套筒灌漿飽滿度監(jiān)測器工程應用研究*

高潤東, 王卓琳, 李向民, 朱永明, 許清風, 楊旭輝, 楊春白雪

(1 上海市建筑科學研究院有限公司 上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032；2 上海城建物資有限公司，上海 200438；3 北京市住房和城鄉(xiāng)建設委員會，北京 101107；4 北京建筑大學建筑與城市規(guī)劃學院，北京 100044)

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接作為裝配式混凝土結構豎向構件的主要連接方式,一般采用連通腔灌漿,即從一個套筒灌漿孔灌漿,漿體首先流入連通腔,然后再依次向上流入與連通腔連通的各個套筒,直至各個套筒的灌漿孔和出漿孔出漿并封堵。隨著我國裝配式混凝土建筑的不斷發(fā)展進步,預制構件吊裝、連通腔封堵、灌漿實施等工藝不斷提升,但大量工程檢測表明,仍存在一定比例的套筒灌漿不飽滿現(xiàn)象。尤其是在連通腔封堵密實、套筒灌漿孔和出漿孔正常出漿的前提下,事后檢測仍會出現(xiàn)不飽滿的情況,分析原因可能與灌漿速度過快、持壓不充分、封堵不及時等因素有關[1-2]。目前,這些關鍵環(huán)節(jié)均依賴人工操作,沒有統(tǒng)一的量化指標,很難達到精確控制,導致灌漿質量的不穩(wěn)定性和不確定性客觀存在。為有效克服這些問題,YANG X H[3]發(fā)明了一種套筒灌漿飽滿度監(jiān)測器,可對套筒內漿體回落起到有效補償作用。為驗證該監(jiān)測器的適用性和有效性,開展了工程試點的專項應用研究。

1 監(jiān)測器簡介

套筒灌漿飽滿度監(jiān)測器(簡稱監(jiān)測器)由透明塑料制成。監(jiān)測器為“L形”,橫支呈階梯狀,用于插接出漿孔,豎支呈圓筒狀,內置彈簧和標桿,用于監(jiān)測灌漿料流動,且持續(xù)保壓;堵頭為“一字形”,用于插接灌漿孔,兩者配合使用。如前所述,套筒灌漿連接一般采用分倉連通腔灌漿,即從一個套筒灌漿孔灌漿,漿體首先流入連通腔,然后再依次向上流入各個套筒。在套筒出漿孔安裝“L形”監(jiān)測器,套筒出漿孔出漿后可繼續(xù)流入監(jiān)測器,如果套筒內漿體有回流,監(jiān)測器內的漿體在彈簧作用下,可以有效補償套筒內回流的漿體。如果分倉連通腔中的每個套筒均安裝了監(jiān)測器,基于連通器原理,各監(jiān)測器之間會形成聯(lián)動作用,有助于調節(jié)套筒灌漿的飽滿性。監(jiān)測器組成及安裝灌漿過程如圖1所示。

圖1 監(jiān)測器組成及安裝灌漿過程

在現(xiàn)場共進行了5次試用,上海市建筑科學研究院有限公司聯(lián)合上海城建物資有限公司和北京精簡建筑科技有限公司對監(jiān)測器做了3次改進,形成第四代產(chǎn)品(圖2)。第一代產(chǎn)品中“L形”監(jiān)測器豎管頂部有5個出氣孔;第二代產(chǎn)品中“L形”監(jiān)測器豎管頂部有1個出氣孔,同時增加用于監(jiān)測漿體回落位置的紅色塑料細棒(標桿);第三代產(chǎn)品在第二代產(chǎn)品基礎上,在“L形”監(jiān)測器豎管頂部中間孔周圍均勻增加5個出氣孔;第四代產(chǎn)品基于第三代產(chǎn)品,在紅色塑料細棒根部墊片均勻增加4個豁口。

2 工程試點應用研究

2.1 第一次試用(第一代產(chǎn)品)

在4片預制混凝土剪力墻套筒灌漿中進行了試用,均為連通腔灌漿。灌漿前在墻體所有套筒出漿孔處安裝“L形”監(jiān)測器,在除與灌漿管相連的灌漿孔外其他灌漿孔處安裝“一字形”堵頭,然后實施灌漿(圖3),灌漿完成后,與灌漿管相連的灌漿孔也用“一字形”堵頭封堵。

圖3 安裝監(jiān)測器并灌漿

灌漿后監(jiān)測器內充滿了漿體(圖4)。將監(jiān)測器上蓋打開后,漿體會上冒(圖5),說明一個監(jiān)測器打開釋放壓力后,其他監(jiān)測器內安裝的彈簧會聯(lián)動發(fā)生下壓作用,這種聯(lián)動作用對于調節(jié)灌漿的均勻飽滿性具有很好的作用。

