陶佳能，曹崇彪，董芝穎，唐源野

（1重慶建筑工程職業(yè)學院，重慶 400072；2重慶建設工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心有限公司，重慶 401336）

0 引言

隨著我國建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)質(zhì)量的發(fā)展，生產(chǎn)標準化、產(chǎn)業(yè)規(guī)?；C械智能化以及管理信息化已成為新興的建筑模式，特別是在我國“碳達峰、碳中和”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，裝配式建筑以其高效率、低能耗、工業(yè)化和集約化、符合綠色節(jié)能施工理念等優(yōu)勢，在我國得到越來越廣泛的應用[1-2]。裝配式混凝土建筑通過中間連接件將批量預制的各個受力構(gòu)件連接起來，其中灌漿套筒是最重要的連接方式之一[3]。灌漿套筒連接的實現(xiàn)方式是受力構(gòu)件的鋼筋插入另一受力構(gòu)件的預埋套筒內(nèi)，向鋼筋周圍和套筒內(nèi)灌注微膨脹混凝土，待混凝土硬化達到強度后，與鋼筋、套筒共同受力，達到“等同現(xiàn)澆”的效果[4]。但是，受到施工環(huán)境、施工人員素質(zhì)、材料品質(zhì)等各方面因素的影響，套筒內(nèi)往往灌漿不飽滿、不密實，進而造成缺陷，使得裝配式建筑整體結(jié)構(gòu)受力不利，甚至影響結(jié)構(gòu)的安全性[5-7]。因此，控制鋼筋套筒灌漿施工質(zhì)量以及采取科學合理的灌漿缺陷檢測手段，是保障裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)安全的重要措施[8]。

為解決裝配式混凝土建筑預制構(gòu)件的鋼筋套筒灌漿施工質(zhì)量控制問題以及相應的缺陷檢測問題，本文以重慶建筑工程職業(yè)學院遷建工程（三期）建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實訓基地項目為例，針對預制構(gòu)件鋼筋套筒灌漿的施工技術(shù)進行分析，并提出采用沖擊回波法檢測灌漿質(zhì)量缺陷。研究成果可為預制裝配式建筑的施工提供更全面的判斷和決策依據(jù)，也可為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安裝、缺陷整治提供技術(shù)參考。

1 工程概況

重慶建筑工程職業(yè)學院遷建工程（三期）建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實訓基地位于重慶南岸區(qū)梨花大道857號重慶建筑工程職業(yè)學院內(nèi)，如圖1所示，總規(guī)劃用地面積8915.83m2，新建建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實訓基地建筑10660.37m2，建筑占地面積3419.03m2，建筑層數(shù)為地上5層，地下2層，地上建筑高度為22.9m，結(jié)構(gòu)形式為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)和裝配式鋼結(jié)構(gòu)。該項目為重慶市裝配式建筑綜合示范項目，預制率為40.2%，裝配率高達71.32%。

圖1 擬建項目效果圖

2 鋼筋套筒灌漿連接施工技術(shù)

鋼筋套筒灌漿施工材料采用單組分水泥基灌漿料，灌漿料的物理、力學性能如表1所示。

表1 與灌漿套筒匹配的灌漿料性能要求

具體的鋼筋套筒灌漿施工流程為塞縫（坐漿）→封堵下排灌漿孔→拌制灌漿料→漿料檢測→壓力注漿→封堵上排灌漿孔→補漿→試塊留置。

（1）塞縫（座漿）：預制構(gòu)件吊裝前，預制柱外側(cè)及墻寬度范圍屬掩蔽位置，預制件吊裝后，如該位置無法進行后續(xù)封堵，在外側(cè)應于吊裝前在相應位置粘貼30mm（厚）×30mm（寬）的橡膠條；預制件吊裝和校正完成后，使用座漿料將預制柱外露面（非掩蔽可后續(xù)操作面）與樓面間的縫隙填嵌密實，如圖2所示。

圖2 座漿料封堵

（2）封堵下排灌漿孔：初插灌漿嘴的灌漿孔除外，待其他灌漿孔內(nèi)的灌漿料成柱狀漿體流出時，灌漿孔使用橡皮塞封堵密實。

（3）拌制灌漿料：灌漿應使用灌漿專用設備，并嚴格按廠家當期提供配比調(diào)配灌漿料，將配比好的鋼筋套筒灌漿料攪拌均勻后倒入灌漿專用設備中，保證灌漿料的流動度。灌漿料拌合物應在制備后0.5h內(nèi)用完。

