單向閥灌漿工藝在預(yù)制拼裝橋梁中的應(yīng)用★

吳 偉 湯文軍

(1.上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433;2.上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200080)

相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆橋梁，裝配式橋梁在加快工程進(jìn)度、提高質(zhì)量安全、降低交通影響及綠色環(huán)保等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著近幾年我國(guó)橋梁技術(shù)的發(fā)展，裝配式橋梁由以前的上部結(jié)構(gòu)裝配式為主發(fā)展到涵蓋橋梁下部結(jié)構(gòu)墩柱及蓋梁的工廠化預(yù)制、承臺(tái)預(yù)留鋼筋埋設(shè)、橋梁附屬設(shè)施一體化預(yù)制等各個(gè)方面。橋梁預(yù)制拼裝的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是橋梁預(yù)制構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)，直接影響裝配式橋梁構(gòu)件的質(zhì)量及安全。

套筒灌漿連接工藝是通過(guò)向連接鋼筋的套筒內(nèi)注入灌漿料，通過(guò)三者之間的協(xié)同工作形成一個(gè)整體來(lái)保證構(gòu)件的連接及結(jié)構(gòu)的整體性，目前在預(yù)制拼裝橋墩中應(yīng)用較為廣泛。影響套筒灌漿連接工藝質(zhì)量的關(guān)鍵因素主要為套筒灌漿連接中灌漿飽滿度、插筋錨入深度、灌漿料本身的強(qiáng)度、鋼筋偏位等幾個(gè)方面。在預(yù)制拼裝橋墩施工過(guò)程中，目前對(duì)于套筒灌漿完成后灌漿密實(shí)度缺乏有效的檢測(cè)手段，因此對(duì)灌漿質(zhì)量的過(guò)程控制在工程實(shí)踐中顯得尤為重要。

1 裝配式橋墩灌漿套筒連接原理

橋墩套筒灌漿連接技術(shù)主要用于立柱與承臺(tái)、立柱節(jié)段間連接，通常在承臺(tái)中預(yù)埋立柱主筋模塊，預(yù)制立柱中預(yù)埋套筒與立柱每根主筋下端連接，立柱吊裝就位后套筒與承臺(tái)預(yù)埋鋼筋對(duì)插，通過(guò)注漿口向套筒內(nèi)注入具有良好的流動(dòng)性、早強(qiáng)、高強(qiáng)、硬化后微膨脹性能的灌漿料，灌漿料凝固后使立柱主筋與承臺(tái)預(yù)留插筋模塊以及套筒連接形成一個(gè)整體[1]，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的連接。

鋼筋套筒灌漿連接接頭是由專業(yè)加工生產(chǎn)出的套筒、鋼筋組裝和相應(yīng)配套的灌漿料的組合體。鋼筋連接用套筒通常分為全灌漿套筒、半灌漿套筒，按套筒單元組成又可以細(xì)分為整體式全(半)灌漿套筒、分體式全(半)灌漿套筒，預(yù)制拼裝橋墩中常用的是整體式全灌漿套筒。鋼筋連接用灌漿料通常為水泥基料，配以細(xì)骨料以及混凝土外加劑和其他材料組成的干混料，按照一定水灰比加水?dāng)嚢瑁霉酀{料加水?dāng)嚢韬罅己玫牧鲃?dòng)性、早強(qiáng)高強(qiáng)微膨脹等性能，在套筒內(nèi)灌漿料凝固硬化后使鋼筋與套筒內(nèi)壁之間形成較大的握裹作用，依靠各個(gè)材料之間相互黏結(jié)咬合的作用將套筒和鋼筋連接起來(lái)，從而將鋼筋錨固在套筒中形成整體實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的連接，如圖1所示。

