装配整体式混凝土结构钢筋套筒连接技术探讨

王艳，陈成立，殷粉芳

（1 江苏建筑职业技术学院，江苏徐州 221000；2 中建科技集团有限公司，江苏徐州 221000）

0 引言

近几年以来，装配整体式混凝土结构发展迅速，在整个建筑行业中占比日升，“装配率”一词也开始出现在工程项目中。装配整体式混凝土结构，是把传统建筑结构中构件和配件的一部分提前在工厂中预制，另一部分在构件运输到现场进行安装时二次浇筑，因此相当于传统现浇整体式混凝土结构的作业被分成了“两个战场”，一个在工厂，一个在现场。装配整体式混凝土结构现场作业量大大减小，现场湿作业的减少，不仅减少了对环境的污染，改善了工人的作业环境，还能在一定程度上避免现场安全问题，加快施工速度，符合绿色施工理念，是我国现代建筑工业化发展的必然趋势。钢筋连接是装配整体式混凝土结构构件安装过程中的一个重要环节[1]，其接头质量直接影响到结构的安全，同时，由于钢筋连接位置结构复杂，又属于隐蔽工程，灌浆质量实难控制，故也是一个施工难点，也因此被称为装配整体式混凝土结构理论上存在的一个“薄弱环节”[2]。本文基于装配整体式混凝土结构中钢筋套筒连接技术的现状及研究进展，归纳阐述了常见的钢筋连接技术，分析了其各自的优缺点，并重点讨论了钢筋套筒灌浆连接技术存在的问题，展望了钢筋套筒连接技术的发展趋势。

1 钢筋套筒灌浆连接技术的发展现状

钢筋套筒灌浆连接技术是随着装配式建筑持续发展而出现的。在传统的现浇整体式混凝土结构中，钢筋的连接方式主要有三种，分别是绑扎搭接、焊接及机械连接，而装配整体式结构构件是在端部狭小的空间内进行连接，传统的钢筋连接方式操作起来难度大且接头强度难以保证，钢筋灌浆套筒连接刚好避免了这个问题，其研究、发展越来越快，应用也越来越广泛。

随着我国装配整体式结构的不断发展，钢筋套筒灌浆连接技术也在国内得到广泛应用，一系列技术规程也随之出台。《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1—2014）主要针对装配式混凝土建筑的设计、生产运输、施工安装和质量验收提出相关要求，《钢筋套筒灌浆连接施工技术规程》（T/CCIAT 0004—2019）主要针对钢筋套筒灌浆连接技术在实际应用过程中提供技术依据。政策、规程及标准的出台及不断更新也在推动钢筋套筒灌浆连接技术不断创新，在工程实践过程中不断探索前进，我国还自主研发了钢筋浆锚搭接连接技术，目前我国钢筋连接技术整体上已达到国际水平。

2 装配整体式混凝土结构钢筋连接技术

装配整体式混凝土结构中常用的钢筋连接方式有两种，分别是钢筋套筒灌浆连接技术和钢筋浆锚搭接连接技术。钢筋套筒灌浆连接技术是把高强度灌浆料灌入专用套筒中，将套筒两端的钢筋进行有效的连接，常用的方式有两种，分别是全灌浆套筒连接和半灌浆套筒连接。钢筋浆锚搭接连接技术是在预制构件中预留孔洞[3]，受力钢筋分别在孔洞内外通过间接搭接实现钢筋间应力的传递，分为螺旋箍筋浆锚搭接和波纹管浆锚搭接两种。钢筋套筒灌浆连接技术受钢筋直径及建筑物高度的影响较小，故其应用范围更广。

2.1 钢筋套筒灌浆连接技术

钢筋套筒灌浆连接技术在一定程度上可视为机械连接，只是两者的工作机理不一样[4]。机械连接是通过钢筋与螺纹之间的机械咬合力来传递荷载。套筒灌浆连接是指带肋钢筋插入内腔为凹凸表面的灌浆套筒，向套筒与钢筋的间隙内注入专用高强水泥基灌浆料，待灌浆料凝固待到一定强度后，形成钢筋-灌浆料-套筒受力体。当钢筋受拉时，通过钢筋与灌浆料之间的粘结作用将拉力传给灌浆料，再通过灌浆料与套筒之间的粘结作用将拉力传递给套筒。该技术将灌浆套筒预埋在混凝土构件内，在安装现场从预制构件外通过注浆管将灌浆料注入套筒，来完成预制构件钢筋的连接，是预制构件中受力钢筋连接的主要形式，广泛应用于各种装配整体式混凝土结构构件的受力钢筋连接。根据灌浆套筒的类型可将接头形式分为全灌浆套筒连接和半灌浆套筒连接。