（4）漿料檢測：使用截錐圓模檢查拌合后的漿液流動度，保證流動度不小于300mm。

（5）壓力注漿：將拌合好的漿液導入注漿泵，啟動灌漿泵，待灌漿泵嘴流出漿液成線狀時，將灌漿嘴插入預制剪力墻預留的小孔洞里（下方小孔洞），按中間向兩邊擴散的原則開始注漿，根據(jù)圖紙要求，灌漿分區(qū)的長度≤1.5m。灌漿施工時的環(huán)境溫度應在5℃以上，必要時應對連接處采取保溫加熱措施，保證漿料在48h凝結(jié)硬化過程中連接部位溫度不低于10℃，灌漿后24h內(nèi)不得使構(gòu)件和灌漿層受到震動、碰撞。壓力灌漿過程如圖3所示。

圖3 壓力灌漿過程

（6）封堵上排出漿孔：間隔一段時間后，上排出漿孔會逐個漏出漿液，待漿液成線狀流出時，立即塞入專用膠塞堵住孔口，持壓30s后抽出下方小孔洞里的注漿管，同時快速用專用膠塞堵住下孔。其他預留空孔洞依次同樣注滿，不得漏注，每個空孔洞必須一次注完，不得進行間歇多次注漿；出現(xiàn)個別上排漿孔未出漿時，應使用鋼絲通透該出漿孔，直至漿液成線狀流出。若仍無漿液流出則使用該出漿孔對應的下排注漿口進行注漿，直至該空位漿液流出。

（7）補漿：當灌漿施工出現(xiàn)無法出漿的情況時，應先行查明漏漿原因，并將漏漿部位進行有效封堵。采取的施工措施應符合規(guī)定，即對于未密實飽滿的豎向連接灌漿套筒，在灌漿料加水拌合30min內(nèi)，應首選在注漿口補漿；當灌漿料拌合物已無法流動時，可從出漿口補灌，并應采用手動設備結(jié)合細管壓力灌漿；水平鋼筋連接灌漿施工停止后30s，當發(fā)現(xiàn)灌漿料漿體液面下降，應檢查灌漿套筒的密封或灌漿料拌合物的排氣情況，并及時補灌。

（8）試塊留置：與灌漿套筒匹配的灌漿料依照每個施工段的所取試塊組進行抗壓檢測。項目總計4層灌漿分項，每層定義為一個施工段，每個施工段取樣送檢一次；每個施工段留置4組試塊送檢（三組標養(yǎng)、一組同條件養(yǎng)護），每組三個試塊，試塊規(guī)格為40×40×60mm；在15d內(nèi)生產(chǎn)的同配方、同批號原材料的產(chǎn)品應以50t作為一生產(chǎn)批號對灌漿料取樣，不足50t也應作為一生產(chǎn)批號。取樣應具有代表性，可從多個部位取等量樣品，樣品總量不應少于30kg。

3 沖擊回波法灌漿缺陷檢測技術(shù)

3.1 沖擊回波法灌漿缺陷檢測的基本原理

如圖4所示，沖擊回波法檢測灌漿質(zhì)量的基本原理是通過鐵錘對鋼筋傳力棒施加沖擊力（脈沖信號），傳力棒傳遞沖擊力激勵鋼筋套筒振動，振動機械波從鋼筋套筒向周圍混凝土傳播，當遇到不同介質(zhì)界面時（如鋼筋套筒灌漿存在空洞，鋼筋固體介質(zhì)與空氣介質(zhì)存在界面），發(fā)生折射和反射現(xiàn)象，借助信號放大器和信號采集儀器采集反射波信號，分析反射波的波形、振幅、頻率等波動特征，建立反射波信號的波動特征與灌漿質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系，進而判斷鋼筋套筒灌漿是否飽滿、密實。

圖4 沖擊回波灌漿缺陷檢測基本原理圖

灌漿質(zhì)量直接影響著鋼筋套筒的水平剛度，兩者之間具有良好的正相關(guān)關(guān)系。當鋼筋套筒內(nèi)的灌漿液飽滿且密實時，漿液凝固達到設計強度后，可認為鋼筋套筒與周圍混凝土達到了“等同現(xiàn)澆”的效果，鋼筋套筒處于固結(jié)約束狀態(tài)，可認為其材質(zhì)均勻、水平剛度為無窮大，當采用沖擊回波檢測時，其反射波形表現(xiàn)為振幅小、頻率低且波形迅速衰減。相反，當鋼筋套筒周圍無灌漿時，可認為鋼筋套筒水平方向無約束，水平剛度為零，當采用沖擊回波檢測時，其反射波形表現(xiàn)為振幅大、頻率高且波形反復震蕩。當鋼筋套筒有灌漿但存在灌漿不飽滿、不密實的情況時，采集的反射波信號特征介于上述兩種情況之間。

