魯文斌

湖南省第五工程有限公司（412000）

0 前言

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)的大多數(shù)組件都是在工廠(chǎng)預(yù)制的，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝和安裝。大量預(yù)制構(gòu)件之間的多個(gè)水平和垂直連接是預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)。桿套式注射接頭由于其穩(wěn)定的機(jī)械性能，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)以及較短的工期而被廣泛使用。套筒灌漿連接件本身尺寸較小，且內(nèi)部的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致很多隱藏問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)灌漿過(guò)程中，將出現(xiàn)松散的灌漿，灌漿漏水和鋼筋斷裂。文章介紹了鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)，并總結(jié)了灌漿缺陷和灌漿密度檢測(cè)方法的進(jìn)展。

1 鋼筋套筒灌漿連接

鋼筋套筒灌漿技術(shù)是在1960年發(fā)明的，最初用于檀香山的38層酒店建筑。鋼筋套筒灌漿技術(shù)有良好的連接性能，易于安裝。自1970年以來(lái)，鋼筋套筒灌漿技術(shù)已在歐洲和美國(guó)廣泛使用。之后，被引入并推廣到日本。近年來(lái)，我國(guó)逐漸引入了這項(xiàng)技術(shù)。鋼筋套筒灌漿接頭是一種鋼筋接頭，是通過(guò)在鋼筋中填充非收縮、快速凝固、高強(qiáng)度的無(wú)機(jī)漿液和特殊的套筒接頭以固化并硬化泥漿而形成的。套筒包括完全灌漿的鋼制套筒和半灌漿的鋼制套筒。套筒最初設(shè)計(jì)為具有光滑內(nèi)部和外部的單個(gè)圓柱體。有學(xué)者嘗試向套筒中添加螺旋箍筋，這種結(jié)構(gòu)可以有效減少鋼滑移的發(fā)生。套筒灌漿最初應(yīng)用于海洋平臺(tái)中樁腿和基礎(chǔ)鋼管樁的連接（如圖1所示）。鋼管與套筒間灌注水泥基灌漿料，以減少鋼管撓曲變形并防止腐蝕。連接強(qiáng)度的大小主要取決于鋼管和灌漿料接觸面上的黏結(jié)強(qiáng)度。鋼管和灌漿料之間的黏結(jié)力主要由鋼管和水泥漿之間的化學(xué)膠著力、摩擦力和機(jī)械咬合力三部分組成。套筒灌漿連接主要有半套筒式、內(nèi)套筒式、外套筒式三種構(gòu)造形式。

圖1 鋼筋套筒

有國(guó)外學(xué)者等對(duì)灌注膨脹水泥漿套管連接在純彎和彎剪兩種荷載條件下的試驗(yàn)和有限元分析研究。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灌注膨脹水泥漿套管連接在靜力荷載作用下具有較高的承載力，并且具備較好的延性。在有限元分析研究中建立了合理的分析模型，得到了灌注膨脹水泥漿套管連接灌漿體及內(nèi)外管在外荷載作用下的應(yīng)力分布情況，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了分析模型的可靠性。

2 鋼筋套筒灌漿連接接頭的施工質(zhì)量缺陷

灌漿的質(zhì)量對(duì)鋼筋套筒灌漿接頭的實(shí)際承載能力有非常重要的影響。灌漿的密度會(huì)影響灌漿組件的制造精度和現(xiàn)場(chǎng)人員的技術(shù)水平。水泥漿不稠密，水泥漿泄漏，鋼筋被切割或放錯(cuò)位置，主要原因是涂層中有異物，使注漿變得困難。注漿操作不規(guī)范，導(dǎo)致注漿泄漏和缺陷；組裝或安裝精度很差，并且在被迫到位時(shí)鋼筋會(huì)被切開(kāi)。周奎、陳燕清[1]等人提出鋼筋的穿透長(zhǎng)度越大，就越難于在現(xiàn)場(chǎng)組裝，使用單軸拉伸試驗(yàn)測(cè)試了具有不同構(gòu)型節(jié)點(diǎn)的連接性能。結(jié)果表明，隨著側(cè)向約束的增加，鋼筋的錨固長(zhǎng)度縮短到鋼筋直徑的9倍左右（如圖2所示），可避免一些施工質(zhì)量缺陷。初步得出結(jié)論，對(duì)于普通的加固套管，套管底部的錨固長(zhǎng)度（8 d）小于30 mm的缺陷不會(huì)影響接頭的強(qiáng)度。

圖2 缺陷長(zhǎng)度增加時(shí)鋼筋發(fā)生刮犁式拔出

通過(guò)對(duì)單位荷載滑移率的分析，得到不同的變形特征:

在公式（1）中，φ是鋼筋的變形，δ是SY01引申計(jì)的心軸之間的距離，PU是最大載荷，Lm是錨定長(zhǎng)度；缺陷位置、缺陷長(zhǎng)度、厚度和缺陷的變化會(huì)導(dǎo)致滑移率發(fā)生變化。數(shù)值分析結(jié)果表明，水平注入缺陷對(duì)樣品的承載能力影響最大，平均損傷缺陷大于最終缺陷，但小于均勻分布缺陷。在以前的研究中，通過(guò)軟件測(cè)試和模擬了由不同灌漿缺陷引起的相應(yīng)失效模式，并概述了加強(qiáng)套筒灌漿連接的措施，其結(jié)果表明連接有效。當(dāng)連接強(qiáng)度不足時(shí)，將導(dǎo)致鋼筋拔出故障、灌漿材料分裂故障、灌漿材料拔出故障和殼體拔出故障。了解灌漿缺陷的破壞機(jī)理對(duì)檢測(cè)方法的選擇具有指導(dǎo)作用。

3 鋼筋套筒灌漿連接接頭施工質(zhì)量缺陷的檢測(cè)

套管注漿密實(shí)度的檢測(cè)方法有以下幾種。

3.1 集成傳感器方法

集成傳感器方法的原理是使用特定的激勵(lì)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)阻尼傳感器以產(chǎn)生一定的振動(dòng)頻率。當(dāng)振動(dòng)器周?chē)慕橘|(zhì)的彈性模量較大時(shí)，振幅衰減較快。可以通過(guò)振幅和頻率的變化來(lái)確定振動(dòng)器周?chē)h(huán)境的狀態(tài)。通過(guò)試驗(yàn)研究，劉子業(yè)[2]等人發(fā)現(xiàn)傳感器的埋入方法和灌漿材料的流動(dòng)性將對(duì)采用集成阻尼振動(dòng)傳感器的方法測(cè)量鋼筋套筒灌漿密實(shí)度的結(jié)果產(chǎn)生影響。如果測(cè)試結(jié)果完全不同，請(qǐng)檢查鋼筋套筒是否泄漏或灌漿混合物的液位是否下降。

3.2 瓶坯開(kāi)孔方法

瓶坯開(kāi)孔方法的主體是瓶坯開(kāi)孔裝置。灌漿施工完成后，將設(shè)備放在灌漿口中，以代替橡膠進(jìn)行密封。灌漿材料固化后，可以將成孔桿拉出以形成檢測(cè)通道，并且可以重復(fù)使用主成孔裝置。國(guó)外學(xué)者試驗(yàn)證明，預(yù)鉆方法結(jié)合內(nèi)窺鏡三維成像技術(shù)可以測(cè)量套管中灌漿材料上表面與測(cè)量透鏡之間的距離，以準(zhǔn)確計(jì)算出填充物的飽滿(mǎn)度。

3.3 阻力檢測(cè)法

防灌漿材料由骨料、膠凝材料和其他輔助材料組成。其導(dǎo)電性能隨著灌漿材料水化時(shí)間的增加而降低。通過(guò)此功能，可以使用電阻測(cè)量方法來(lái)檢查灌漿是否已滿(mǎn)。郭輝等人建議使用電阻器檢測(cè)套管中的漿液，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，阻力法可以實(shí)時(shí)檢測(cè)套管內(nèi)的灌漿是否充滿(mǎn)。

3.4 沖擊回波法

沖擊回波法是一種用于混凝土的無(wú)損檢測(cè)方法，主要用于混凝土缺陷、預(yù)應(yīng)力隧道灌漿和填充鋼管的密實(shí)性等工程質(zhì)量測(cè)試的研究和應(yīng)用。該方法使用瞬時(shí)機(jī)械沖擊產(chǎn)生的低頻應(yīng)力波來(lái)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。曹亞棟[3]等人首次使用沖擊回波法測(cè)試了鋼筋混凝土襯砌的灌漿密實(shí)度，并測(cè)試了不同類(lèi)型的鋼筋混凝土襯砌和灌漿的密實(shí)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，中間加固水泥漿樣品可以定性判斷水泥漿的密度，但試驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差。對(duì)帶有雙排加強(qiáng)套管的樣品進(jìn)行定性判斷是不可能的。

3.5 超聲波檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)法是指使用具有波形顯示功能的超聲波檢測(cè)器來(lái)測(cè)量聲學(xué)參數(shù)，例如超聲波脈沖波在混凝土介質(zhì)中的傳播速度，第一波的振幅和接收信號(hào)的頻率，并根據(jù)這些參數(shù)及其相對(duì)變化確定具體缺陷。通過(guò)理論和試驗(yàn)研究，聶東來(lái)等人在致密灌漿材料增強(qiáng)套管和分離灌漿材料增強(qiáng)套管中獲得了兩條超聲波傳播軌跡。該方法用于分析套筒灌漿密實(shí)度的可行性。李東升等人采用超聲波波導(dǎo)法進(jìn)行檢測(cè)，初步建立了一套襯砌灌漿縫缺陷檢測(cè)系統(tǒng)。