鋼筋套筒灌漿連接接頭的優(yōu)點(diǎn)是性能可靠、適用性廣、安裝簡(jiǎn)便等。

2 套筒灌漿工藝

套筒灌漿連接工藝目前在預(yù)制拼裝橋墩中應(yīng)用較為廣泛[2]，其工藝特點(diǎn)是通過(guò)套筒內(nèi)灌漿料硬化后的高強(qiáng)早強(qiáng)微膨脹特性使鋼筋與鋼筋連接形成整體，套筒灌漿連接接頭的質(zhì)量直接決定橋梁預(yù)制構(gòu)件連接質(zhì)量與安全，而套筒灌漿接頭的質(zhì)量主要制約因素為鋼筋錨入深度、材料質(zhì)量、灌漿密實(shí)度等，其中灌漿密實(shí)度主要受現(xiàn)場(chǎng)灌漿工藝影響較大，因此在工程實(shí)踐中，加強(qiáng)對(duì)灌漿質(zhì)量的控制尤為重要。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于套筒灌漿完成后灌漿質(zhì)量雖然也開發(fā)了相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)與方法，包括無(wú)損檢測(cè)及破壞性檢測(cè)方法兩大類，破壞性檢測(cè)無(wú)法適用于常規(guī)已施工預(yù)制構(gòu)件，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要有預(yù)埋傳感器法、CT掃描技術(shù)、超聲波法及沖擊回波法等，但這些技術(shù)手段有著明顯的局限性，如CT掃描對(duì)設(shè)備要求較高且具有放射性，預(yù)埋傳感器法需要提前埋設(shè)傳感器成本較高、超聲波無(wú)法精確定位、沖擊回波法有精度小和量程的問(wèn)題，這些因素導(dǎo)致上述技術(shù)手段無(wú)法在工程中廣泛應(yīng)用，因此目前工程中尤其需要做好對(duì)灌漿質(zhì)量的過(guò)程控制，提高和改進(jìn)工藝，確保灌漿后套筒內(nèi)灌漿飽滿度。

傳統(tǒng)灌漿工藝采用人工或者機(jī)械設(shè)備進(jìn)行灌漿，注漿完成后需及時(shí)對(duì)注漿口進(jìn)行封堵，封堵方式通常采用橡膠塞、膠塞等措施堵住出漿口，如圖2所示。防止?jié){液外流。這種方法封堵出漿口需人工迅速及時(shí)將橡膠塞塞入，易發(fā)生因封堵不及時(shí)造成漿液由注漿口倒流，導(dǎo)致套筒內(nèi)漿液密實(shí)度降低，弊端明顯，因此亟需在實(shí)踐中進(jìn)行改進(jìn)。

3 預(yù)制拼裝橋墩單向閥灌漿施工工藝

3.1 預(yù)制立柱連接施工工藝

預(yù)制拼裝橋墩一般采用全灌漿套筒連接的預(yù)制拼裝施工工藝，承臺(tái)內(nèi)預(yù)留立柱插筋通過(guò)工廠化定型加工成模塊鋼筋骨架，與承臺(tái)鋼筋連接后現(xiàn)場(chǎng)澆筑。立柱底部布置套筒與立柱上部鋼筋連接，柱頂伸出蓋梁連接插筋或立柱節(jié)段間連接插筋,如圖3所示。

預(yù)制橋墩灌漿套筒埋設(shè)于立柱底，與立柱同時(shí)預(yù)制，通過(guò)柱底套筒連接承臺(tái)預(yù)留插筋，一般采用全灌漿套筒連接方式，套筒上端留有出漿口，下部設(shè)置注漿口。選用人工或機(jī)械設(shè)備灌漿，從下端灌進(jìn)，灌滿后由出漿口溢出，灌漿完畢后封閉灌漿口，待灌漿料硬化后，由于其微膨脹特性分別與鋼筋和灌漿套筒握裹作用，實(shí)現(xiàn)鋼筋連續(xù)可靠傳力的連接構(gòu)造，如圖4所示。

立柱通過(guò)柱底套筒連接承臺(tái)預(yù)留插筋，通過(guò)柱頂預(yù)留插筋連接分節(jié)立柱或蓋梁底套筒。立柱現(xiàn)場(chǎng)就位后，進(jìn)行軸線標(biāo)高及垂直度調(diào)節(jié)，調(diào)整完畢后在承臺(tái)與立柱拼接面鋪設(shè)砂漿墊層，砂漿墊層一般采用60 MPa專用做漿料，厚度為2 cm～3 cm；攤鋪砂漿完成，進(jìn)行下放立柱，立柱沿四周倒角限位板下放，并復(fù)測(cè)下口中線，中心墊塊未受力前可再次進(jìn)行微調(diào)。下放過(guò)程中確保四周都有漿液擠出，保證坐漿密實(shí),如圖5所示。