3.2 不同灌漿飽滿度的波形特征

為更好地判別鋼筋套筒灌漿的密實程度，有必要建立反射波形與灌漿不同密實程度的相關(guān)關(guān)系，識別機械波遇到不同密實程度灌漿的響應特征。因此，在室內(nèi)建立了不同灌漿飽滿的物理模型，灌漿飽滿度分別設置為0、1/3、2/3和1，如圖5所示。

圖5 不同灌漿飽滿度的鋼筋套筒模型

圖6為不同灌漿飽滿度情況下的反射波波形特征。從圖中可以看出，隨著灌漿飽滿度的增加，反射波的波形出現(xiàn)明顯的變化，首波的振幅逐漸增大，反射波的頻率逐漸降低，波形衰減速度則逐漸增加。采用首波振幅幅值與首波峰值的一半對應的時間寬度之比值RPt作為信號特征指標，RPt計算公式如式（1）所示：

圖6 不同灌漿飽滿度的特征波形

式中：Pmax為反射波波形首波振幅最大值，mV；t0.5為首波峰值的一半對應的時間寬度，ms。

從圖中可以看出，隨著灌漿飽滿度的增加，RPt也不斷增加。無灌漿條件下（灌漿飽滿度為0），RPt=22.3 V/s；而在1/3灌漿時，RPt=22.3V/s；在2/3灌漿時，RPt=115V/s；在滿灌漿時，RPt=211V/s。

對波形幅值（電壓值）△U與時間t進行擬合，波形振幅在振幅兩個方向上均呈指數(shù)衰減的趨勢，得到正負兩個方向的擬合曲線如式（2）—式（9）所示：

3.3 沖擊回波法的檢測效果

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，采用沖擊回波法對灌漿套筒的施工質(zhì)量進行監(jiān)測，如圖7所示。對項目設置套筒灌漿的構(gòu)件31個布置319個測點，獲得灌漿飽滿與不飽滿的特征波形，與3.2小節(jié)中的特征波形對比，判別鋼筋套筒的灌漿飽滿程度。測試結(jié)果表明，測點飽滿數(shù)量304個，飽滿率達到96%。對存在缺陷的鋼筋套筒進行破壞驗證，如圖8所示，結(jié)果表明，采用沖擊回波法能夠準確地判別鋼筋套筒的灌漿質(zhì)量，有利于對裝配式建筑存在的缺陷節(jié)點進行整治，保障裝配式建筑的整體安全性能。

圖7 沖擊回波法對灌漿套筒缺陷現(xiàn)場檢測

圖8 存在缺陷套筒的破壞驗證

4 結(jié)論

本文以重慶建筑工程職業(yè)學院遷建工程（三期）建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化實訓基地項目為例，針對預制構(gòu)件鋼筋套筒灌漿的施工技術(shù)進行分析，提出采用沖擊回波法檢測灌漿質(zhì)量缺陷，得到以下結(jié)論：

（1）在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋套筒灌漿是連接各個預制受力構(gòu)件的最重要方式之一。在鋼筋套筒灌漿的各個施工環(huán)節(jié)均應保持良好的施工質(zhì)量，具體施工控制環(huán)節(jié)包括塞縫（坐漿）、封堵下排灌漿孔、拌制灌漿料、漿料檢測、壓力注漿、封堵上排灌漿孔、補漿以及試塊留置；

（2）為對鋼筋套筒灌漿質(zhì)量進行有效檢測，制作不同灌漿飽滿度的室內(nèi)物理模型，采用沖擊回波法對存在缺陷的鋼筋套筒灌漿特征波形進行識別，并以RPt值作為信號特征指標，結(jié)合波形幅值△U與時間t的擬合曲線，輔助確定了不同灌漿飽滿度的信號響應；

（3）按照不同灌漿飽滿度的沖擊波響應特征，對項目鋼筋套筒灌漿節(jié)點進行實測，結(jié)果表明，采用沖擊回波法能夠在一定程度上準確判別鋼筋套筒的灌漿質(zhì)量，有利于裝配式建筑套筒連接缺陷的整治，保障裝配式建筑的整體安全性能。