1）全灌浆套筒连接

在全灌浆套筒连接中，两端的钢筋都是通过灌浆与套筒进行连接，在构件生产时，先将一端的钢筋预制到套筒中（图1a 中上端钢筋），另一端提前预留，在构件安装时，再将钢筋插入其中（图1a 中下端钢筋），实现钢筋的连接，如图1a 所示。全灌浆套筒连接多用于水平构件受力钢筋的连接。

图1 灌浆套筒示意图

2）半灌浆套筒连接

在半灌浆套筒连接中，两端的钢筋链接方式不一样，一端的钢筋通过直螺纹与套筒进行机械连接，另一端提前预留，在构件安装时，将钢筋插入其中，通过灌浆方式与套筒连接，如图1b 所示。半灌浆套筒连接多用于竖向构件受力钢筋的连接。

3）对比

全灌浆套筒连接和半灌浆套筒连接都是工程中常用的连接方式，两者都是通过往套筒内灌注高强浆料的方式实现钢筋的连接，但两者也有所不同。在制作工艺上，全灌浆套筒的定位主要靠模具，与钢筋之间并无可靠连接，半灌浆套筒则是先跟钢筋进行机械连接，再随钢筋一起绑扎，相对而言更易精确定位；在套筒长度上，由于直螺纹连接钢筋的锚固长度小于灌浆连接钢筋的锚固长度，故其套筒尺寸相对而言较小，但对套筒材料及直螺纹连接钢筋的型号要求较严格，所以成本较全套筒灌浆连接较高，但由于半灌浆套筒所需的套筒长度较短，在一定程度上可以减少灌浆工作量，从而减少构件与浆料之间的接触面，降低密封处理要求。在实际应用过程中，不管全灌浆套筒连接还是半灌浆套筒连接都需要现场灌浆作业，但是半灌浆套筒连接还多了一个螺纹连接端，在进行螺纹连接时，很容易碰触到进浆口和出浆口与套筒之间连接的薄弱部位造成破坏，从工序控制上来说，多了一个质量控制点，也就多了一个风险点，因此，综上所述目前全灌浆套筒连接应用更加广泛。

2.2 钢筋浆锚搭接连接技术

钢筋浆锚搭接连接技术类似于间接搭接，是在预制构件内预留孔洞，然后把受力钢筋穿入其中进行搭接，实现钢筋应力的传递。具体的连接方式一般有两种，分别是螺旋钢筋浆锚搭接和波纹管浆锚搭接。螺旋钢筋浆锚搭接是采用螺旋箍筋来约束受力钢筋，通过钢筋-螺旋箍筋-灌浆料-预制构件进行应力传递。纹管浆锚搭接是在生产预制构件时将波纹管提前预埋，待混凝土达到一定强度后，即波纹管与预制构件牢固连接后，将受力钢筋穿入波纹管，再进行灌浆，通过钢筋-波纹管-灌浆料-预制构件进行应力传递。相比于传统的灌浆套筒，不管是螺旋钢筋还是不锈钢波纹管，其成本都要降低很多，而且灌浆操作相对简单，可机器灌浆也可人工灌浆，但因结构受力的局限性，通常只适用于房屋高度不大于12 m 或者层数不超过3 层的装配整体式框架结构的预制柱纵向钢筋连接。

3 钢筋套筒灌浆连接技术存在的问题

钢筋套筒灌浆连接接头由灌浆套筒、钢筋及灌浆料三种材料组成，钢筋和灌浆料的质量是影响灌浆套筒接头质量的两大重要因素[5]，在保证其质量的前提下，严卡灌浆饱满密实关，辅之以必要的检测手段来保证灌浆套筒接头质量。

