装配整体式混凝土结构钢筋套筒灌浆的应用

王 坚 ,顾海东,何 璐,戴祝泉

(1. 鲲鹏建设集团有限公司,浙江 杭州 310053； 2.中建市政工程有限公司,北京 100161； 3. 龙信建设集团有限公司,江苏 南通 226000)

近几年来,随着行业政策[1]的推动,越来越多的民用建筑采用了预制装配混凝土结构体系,并逐渐成为今后发展的大趋势。

预制装配混凝土结构是通过二次深化设计,将建筑物的部分或全部构件拆分为若干PC构件,在项目现场安装时,受力主筋主要通过三种连接方式[2]中最为常用的钢筋套筒灌浆进行连接。这是保证结构整体、受力传递、满足结构抗震设防要求的关键。由于钢筋套筒灌浆连接的构造复杂性、隐蔽性、人为作业对灌浆质量控制的不一致性，以及构件二次设计与生产中存在的缺陷,实际应用时问题较为突出；而现阶段各大科研机构在构件二次设计时对实施的质量影响，以及施工质量控制和工法等方面的关注、研究与实施应用经验相对较少,需要建立行业各方的信息交流。

今通过在项目实践应用及相关问题的同行交流、攻关和研究,使得相关突出问题在实施中得以有效解决。

1 工程概况

龙信老年宾馆位于海门市南海路与嘉陵江路交汇处,地下2 层,地上25 层,1～3层物业用房采用现浇钢筋混凝土结构,4～24层为预制装配式混凝土结构,25层以上及屋面结构为现浇钢筋混凝土结构,建筑高度88.6 m,总建筑面积21 265.1 m2,采用预制框架+剪力墙结构体系。

本工程结构设计以现行设计规范和现有施工技术为基础,以绿色施工为目标,力求将本工程建设成预制装配整体式框架+现浇剪力墙结构的示范工程。主要预制构件包括：预制柱子、叠合梁、叠合板、预制楼梯段、预制空调板、预制阳台栏板、PCF外墙板、预制外墙挂板。其中,预制柱子钢筋连接、主次(叠合)梁节点钢筋连接均采用灌浆套筒钢筋连接技术。

2 竖向构件连接遇到的质量控制问题

现在的预制装配式竖向构件(结构柱、墙板等)多采用半灌浆套筒进行安装连接。

2.1 实施中存在的问题

1)竖向构件连接施工时,下层锚固钢筋因施工误差导致偏位及插入上位构件的连接套筒灌浆腔内的锚固长度不足。

2)因构件水平缝及连通仓的封缝，座浆砂浆的移动或漏浆,导致套筒内浆液的饱满度不足。

3)多种施工操作误差的积累导致套筒出浆口未能正常出浆。

①由于封缝或座浆的原因,导致砂浆进入套筒下口,引起进浆通道口径变小或堵塞(图1)；

②套筒内部进入了细石子、碎屑、粗粒径的砂子等导致注浆孔径变小或堵塞(图2)；

③钢筋或套筒的定位误差使得两者紧贴套筒内壁,堵塞了灌浆口或排浆口(图3)。

图1 封缝砂浆堵塞套筒下口 图2 套筒内部被异物堵塞 图3 钢筋或套筒紧贴套筒内壁

4)套筒注浆完成后的浆液回流现象。

5)带有保温和装饰面反打的外剪力墙墙板水平接缝和套筒灌浆的饱满度达到各项质量控制指标的情况下,出现水平连接缝渗漏水问题。

2.2 解决措施

1)在二次设计时,尽可能统一主筋规格,避免在一个构件中出现多种不同规格的灌浆套筒[3],并为每个构件设二维码信息标注,便于信息追踪管理,确保构件的唯一性和可追溯性[4], 从而建立从套筒的管理、构件加工、现场定位等各个工序衔接的统一保障；在现场则采用钢制钢筋位置定位模板辅助定位及检验模板进行校验复核(图4),从技术层面控制加工厂与现场的误差。

图4 钢制钢筋位置定位模板

2)在座浆砂浆未达到终凝前,需完成构件的吊装和定位,通过下斜撑杆完成微调定位纠偏,并确保紧固螺栓的紧固质量，避免构件的移动。在此基础上再对构件的底部约20 mm高的接缝处填塞封缝砂浆和25 mm直径的PE棒或橡胶棒,将柱底部的缝隙填充密实,另在柱底与楼面结构缝隙部位的外侧用外形尺寸与柱断面尺寸一致的木方箍紧,防止泡沫条被柱脚连接套筒灌浆作业时的压力挤出,影响灌浆料填充的密实度(图5)。

