特性，并在套筒的約束作用下，增強鋼筋與套筒之間的摩擦力和握裹力，避免鋼筋和套筒之間發(fā)生滑移而使鋼筋連接件失效。構件之間的連接接頭分為全套筒灌漿連接接頭和半套筒灌漿連接接頭。

(a)全套筒灌漿連接頭

(b)半套筒灌漿連接頭

1.2 影響連接性能的因素

鋼筋套筒灌漿連接的連接性能直接影響著裝配結構體系的穩(wěn)定性和安全性，因此在滿足裝配式結構設計要求的同時，應明確影響連接性能的主要因素，并采取一定的防護措施避免連接性能受到影響，套筒灌漿連接性能的影響因素主要有以下幾個方面：

(1)灌漿套筒的力學性能和幾何構造

文獻[9]在總結其他學者實驗結果基礎上，提出灌漿套筒內部結構、幾何形狀、外部約束力和保護層厚度對套筒的黏結力以及對鋼筋的握裹力都有影響。套筒端部采用內縮的錐形結構可以增大灌漿料對鋼筋的約束作用。在套筒中加肋和凹槽可以提高漿料和鋼套筒之間的粘結力。套筒灌漿連接的力學性能應符合行業(yè)標準《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T 398的規(guī)定。文獻[10]對灌漿套筒類型和內表面形狀對鋼筋連接性能的影響進行了研究，結果表明，當套筒內肋間距在14 mm～28 mm范圍內時，灌漿料能夠有效地在鋼筋與套筒之間傳遞荷載。當套筒內肋間距過大時，灌漿料受力不均勻，距過小時，灌漿料易發(fā)生剪切破壞，甚至將鋼筋從套筒內拔出。

(2)灌漿料性能

灌漿料在鋼筋與鋼套筒工作過程中起著傳遞荷載的作用，因此灌漿料是否能夠承受荷載的作用以及是否能夠有效地傳遞荷載，是灌漿套筒連接件正常工作而不發(fā)生破壞的重要依據(jù)。灌注料的力學性能對整體連接性能具有較大影響[11]。根據(jù)《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》(JGJ355-2015)的要求在配制灌漿料時，灌漿料的工作性能應符合表1所示。根據(jù)文獻[12]的研究結果表明，當鋼筋的連接長度為80 mm時，灌漿料性能對連接件的抗拉能力具有較大影響，當灌漿料的強度設計值從60 MPa提高到80 MPa過程中，套筒灌漿連接件的承載能力提高了15%，可見灌漿料的性能對套筒灌漿連接的性能具有較大影響。

表1 套筒灌漿料的技術性能

(3)灌漿密實度

套筒灌漿連接件在灌漿過程中是否密實，對鋼筋與漿料之間的約束力以及粘結力具有較大影響。灌漿如果存在空鼓和不密實現(xiàn)象，對鋼筋套筒連接件的力學性能具有非常大的影響。工程項目上通俗做法是根據(jù)出漿口是否均勻出漿來判斷鋼筋套筒灌漿是否達到密實度要求。因此在進行灌漿過程中因嚴格把控灌漿速度以及觀察是否有漏漿的情況，在進行灌漿之前需要對灌漿孔道進行清洗，避免出現(xiàn)雜物影響漿料的質量。有條件的施工單位也可利用智能檢測灌漿飽滿性的儀器進行檢測[7]。根據(jù)文獻[13]的實驗結果可知，當套筒灌漿密實度達到60%以上時，連接件表現(xiàn)出套筒外鋼筋斷裂，最大抗拉強度與鋼筋抗拉強度有關，當灌漿密實度在60%以下，連接件主要表現(xiàn)為鋼筋拉出破壞。

(4)養(yǎng)護效果

在灌漿結束后對構件進行固定和維護，對于漿料后期強度的發(fā)展具有非常重要的意義。在養(yǎng)護期間應避免構件受到擾動，當漿料的同條件養(yǎng)護試塊強度達到35 MPa以上，方可進行后續(xù)施工。養(yǎng)護期間構件受到擾動會對連接接頭漿料的凝固產(chǎn)生影響，并不利于漿料強度的發(fā)展，因此在灌漿后養(yǎng)護時，應嚴禁構件受到擾動。

從以上影響套筒灌漿連接件連接性能的因素分析中可知，灌漿料的性能和密實度對套筒灌漿連接件的影響較大。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

某高層住宅項目總建筑面積為5.58萬m2，建筑占地面積約7560.96 m2，其中地上建筑面積約35 442 m2，地下建筑面積約20 340 m2。該項目含有4棟連體別墅和6棟復式高層住宅。工程中2#樓、3#樓以及5#樓采用部分裝配的方式進行施工，2#與5#樓第2層及第2層以上為裝配式混凝土結構層，3#樓第3層及第3層以上為裝配式混凝土結構層，項目總體預制率達20%以上。主要預制構件為：樓梯(PCLT)、疊合梁內墻(PCDNQ)、疊合梁外墻(PCDWQ)、內隔墻(PCNQ)以及外隔墻(PCWQ)，最重構件約4.9 t。該工程豎向構件的連接采用套筒灌漿連接。