3.6 X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)是具有特定波長(zhǎng)的電磁波通過(guò)物體時(shí)，其強(qiáng)度減弱。不同材料的衰減也不同。當(dāng)光穿過(guò)物體時(shí)，使用特定的檢測(cè)設(shè)備記錄透射光的強(qiáng)度，即可獲得物體內(nèi)部的投影圖像。張福文等人建議，使用便攜式X射線(xiàn)技術(shù)測(cè)試灌漿套管的密實(shí)度，但測(cè)試結(jié)果表明X射線(xiàn)僅適用于測(cè)試200 mm厚灌漿和李子套管的壓實(shí)預(yù)制剪力墻套管。有學(xué)者提出了一種結(jié)合X射線(xiàn)和半損傷技術(shù)的檢測(cè)方法，即在不切割受力鋼筋的情況下，去除部件的混凝土部分，并放置成像板以傳輸成像，從而解決了問(wèn)題。X射線(xiàn)檢測(cè)是關(guān)鍵，受外殼設(shè)計(jì)和元件厚度限制。

3.7 埋入式鋼絲拉制法

埋入式鋼絲拉制法是一種檢測(cè)胎體灌漿密實(shí)度的方法，即在應(yīng)用灌漿之前，埋入式鋼絲，灌漿材料在一定時(shí)間內(nèi)被固化。去除嵌入的金屬絲，并根據(jù)拉伸載荷的值確定灌漿的密實(shí)度。試驗(yàn)室和工程現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果表明，埋入式鋼絲拉制法是可行的，可用于預(yù)制整體式混凝土結(jié)構(gòu)套管灌漿度的現(xiàn)場(chǎng)檢查和質(zhì)量控制，可以與預(yù)制整體混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。

國(guó)內(nèi)學(xué)者基于試驗(yàn)室試驗(yàn)和工程實(shí)踐，提出了一種組合式內(nèi)窺鏡鉆探方法來(lái)檢測(cè)套管灌漿密實(shí)度。該方法包括在袖帶的灌漿管上鉆一個(gè)孔，然后沿通道底部延伸示波器，以查看袖帶頂部的灌漿是否已滿(mǎn)?；蛘?，可以在連接灌漿孔和套管灌漿孔的任何位置鉆一個(gè)孔，穿過(guò)套管壁，然后沿著通道底部插入內(nèi)窺鏡，以查看套管上的灌漿是否已滿(mǎn)。超聲波方法、X射線(xiàn)探傷方法和沖擊回波方法都是非破壞性的，但是超聲方法只能用于定性檢測(cè)，而不能用于定量分析。由于設(shè)備的復(fù)雜配置，因此很少在實(shí)際應(yīng)用中使用。X射線(xiàn)檢查結(jié)果直觀(guān)，但設(shè)備龐大復(fù)雜，需要事先準(zhǔn)備完整的安全防護(hù)設(shè)計(jì)。沖擊回波法有很大的局限性，只能對(duì)中間帶鋼涂層的水泥漿樣品進(jìn)行測(cè)試，只能進(jìn)行定性測(cè)試，并且不能定量確定缺陷。現(xiàn)有的非破壞性測(cè)試方法存在重大缺陷，需要新的測(cè)試設(shè)備和方法，使其更適合于建筑工地。集成傳感器、預(yù)鉆孔、電阻法、集成拉絲法、內(nèi)窺鏡結(jié)合鉆孔法等，需要集成設(shè)備或?qū)α慵斐奢p微損壞。其中，預(yù)先打孔和嵌入的拉絲方法需要預(yù)先整合的設(shè)備，并且在測(cè)試后進(jìn)行額外的澆水。集成的傳感器方法和阻力方法可以檢測(cè)灌漿材料的流動(dòng)性和水合程度，以確定是否存在灌漿泄漏和松散的灌漿。這些檢測(cè)方法僅適用于零件安裝和注漿階段。集成拉絲方法最簡(jiǎn)單，預(yù)鉆孔方法具有最全面的檢測(cè)效果。鉆孔和內(nèi)窺鏡檢查方法的結(jié)合消除了預(yù)先嵌入現(xiàn)有組件以實(shí)現(xiàn)最大整體靈活性的需求，適用于組裝和灌漿的零件。

總而言之，目前，由于生產(chǎn)和施工精度的限制以及鋼筋套筒本身的設(shè)計(jì)，不能完全避免施工質(zhì)量缺陷。通過(guò)對(duì)各地區(qū)建設(shè)工廠(chǎng)和實(shí)際工程的現(xiàn)場(chǎng)研究，總結(jié)了套管注漿施工中的常見(jiàn)問(wèn)題，并通過(guò)嚴(yán)格的監(jiān)督和新型注漿設(shè)備的研發(fā)，減少了施工質(zhì)量缺陷，并提出了施工工藝的優(yōu)化建議。

4 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑豎向構(gòu)件連接方法的穩(wěn)定性、可靠性是發(fā)展裝配式建筑行業(yè)進(jìn)程中至關(guān)重要的一環(huán)。對(duì)于裝配式結(jié)構(gòu)而言，連接方式的可靠性是建筑結(jié)構(gòu)安全的最基本要求。鋼筋套筒灌漿連接作為一種相對(duì)成熟可靠的連接技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)中已得到應(yīng)用。但如何保證灌漿質(zhì)量是行內(nèi)需要積極探索的方向。