坐漿完畢后對(duì)套筒進(jìn)行灌漿作業(yè)，套筒灌漿采用C100專用灌漿料，通過(guò)每個(gè)套筒下部的注漿口進(jìn)行有壓注漿，完成整個(gè)拼裝工藝。

3.2 灌漿套筒連接單向閥灌漿施工

3.2.1 灌漿套筒連接流程

灌漿連接工藝流程：濕潤(rùn)及清理套筒→安裝L型出漿管→稱量干料及水→慢速拌合(1 min)→快速拌合(不少于5 min)→漿料倒入灌漿設(shè)備并連接壓漿口壓漿→出漿管出漿→持續(xù)出漿后(不少于2 s)停止壓漿保壓后封堵注漿口→下一個(gè)套筒(見圖6)。

3.2.2 單向閥灌漿

注漿口采用單向閥門設(shè)計(jì)，采用直通式PVC單向閥門，通過(guò)螺紋連接在注漿口管路上，單向閥的工作原理是：流體由進(jìn)口注入，只能沿進(jìn)口向前流動(dòng)，出口介質(zhì)卻無(wú)法回流。出漿口采用L型管，管口朝上。灌漿時(shí)接入注漿閥門口，漿液?jiǎn)蜗蜃⑷?，待L型出漿口管口漿液溢出至少2 s，調(diào)低設(shè)備壓力保壓30 s，關(guān)閉閥門，停止注漿(見圖7)。

工程使用的套筒灌漿料為C100高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料，水灰比為0.12，拌合前需分別稱重干料及水。拌漿設(shè)備采用自制攪拌機(jī)，如圖8所示。攪拌時(shí)間為5 min～6 min。一般60 MPa砂漿墊層的終凝時(shí)間為4 h，灌漿需在墊層砂漿達(dá)到終凝后方可進(jìn)行。

灌漿施工前需檢查壓漿設(shè)備如圖9所示，要齊全、狀態(tài)完好；灌漿套筒進(jìn)行潤(rùn)濕處理，從出漿口注水沖洗，然后用氣槍將筒內(nèi)殘留水漬沖干凈后，將L型PVC管安裝于出漿口，該L型管管口超出出漿口約10 cm。灌漿料拌合需預(yù)先潤(rùn)濕攪拌頭及攪拌倉(cāng)，然后依次將精確稱重的干料及水放入，開啟攪拌機(jī)進(jìn)行秒表計(jì)時(shí)。拌合時(shí)先進(jìn)行1 min的慢速初拌，然后進(jìn)行4 min～5 min的高速拌合，攪拌至漿料沒有干料存在為止，最后靜置2 min放出拌合物中的氣泡。

將拌合好的灌漿料倒入灌漿機(jī)，開始進(jìn)行單向閥灌漿，灌漿機(jī)槍口插入立柱下部單向閥接口，將漿料通過(guò)單向閥注入套筒，套筒內(nèi)空氣以及漿料由上方L型出漿口排出。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及首件灌漿經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，一般70 s左右漿料將升至出漿口L管口，待出漿L型管排出漿液約2 s后調(diào)低設(shè)備的壓力，開始保壓約0.1 MPa 30 s，以確保套筒內(nèi)灌漿密實(shí)，待壓漿管壓力穩(wěn)定后關(guān)閉單向閥門，拔出灌漿管，停止注漿。

傳統(tǒng)的注漿口封堵方式一般為采用橡膠塞封堵，拔出灌漿管道封堵橡膠塞時(shí)間間隔不宜超過(guò)1 s，避免漿體溢出，造成灌漿不實(shí)。實(shí)際施工操作過(guò)程中，橡膠塞封堵操作不便，很容易發(fā)生封堵不及時(shí)造成漿液流出導(dǎo)致灌漿不密實(shí)。因此改進(jìn)了一種注漿口封堵措施，采用單向閥門連接注漿口，注漿完畢可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的形式直接關(guān)閉注漿口，然后撤出送漿管即可。整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)便易于操作，直接關(guān)閉閥門即可實(shí)現(xiàn)停止注漿，單向球閥可確保漿液不會(huì)倒流，漿液不流出，配合L型管出漿及保壓措施，可確保套筒內(nèi)漿體液面以及有效排出套筒內(nèi)空氣，提高套筒灌漿密實(shí)度，從而在過(guò)程控制環(huán)節(jié)保證了灌漿密實(shí)度和質(zhì)量。