圖4 監(jiān)測器內充滿漿體

圖5 打開上蓋后漿體上冒

不同工程所用套筒的出漿孔尺寸不一,盡管監(jiān)測器水平段考慮了一定的收縮長度,但有時需要纏繞一定厚度的膠帶才能適用出漿孔的尺寸(圖6),建議適當延長水平段收縮長度,增大適用范圍。堵頭也存在類似問題。初次灌漿飽滿后,如果漿體回落,由于監(jiān)測器豎管內壁沾染了漿體,有的無法看出漿體液面回落位置,需要打開上蓋才能確定(圖7),建議通過改進克服此類問題。

圖6 水平段纏繞膠帶

圖7 打開上蓋確定回落位置

2.2 第二次試用(第二代產(chǎn)品)

針對第一次試用提出的建議對監(jiān)測器進行了系列改進。特別是在監(jiān)測器豎管中增加了紅色塑料細棒(圖8),以便確定監(jiān)測器豎管內漿體的高度,即漿體液面的回落位置需要確定2個數(shù)據(jù):第1個為灌漿前量測的紅色塑料細棒的初始伸出長度,記為a;第2個為灌漿結束5min后量測的紅色塑料細棒的伸出長度,記為b;則b-a為灌漿結束5min后漿體的高度。改進后,在6片預制混凝土剪力墻灌漿過程中進行了試用,均為連通腔灌漿。

圖8 增加用于監(jiān)測漿體位置的紅色塑料細棒

監(jiān)測器豎管的頂部,在改進前留有5個孔,增加紅色塑料細棒后,只留有1個孔,且紅色塑料細棒還占據(jù)了孔的一部分,具體如圖9所示。由于排氣孔變少、變小,在灌漿過程中,空氣不能及時排出,導致爆漿率增加,現(xiàn)場共灌了6片墻,結果爆漿3片。爆漿后監(jiān)測器中的漿體瞬間完全回落(圖10)。建議增加紅色塑料細棒后,“L形”監(jiān)測器豎管的頂部留置孔數(shù)量不宜少于5個。

圖9 頂部留孔情況

圖10 爆漿后監(jiān)測器中的漿體回落情況

2.3 第三次試用(第三代產(chǎn)品)

針對第二次試用提出的建議,在監(jiān)測器豎管頂部的中間孔周邊均勻鉆了5個孔,共有6個孔(圖11)。改進后,在3片預制混凝土剪力墻(分別為1號、2號、3號墻體)灌漿過程中進行了試用,均未出現(xiàn)連通腔爆漿的情況。

圖11 頂部出氣孔改進

1號和2號墻體灌漿5min后,監(jiān)測器豎管內的漿體基本保持飽滿。3號墻體在灌漿5min后,監(jiān)測器中的漿體有所回落(圖12),主要是因為墻體背面預制和現(xiàn)澆結合部位密封不嚴,發(fā)生漏漿(圖13),這正好反映出監(jiān)測器對漏漿很敏感,可以實時監(jiān)測灌漿飽滿情況。

圖12 第三次試用情況

圖13 預制和現(xiàn)澆結合部位漏漿

2.4 第四次試用(第三代產(chǎn)品)

為提高測試的可靠性,又開展了第四次試用,所采用的監(jiān)測器同第三次,仍為第三代產(chǎn)品。共試用2片預制混凝土剪力墻,均未出現(xiàn)連通腔爆漿的情況。

1號墻體共15個套筒(圖14),其中,1～8號套筒為同一個灌漿倉,9～15號套筒為另一個灌漿倉,分兩次灌漿。2號墻體共4個套筒(圖15),1～4號套筒為同一個灌漿倉,一次灌漿。灌漿前,在各套筒出漿孔均安裝了監(jiān)測器;灌漿過程中,1號墻體6號和11號套筒及2號墻體3號套筒因鋼筋偏位,開始時下部灌漿孔不能正常出漿,采用沖擊鉆適當沖擊處理后均可正常出漿;各套筒出漿孔均正常出漿,灌漿結束時,所有監(jiān)測器的豎管內均充滿漿體,5min后未發(fā)現(xiàn)漿體有明顯回落。

圖14 第四次試用1號墻體灌漿情況

圖15 第四次試用2號墻體灌漿情況

2.5 第五次試用(第四代產(chǎn)品)