2.2 施工流程

基底處理→預制構件吊裝→定位安裝→封倉與接縫處理→灌漿料準備→灌漿料流動度試驗→灌漿施工→接頭試驗→構件保護。

2.3 主要施工方法

2.3.1 基底處理

在進行構件吊裝之前需要對混凝土板面的基底進行清理，去除雜質。在高溫天氣需要對基底進行灑水，濕潤處理，但應避免出現(xiàn)積水。根據(jù)設計要求，對構件吊裝的位置進行定位測量放線，嚴格控制構件的安裝位置。對于下層混凝土鋼筋出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，應在吊裝之前及時進行除銹處理，并調整預留的鋼筋長度，避免出現(xiàn)鋼筋過長或者過短，鋼筋的長度和位置應符合設計要求。

2.3.2 預制構件吊裝

(1)鋼片墊高

在基底放置厚度可調整的鋼墊片，并根據(jù)標高測定結果進行厚度設置。鋼墊片的設置應使構件處于垂直和同一水平高度的狀態(tài)，并使預制混凝土墻構件與結構基底之間留有20 mm左右的縫隙。

(2)檢查構件

在構件吊裝之前，應檢查構件表面平整度以及重點檢查墻體構件內預埋的灌漿套筒內是否含有雜物，灌漿管路和出漿管路是否通暢，是否出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

(3)構件吊裝

利用塔式起吊機起吊預制墻體構件，在吊裝時應注意下層鋼筋與連接套筒應對中。采用以下措施保證上下層鋼筋的偏差控制，根據(jù)構件編號用鋼筋定位框進行限位，適當采用撐筋撐住鋼筋框，以保證鋼筋位置準確，混凝土澆筑完畢后，根據(jù)插筋平面布置圖及現(xiàn)場構件邊線或控制線，對預留插筋進行現(xiàn)場預留墻柱構件插筋進行中心位置復核，對中心位置偏差超過10 mm的插筋應根據(jù)圖紙進行適當校正。在吊裝的混凝土構件與下層鋼筋之間居中后，安裝斜撐。調節(jié)下排螺栓對預制墻體進行平整，采用靠尺，調節(jié)上排螺桿，進行垂直度控制并鎖緊螺桿安裝完畢，如圖2所示。

圖2 預制墻垂直度調整

2.3.3 封倉及接縫防水處理

當豎向構件寬度較大時，應進行分倉處理，避免因為倉體寬度過大，導致灌漿不密實影響后期套筒灌漿的連接性能。連通灌漿區(qū)域內任意兩個灌漿套筒間距離在1.5 m內，分倉的寬度應小于1.5 m。分倉可采用中間分倉或者三段式分倉等方式。

該工程采用構造防水和材料防水相結合的方式進行防水密封。采用外低內高企口縫、設置排水空腔等構造阻斷水的通路，達到防水目的。依靠防水材料阻斷水的通路，接縫嵌填耐候建筑密封膠、外掛墻板周邊設置橡膠空心氣密條。采用密封膠進行密封，以提高外墻面的防水性能。密封膠選用MS325 型耐候性建筑密封膠。采用TS020底涂劑進行打底以提高混凝土與密封膠粘結作用。

在施工時，采用鏟刀對接縫處進行處理，利用泡沫棒作為背襯材料封堵，并起到控制施膠厚度的作用，因為泡沫板具有膨脹性能可以起到防水效果。使用泡沫棒填充時，應防止泡沫棒受到破壞，并在其端部預留45°斜角，如圖3所示。接縫寬度與施膠厚度滿足下列要求: (1)接縫寬度B不小于10 mm; (2)當10 mm

圖3 涂底膠

2.3.4 灌漿料準備

灌漿機在進行攪拌前應加適當清水濕潤。灌漿料的配置根據(jù)產(chǎn)品使用報告，按照設計要求配合比進行配置。灌漿料采用標號為C60的高強砂漿拌制?！朵摻钐淄补酀{連接應用技術規(guī)程》中規(guī)定：灌漿料抗壓強度不應小于80 N/mm2，且不應大于95 N/mm2。灌漿過程中，灌漿機應隨時攪拌，避免灌漿料凝固，由于灌漿料早強的特性，因此在灌漿料攪拌完畢后必須要在30 min內使用，超過30 min不得使用。

灌漿料拌合物應制作標準試塊，試塊的大小為40 mm×40 mm×160 mm，試塊宜留置不少于2組，進行同條件養(yǎng)護和標準養(yǎng)護。

2.3.5 灌漿料流動度測試

灌漿料在攪拌完成后必須進行流動度測試，流動度測試要是不滿足要求，需要重新配置。灌漿料流動度影響灌漿套筒接頭灌漿料的密實度，如果流動度不夠，則連接接頭力學性能無法充分發(fā)揮作用，嚴重影響建筑物后期的結構安全。灌漿料拌合物的流動度測試應符合表1中流動度的要求，并且不得出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