3.2.3 施工過(guò)程中質(zhì)量控制要點(diǎn)

影響套筒灌漿連接工藝質(zhì)量的關(guān)鍵因素主要為套筒灌漿連接中灌漿飽滿度、插筋錨入深度、灌漿料本身的強(qiáng)度、鋼筋偏位等幾個(gè)方面，因此在施工過(guò)程中為確保套筒連接接頭質(zhì)量，主要從灌漿工藝、構(gòu)件安裝精度、材料準(zhǔn)入等方面控制施工質(zhì)量，其中灌漿工藝質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在如何確保套筒灌漿密實(shí)度上。

首先是投入使用的套筒灌漿料應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，灌漿料應(yīng)在拼裝前一天進(jìn)行1 d臨期抗壓強(qiáng)度測(cè)試，I≥35 MPa方可用于現(xiàn)場(chǎng)拼裝連接，漿料拌合后應(yīng)同步留置試塊，每個(gè)拼接面不少于3組，用于測(cè)試1 d,3 d,28 d臨期抗壓強(qiáng)度。其次是在灌漿前應(yīng)再次檢查灌漿套筒，確保套筒內(nèi)腔通暢，對(duì)灌漿套筒進(jìn)行潤(rùn)濕處理但不能有積水；采用單向閥工藝進(jìn)行灌漿施工，應(yīng)確保采用的單向閥產(chǎn)品質(zhì)量，且單向閥與注漿管口安裝緊密，閥門有效無(wú)漏；注漿過(guò)程確保L型管口出漿至少2 s后開始保壓，保證灌漿密實(shí)性；灌漿施工應(yīng)保持連續(xù)注入，為避免突發(fā)狀況，現(xiàn)場(chǎng)需配備應(yīng)急注漿機(jī)械。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)目前常用的鋼筋套筒灌漿技術(shù)在預(yù)制拼裝橋墩中的鋼筋連接套筒灌漿工藝進(jìn)行了相對(duì)詳細(xì)的介紹，為了確保灌漿飽滿度，對(duì)常規(guī)注漿工藝進(jìn)行了改進(jìn)，首次采用單向閥注漿方式，并在S7公路等工程應(yīng)用中取得了顯著成效。

鑒于目前對(duì)套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的局限性，灌漿套筒灌漿質(zhì)量在工程中的普適性和推廣度受到極大限制，因此在套筒灌漿質(zhì)量控制中，過(guò)程控制顯得尤為重要。套筒灌漿施工工藝過(guò)程控制，需嚴(yán)格把控好每個(gè)環(huán)節(jié)，如水泥基灌漿料質(zhì)量、連接接頭飽滿度、鋼筋定位等，其中對(duì)灌漿飽滿度的質(zhì)量控制這個(gè)重要環(huán)節(jié)，本文采用的單向閥注漿口注漿+L型出漿口的注漿工藝，工藝構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性強(qiáng)，施工過(guò)程中操作簡(jiǎn)便易于控制，有效保證灌漿飽滿度，通過(guò)在S7工程一系列預(yù)制橋墩拼裝過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，其工藝可靠性和方便性也得到了廣泛認(rèn)可。目前上海地區(qū)的預(yù)制拼裝橋墩的連接方式主要為灌漿套筒連接和金屬波紋管連接，灌漿套筒連接技術(shù)近些年經(jīng)過(guò)嘉閔高架、S7公路、兩港大道、龍東大道等工程實(shí)踐的廣泛應(yīng)用，已漸趨成熟，逐漸在長(zhǎng)三角地區(qū)乃至全國(guó)逐漸推廣開來(lái)。套筒灌漿密實(shí)度一直是裝配式建筑行業(yè)中關(guān)注的問(wèn)題，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)預(yù)制拼裝橋梁施工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的許多針對(duì)套筒灌漿質(zhì)量的檢測(cè)手段均存在一定的局限性，為了保證套筒灌漿質(zhì)量，一方面需要工程技術(shù)人員結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行創(chuàng)新和完善，另一方面需做好施工過(guò)程的質(zhì)量控制，即優(yōu)化改善灌漿施工工藝，做好灌漿過(guò)程的質(zhì)量控制，從而確保灌漿質(zhì)量[3-6]。