在前面四次試用基礎上,又將紅色塑料細棒根部墊片增加4個豁口(圖16),以進一步增加通氣能力。本次試用主要研究同一片墻體只有部分套筒安裝監(jiān)測器監(jiān)測套筒灌漿飽滿性的效果。第四代產(chǎn)品同時具備出氣孔和豁口,出漿更容易且沒有導致爆漿。但如果墻體長度超過1.5m,且沒有按照標準要求進行分倉灌漿,當在墻體中部套筒灌漿,漿體流到墻體邊緣時,由于經(jīng)歷路程較長,漿體中的水分被連通腔內壁和套筒內壁吸收,漿體的流動度變差,導致安裝在墻體邊緣套筒出漿孔的監(jiān)測器不能正常出漿,拔出監(jiān)測器發(fā)現(xiàn)其水平管中已存在漿體,但由于漿體粘稠無法繼續(xù)上升至豎管,如圖17所示。因此,安裝監(jiān)測器的預制構件仍必須按照標準要求進行合理分倉再進行灌漿。

圖16 第四代產(chǎn)品改進

3 鉆孔內窺鏡法校核灌漿飽滿性

對第二次、第四次、第五次試用情況采用鉆孔內窺鏡法[4-5]進行校核。第二次和第四次試用后校核的墻體,全部套筒均安裝監(jiān)測器;第五次試用后校核的墻體,只有部分套筒安裝監(jiān)測器。

3.1 同一墻體全部套筒安裝監(jiān)測器

從第二次和第四次試用的墻體中,根據(jù)監(jiān)測器豎管中漿體的高度,選擇部分具有代表性的套筒進行鉆孔內窺鏡法校核,校核結果如表1所示。

表1 全部套筒安裝監(jiān)測器的校核結果

由表1可見,兩次復核的14個套筒,當監(jiān)測器豎管中漿體高度大于0時,內窺鏡校核結果為灌漿飽滿。當漿體高度等于0時,灌漿可能飽滿,如第二次3號套筒;灌漿也可能不飽滿,如第二次7號套筒。以上表明,當同一墻體全部套筒安裝監(jiān)測器時,只要監(jiān)測器豎管中漿體高度大于0,可以判斷監(jiān)測器對應的套筒灌漿飽滿。

3.2 同一墻體部分套筒安裝監(jiān)測器

從第五次試用的墻體中,選擇兩片預制混凝土墻體進行校核,墻體A共7個套筒,在1號套筒和4號套筒的出漿孔安裝監(jiān)測器;墻體B共7個套筒,在1號套筒和7號套筒的出漿孔安裝監(jiān)測器。校核結果如表2所示。

表2 部分套筒安裝監(jiān)測器的校核結果

由表2可見,如果同一墻體部分套筒出漿孔安裝監(jiān)測器(不少于20%),由于監(jiān)測器的布置可促使灌漿工人更加重視灌漿質量,可有效提升灌漿飽滿度的總體水平,部分墻體可以保證所有套筒均灌漿飽滿,如墻體A;但由于大多數(shù)出漿孔沒有布置監(jiān)測器,也還存在少數(shù)灌漿不飽滿的情況,如墻體B的4號套筒灌漿缺陷深度為17.73mm、6號套筒灌漿缺陷深度為20.52mm。以上表明,當同一預制混凝土剪力墻僅部分套筒安裝監(jiān)測器(不少于20%)時,沒有安裝監(jiān)測器的套筒仍可能存在灌漿不飽滿的情況。事后檢測灌漿不飽滿的套筒,應及時進行注射補灌[6-7]。

4 結論與建議

(1) 應用套筒灌漿飽滿度監(jiān)測器的預制構件,需按照標準要求進行合理分倉,并保證底部接縫封堵質量合格;當套筒內鋼筋偏位嚴重影響出漿時,須對鋼筋采用沖擊鉆適當沖擊回位后再安裝監(jiān)測器。

(2) 經(jīng)過對監(jiān)測器的不斷改進,可保證灌漿時不發(fā)生爆漿,可通過紅色標桿直觀了解監(jiān)測器內漿體高度。當監(jiān)測器豎管中漿體高度大于0,可以判斷監(jiān)測器對應的套筒灌漿飽滿。

(3) 當預制混凝土剪力墻同一分倉內僅部分套筒安裝監(jiān)測器(不少于20%)時,沒有安裝監(jiān)測器的套筒仍可能存在灌漿不飽滿的情況。建議實際工程中每個套筒都安裝一個監(jiān)測器,以確保每個套筒灌漿飽滿。

(4) 實際應用時,對于每個套筒均安裝監(jiān)測器的情況,建議灌漿后監(jiān)測器豎管中漿體高度應達到豎管高度一半或以上,且間隔5min后漿體高度保持不變或回落位置不超過豎管高度一半;如不滿足應隨即進行二次灌漿,確保所有套筒灌漿飽滿密實。