图5 水平缝封缝加固

外墙板水平缝连通仓部位采用坐浆分仓,特别是机电类管道预埋的部位,因不可控的密封问题,易造成连通腔漏浆,分仓范围更需单独细分。分仓时用不流动、不收缩的封缝座浆料铺设在构件下方的水平缝,将体积相对较大的仓体分隔为若干个小仓体(用便于抽出的PVC管作为分仓时两侧的内衬模板)。压力泵增压注浆的分仓隔宽度控制在30～40 mm内,长度方向单仓分隔最大尺寸不宜超过1.5 m。事先可做相应的试验,单仓最大不能超过3 m,因为仓体越大,灌浆阻力越大，灌浆压力越大，灌浆时间越长,对封缝的要求越高,灌浆不能密实的风险也越大。而在采用手动灌浆枪灌浆时,分仓隔墙单仓长度需控制在0.3 m内,宽度不大于20 mm。到达强度后再用15～20 mm厚封缝浆料将周圈密封压实。

然后分别对单个腔体逐个注浆。当个别接头的浆液未能灌满,还需先堵死已完成灌浆部位接头的注浆口,然后针对未完成的接头进行单一加压灌浆,直至浆液从排浆口溢出。

即使采取了上述措施,在灌浆过程中,封缝砂浆被挤出而出现溢浆的情况仍无法避免,此刻须立即采取措施进行封堵(先用碎布、灌浆料袋或干粉灌浆料进行临时封堵,再用灌浆料拌合物、堵漏王等凝固速度快的材料进行抢救性修补),效果明显。但当抢救作业无法确保在浆料的30 min初凝时间内完成时,必须立即用高压水清洗套筒内部,确保灌浆孔道畅通；然后重新封缝加固，待达到强度要求后重新灌浆。

3) 几类常见的套筒出浆口消堵预控方式

①分仓座浆料铺设时要高于构件底面标高,且中间高、边缘低,以防空气憋堵在构件底部形成压差。为防止座浆料在构件下压时被挤压进入套筒孔口范围内,可在距离连接钢筋外缘不小于40 mm处用便于抽出的PVC管作为分仓砂浆两侧的内衬模板,在构件就位上下构件表面结合密实后抽出内衬。另外在构件分仓相对应的位置做出分仓标记,记录分仓时间,便于指导灌浆。在封堵竖向构件下部的封缝砂浆前用高压气体对各套筒进行检查,对发现堵塞的套筒先用錾子剔除灌浆口处的砂浆；然后继续用高压气体或水清洗灌浆通道,反复操作直到套筒腔体从进浆口到排浆口通道的畅通。在后续的灌浆作业完成时,需对该隐患套筒进行单个灌浆复灌,待套筒的排浆孔溢出浆液后,即立即封堵注浆孔和排浆孔。确保灌浆密实。

②先用高压水通过反向冲洗,清洗掉套筒内部的灌浆料及堵塞物,保证灌浆通道畅通,在底部封堵加固后重新灌浆,并适当降低灌浆速度。

③首先在套筒和钢筋的采购环节,按套筒和钢筋的材料容许公差范围选定套筒和钢筋的允许内径和外径。在生产定位时其位移容许范围控制在3 mm 以内。在现场安装时,遇到两者紧贴,注浆腔内空间不足时,要采用钢錾插入注浆或排浆孔,用重锤敲击,通过钢筋变形来调整偏位,确保注浆孔径。

4)对多个接头连通灌浆过程中,经常会因为窝气现象造成连通仓内压力较大不能充满,易造成质量事故,而且不易及时发现。因此,实施中可以设置一根高于排浆口的排气管,先将所有注浆口塞堵打开,封堵所有排浆口,从位于中间的接头灌浆口开始灌浆(禁止两个注浆口同时灌浆),当某一注浆口溢出浆液时及时用专用塞封堵,待所有注浆口均完成封堵后,同时打开排浆口塞堵继续注浆,待浆液从排浆孔溢出时,依次封堵操作,待排气孔浆液溢出时,停止灌浆,其管内浆液可有效补给套筒中的浆液回流[5]。同时复核注浆空间的计算用浆量与实际用量的差值,以注浆用量控制注浆质量。