2.3.6 灌漿施工

在灌漿操作之前，需要對灌漿孔和出漿孔通暢度進行檢驗，受堵情況下可用鋼筋進行疏通。在實際灌漿之前利用清水適當濕潤出漿孔，避免混凝土結構表面太干吸水，影響灌漿料的配合比和流動度。

利用灌漿機從灌漿孔中灌入灌漿料。灌漿時應保持一定壓力，灌漿壓力不用過大，避免沖掉封堵口，應控制在0.2 MPa～0.4 MPa之間。在整個灌漿過程中應保持灌漿的速度和壓力，中途不能停歇或終止。若出現(xiàn)終止的情況，應盡快恢復灌漿作業(yè)，并保證灌漿孔中的漿料符合流動度的要求。

同一個分倉應選用一個灌漿孔進行灌漿，不能同時兩個灌漿孔灌漿。灌漿應自下而上進行，待上部出氣口冒漿時，即視為灌滿應立即進行封堵。將灌漿應密實飽滿，所有出漿口均應出漿做為現(xiàn)場施工后灌漿是否合格的判定標準。在灌漿過程中如果出現(xiàn)部分出漿孔的漿液未出漿的情況，可以更換灌漿孔進行調整。當灌漿結束待灌漿料凝固后，可取下封堵口，檢查灌漿料是否密實和飽滿，所有的灌漿孔和出漿孔都應進行檢查。當密實度不符合要求時，應進行人工補料，灌漿示意圖如圖4所示。

圖4 灌漿示意圖

2.3.7 接頭試驗

套筒灌漿的接頭質量是裝配式工程需要重點把控的對象，灌漿套筒連接接頭的質量直接關系著裝配式工程的施工質量。因此在進行灌漿作業(yè)后，應留置接頭試件，并按試驗要求做好養(yǎng)護，當養(yǎng)護的齡期達到要求時，應將接頭試件送往試驗基地進行相關的抗拉試驗。

套筒灌漿連接接頭應滿足強度和變形性能的要求，在進行接頭性能試驗時，連接接頭的抗拉強度不應小于連接鋼筋的抗拉強度標準值，且破壞時應斷于接頭外鋼筋。

2.3.8 構件保護

掛禁止擾動的警示標志牌，避免連接件受到擾動從而破壞連接強度。當構件灌漿料的強度達到35 MPa后方可進入下一道工序。如果以時間維度來測量的話，環(huán)境溫度在15℃以上的地區(qū)，需保證構件在24 h內不得受到擾動。如果構件在5℃～15℃左右施工的話，需保證構件在48 h內不得受到擾動。5℃以下的地區(qū)應根據(jù)實際情況而定，對于環(huán)境溫度在5℃以下的地區(qū)可以采用構件加熱或者采用新型灌漿料的方式進行施工[14-15]。

2.4 質量控制要點

(1)嚴格控制原材料的進場檢驗，灌漿套筒應由接頭提供單位提交所有規(guī)格接頭的有效型式檢驗報告。鋼筋、水泥、砂漿等原材進場時應做好復檢和抽檢工作，符合國家有關規(guī)定的要求。

(2)進行拌合物灌漿時，應對拌合物的30min流動度、泌水率、豎向膨脹率以及抗壓強度等進行檢驗，并符合表1中的相關要求。拌合物應在30min內使用完畢，超過時限的灌漿拌合物不得再使用。

(3)灌漿過程應保持一定壓力，并使灌漿孔道的灌漿拌合物填充密實。在灌漿結束后應觀察灌漿液頁面，當灌漿液未達到要求時應進行補漿。

(4)在灌漿連接接頭強度發(fā)展過程中應保持構件不能受到擾動，并強度發(fā)展時間應根據(jù)當?shù)丨h(huán)境溫度和同條件養(yǎng)護試塊確定。

2.5 遇到問題與改進措施

問題1：在灌漿完畢30min后拔出出漿孔的堵塞，發(fā)現(xiàn)個別出漿孔漿液沒有達到標準要求的高度。

解決方法與改進措施：對沒有達到灌漿要求的孔道進行二次手動補漿。采用U型連通器連接在出漿孔，發(fā)現(xiàn)液面達到要求后再進行封堵。

問題2：個別出漿口沒有灌漿液流出。

解決方法與改進措施：對封堵的套筒混凝土進行鑿除清理雜物后進行封閉。在進行灌漿之前一定要確認管道通暢。

3 結論

裝配式混凝土結構的連接技術一直是裝配式技術安全推廣的重點，其連接效果和力學性能直接關系到裝配式構件體系的質量和安全。本文通過對某工程的豎向構件套筒灌漿技術現(xiàn)場應用實踐進行梳理，得到結論如下：

(1)灌漿套筒具有承載能力強、消除應力集中、耐疲勞性好的優(yōu)點，并且該項技術進行接頭連接時操作簡單，濕作業(yè)區(qū)域少，接頭性能強。在裝配式中具有很好的推廣前景。

(2)裝配式構件的連接技術是裝配式體系中的重要環(huán)節(jié)，施工中應加強對套筒灌漿過程的質量控制以及對原材的綜合把控。