1）灌浆料质量不达标

灌浆料是以水泥为基础材料，加入细骨料、膨胀剂、减水剂等掺合料而成的高强度灌浆材料，在钢筋套筒连接中，通过灌浆料的硬化来把钢筋和钢筋、钢筋和套筒连接成为整体，因此，灌浆料需要满足一定的要求：一是具有较好的流动性，以保证浆料顺利填充在钢筋和套筒之间的空隙中；二是具有高强的握裹力，紧紧地锚固钢筋，保证在套筒连接破坏之前，钢筋不会产生拔出破坏；三是具有早强性，以保证结构安全并提高施工效率。

在施工过程中，搅拌不佳、时间过短或过长造成灌浆料不匀，浇筑时灌浆料漏失严重、灌浆料假凝、初凝、振捣不实以及养护不当，如早期缺水干燥，受冻等都会对灌浆料的质量造成影响。

2）连接钢筋强度不足

套筒内上下两段连接的钢筋，上段在工厂预制构件时提前安装，下段在现场安装时插入预留套筒。由于钢筋保护措施不到位或者没有保护措施，导致现场浇筑作业时有部分砂浆溅到露出的下段钢筋头上，就像在钢筋表面形成了一层砂浆涂层，但工程上常用的混凝土强度一般不超过C40，灌浆料的强度远在其之上，相当于在高强灌浆料和钢筋之间存在一个薄弱层，直接影响高强灌浆料对钢筋的握裹力，造成其锚固强度不足。另外，由于现场施工的实际偏差，可能造成下段钢筋与预留套筒位置的偏差，导致下段钢筋无法插入套筒，在某些不规范施工操作中，会割断下段钢筋，直接影响套筒连接强度。

3）套筒进出浆行为不理想

套筒进出浆行为通畅是灌浆饱满密实的前提之一，当存在以下情况时，可能导致套筒进出浆行为不理想。

异物堵塞导致出浆口不出浆。在构件生产和安装的过程中，如果有杂物落入套筒，会造成套筒堵塞，在灌浆时，由于堵塞物的存在导致灌浆不顺畅，出浆口不出浆。对于这种情况，常用的做法是对不出浆的套筒单独灌浆。实际工程中，连通腔灌浆方式的应用更为普遍，当采用连通腔灌浆时，如果仓底有异物堵塞，单独灌浆可能并不能解决问题，出浆口仍不出浆，工人常用的做法是从出浆口逆向灌浆，但倒灌效果并不佳，而且出浆口被封堵也影响后期整治。另外，在连通腔灌浆灌到某一分仓时，灌浆机料斗中的浆料已经用完，如果灌浆料拌制不及时，再次灌浆时，先灌的浆料已经存在凝固现象，也会导致出浆口不出浆。

4）灌浆不饱满

前面提到的套筒进出浆行为通畅是保证灌浆饱满度的重要前提，而有效的补浆处理是保证灌浆饱满度的重要后盾。在对套筒灌浆饱满度的检测中，不难发现总有部分构件存在灌浆不饱满的问题，在对灌浆工人进行严格培训并且规范操作过程以后，问题仍然存在，剖析其原因，主要是灌浆后浆料回落造成的，虽然灌浆后在出浆口出浆后及时进行了封堵，这样反而将内部存在但没有及时排出来的空气封堵在了套筒内。在灌浆完成后，内部存在的空气逐渐上升，与之同时，灌浆料下落填充空出的位置，这样原本看似饱满的灌浆随着空气的排出而回落，造成套筒内灌浆不饱满，而且灌浆速度越快，封堵在套筒内的气体越多，灌浆料填充的空间越大，回落越多，灌浆越不饱满。

4 结语

工程实践很好地证明了装配式建筑建设周期短、质量好、环保性强的优势，不仅是战时和疫情之下快速建造的最佳选择，也是建筑业转型升级的必由之路，必将带来建筑工业化程度的进一步提升，钢筋连接技术也必将进一步优化，大直径、高强度钢筋的应用，负温或者低温环境下灌浆料的研发，灌浆系统的开发以及检测工具的优化都有待继续研究。