另在灌浆完成后,由于基面吸水或排气造成的灌浆不饱满现象,这时需采用较细的灌浆管从排浆口插入套筒进行缓慢补浆。

5)带有保温和装饰面反打的外剪力墙墙板,在组合安装并在水平接缝和套筒灌浆的饱满度达到各项质量控制指标的情况下,反而大概率的出现水平连接缝渗漏水问题。相对于没有外装饰层的外剪力墙墙板,更难有效处理。经反复分析后试验,在墙板底部愣脚内侧位置设置反虹吸沟泄压引流,可以彻底解决,这需要在二次设计中予以考虑,同时,墙板外侧的配筋及套筒定位需刻意设置,使之既能保证反虹吸沟的几何尺寸与定位,又要保证结构连接的可靠性,同时需满足墙板底部愣脚在设置反虹吸沟后的强度,避免在运输和安装时破损,影响立面的完整性和美观度。

3 水平向构件连接遇到的质量控制问题

水平构件连接多采用全灌浆连接接头,其两端均采用水泥灌浆连接。

3.1 实施中存在的问题

水平构件连接时插入套筒的钢筋锚固长度难以控制和检查。

3.2 解决措施

对待接水平构件插入套筒的锚固钢筋长度,需在安装前完成插入深度控制标记。由管理人员与班组长共同在距连接钢筋的端面以1/2同规格套筒长度位置再加上100 mm位置,沿钢筋纵肋分别用记号笔做出控制标记线[6](图6)。做标记时需区分不同直径的钢筋及所对应的钢筋连接套筒内锚固长度值(需事先做好对比表),不能混淆,这项工作涉及结构安全、非常关键。标记工作,一般在水平构件入场检查时,在地面或运输车上进行,同时将钢筋连接套筒穿上,并做好临时固定。

图6 钢筋定位标记

4 灌浆料的配置和使用存在的质量控制问题

高加水率的高强灌浆料——CGMJM-Ⅵ型是使用频率高,质量稳定性能好的一种钢筋接头灌浆料。其初始流动度≥300 mm,1 d抗压强度≥35 N/mm2,28 d抗压强度≥85 N/mm2。但在实施过程中同样发现一些操作和质量控制隐患,需要加以规范和管理。

1)因其速凝早强的性能,从加水搅拌开始,务必在5 min内充分搅拌完成,并在30 min内完成灌浆作业 ,对时间控制和工人的熟练度要求高。

2)对温度控制的要求高。在预制构件表面温度高于30℃时,就要预先采取降温措施。灌浆料的适用环境温度在5℃～40℃,拌合水水温须控制在20℃～25℃,尽可能现取现用。这就要按照项目现状制定对应的材料温控、储存方案和措施,加以管理。

3)水灰比对灌浆料的成品强度影响非常大[5],会影响到整个结构的安全, 属现场的重点管控项。

因此拌合水的计量准确度非常关键,每次搅拌都要秤量后加入,其误差须精确至4%以内。

5 结 语

预制装配式混凝土结构是新型建筑工业化主推的结构形式,也是未来建筑的发展趋势。该技术虽已经历了多年的探索和实践,但其结构设计体系、连接节点设计、施工、材料工艺、管理,检测手段等均还处于不断摸索、试验应用和总结的阶段。其中,作为预制装配式混凝土结构核心技术之一的钢筋套筒灌浆连接套筒内的灌浆饱和度的质量控制手段,受技术水平限制,尚不够健全,人为因素的成分比较大。目前可采用预埋钢丝拉拔法和预埋传感器法进行检测,在试点后发现,前者属事后检测,发现质量缺陷后已无法有效修补；而后者尚处于试验阶段,因其有效性、实时性和不小的成本总体尚不理想,还需进一步探索更合理高效的监测方式。

由于套筒灌浆连接的构造复杂,又属于隐蔽工程,质量的实际管控难度很大。更多的质量控制关键还是需凭借设计、现场人员的操作、管理经验和责任心进行质量管控。借鉴德国、日本等装配式建筑发达国家,目前主要还是需要通过研发、设计、施工、厂家,在源头简化连接构造，研发符合技术要求和施工工艺的构配件和检测手段,建立标准化的作业培训系统、合理的工法和有效管理来保证灌浆的质量[5]。同时通过各方的应用、交流和探索,总结出了一套适合目前技术水平下,易于操作和管控的手段，可为同类预制装配式结构的施工提供借鉴。