高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)預(yù)制柱灌漿施工質(zhì)量研究

李 沙，何 俊，易 毅，楊國順（中建一局集團(tuán)華北建設(shè)有限公司，上海 201100）

2018 年全國建筑全過程碳排放總量為 49.3 億 t CO2，建筑領(lǐng)域占全國能源碳排放總量的比重為 51.2%[1]，建筑領(lǐng)域作為碳排放的主要源頭之一，隨著 2030 年前碳達(dá)峰、2060 年前碳中和目標(biāo)的提出，裝配式建筑的意義更加突顯。裝配式建筑采用模塊化、工廠化的預(yù)制構(gòu)件，在建材生產(chǎn)階段和現(xiàn)場施工階段能有效節(jié)約能耗，減少粉塵、噪音、建筑垃圾及廢棄物的排放。2020 年，京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)推進(jìn)我域新開工裝配式建筑占全國的比例為54.6%，其中，上海市新開工裝配式建筑占新建建筑的比例高達(dá) 91.7%[2]。目前，高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是裝配式建筑應(yīng)用得較多的形式，預(yù)制柱作為主要承重構(gòu)件其套筒灌漿連接質(zhì)量重中之重，本文結(jié)合施工現(xiàn)場對預(yù)制柱套筒灌漿質(zhì)量問題進(jìn)行研究，以期為提高預(yù)制柱灌漿質(zhì)量提供一定的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

1 鋼筋套筒灌漿類型及其原理

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)自 20 世紀(jì) 70 年代由美國工程師發(fā)明以來，已廣泛應(yīng)用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中剪力墻、柱等縱向受力鋼筋的連接。鋼筋套筒灌漿連接材料主要包含鋼筋、套筒、灌漿料三大部分。鋼筋應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范要求的熱軋帶肋鋼筋，直徑不宜＜12 mm 且不宜 ＞40 mm；套筒應(yīng)符合 JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》，套筒材質(zhì)一般為球墨鑄鐵、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼；灌漿料為水泥中加入一定比例的細(xì)骨料和外加劑，加水?dāng)嚢韬笫褂玫姆勰钗矬w，使用前應(yīng)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、豎向膨脹率和拌合物工作性能試驗(yàn)[3]，其性能應(yīng)符合JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》 。

鋼筋套筒灌漿按照套筒與鋼筋連接方式可分為全鋼筋套筒灌漿連接和半鋼筋套筒灌漿連接兩種。套筒兩端與鋼筋連接均采用灌漿料的方式為全鋼筋套筒灌漿連接；套筒兩端與鋼筋分別采用機(jī)械連接和灌漿料連接的形式為半鋼筋套筒灌漿連接。鋼筋套筒內(nèi)設(shè)有灌漿孔、出漿孔、鋼筋限位擋板和剪力鍵，灌漿孔、出漿孔有利于鋼筋、灌漿料、套筒三者充分粘合；鋼筋限位擋板控制鋼筋長度；剪力鍵增強(qiáng)灌漿料與套筒的機(jī)械咬合力。

鋼筋套筒灌漿連接的主要原理是鋼筋與套筒之間通過注入灌漿料進(jìn)行續(xù)接，當(dāng)灌漿料受到套筒約束時，鋼筋通過灌漿料與套筒內(nèi)壁產(chǎn)生的正向應(yīng)力在灌漿料和帶肋鋼筋結(jié)合面上產(chǎn)生摩擦力，從而將軸向應(yīng)力傳遞給鋼筋[4]。當(dāng)鋼筋受到拉力時，拉力由鋼筋和灌漿料結(jié)合面處的粘結(jié)作用傳遞給灌漿料，同理，拉力由灌漿料和套筒結(jié)合面處的粘結(jié)作用傳遞給套筒。同時，套筒外混凝土對灌漿料、套筒對灌漿料均會產(chǎn)生側(cè)向約束力，側(cè)向約束力能提高鋼筋和灌漿料結(jié)合面、灌漿料和套筒內(nèi)壁結(jié)合面的粘結(jié)作用，保證鋼筋通過套筒灌漿連接可以有效傳遞力[5]，從而形成預(yù)制結(jié)構(gòu)完整明確的傳力路徑。

2 預(yù)制柱灌漿存在的問題

預(yù)制柱作為高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的主要豎向承重構(gòu)件，預(yù)制柱灌漿質(zhì)量直接影響著建筑物的安全性。但由于灌漿施工的復(fù)雜性、施工操作不嚴(yán)謹(jǐn)、現(xiàn)場環(huán)境限制、灌漿工藝不太完善等各方面因素影響，在灌漿的過程中，會造成諸多的灌漿缺陷，進(jìn)而影響灌漿質(zhì)量。通過對施工現(xiàn)場預(yù)制柱灌漿進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際施工中主要存在以下問題。

2.1 灌漿孔道堵塞

灌漿孔道堵塞導(dǎo)致出漿孔未出漿是在灌漿過程中最直觀也是最嚴(yán)重和最麻煩的質(zhì)量問題，出漿孔未出漿意味著套筒內(nèi)未密實(shí)，而且由于灌漿屬于隱蔽工程，并不能直接觀測到套筒內(nèi)實(shí)際情況，給質(zhì)量埋下重大隱患。如果不加以質(zhì)量控制，在施工中一根柱子一般會出現(xiàn) 1～3 個孔未出漿，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，灌漿孔道堵塞的質(zhì)量問題占到 40% 以上。

2.2 連接鋼筋損壞

預(yù)制柱連接鋼筋裸露在空氣中，在澆筑、拆模、運(yùn)輸、吊運(yùn)和安裝過程中缺乏保護(hù)措施，不可避免會因碰撞產(chǎn)生鋼筋傾斜、彎折，最嚴(yán)重的是發(fā)生偏位導(dǎo)致產(chǎn)生不可逆的偏差使得連接鋼筋無法插入套筒，此時需要強(qiáng)行彎折甚至部分項(xiàng)目直接割掉該鋼筋，而且鋼筋非垂直受力對預(yù)制柱受力產(chǎn)生危害，對結(jié)構(gòu)不利。

2.3 座漿料及封邊強(qiáng)度不足、不密實(shí)、裂縫

座漿料及封邊是灌漿成功的關(guān)鍵之一，座漿料及封邊不密實(shí)或者工地?fù)尮な沟闷鋸?qiáng)度不足，在灌漿過程中極易產(chǎn)生爆漿，不但使得灌漿失敗，還浪費(fèi)大量灌漿料和座漿料，耽誤工期。同時，內(nèi)部灌漿壓力過大、封堵后受到擾動也。會使封邊出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致爆漿。

2.4 柱底標(biāo)高誤差

吊裝預(yù)制柱時，應(yīng)對柱底標(biāo)高進(jìn)行控制，柱底標(biāo)高將影響座漿料厚度和連通腔接縫高度，接縫高度過大或過小都會影響封邊和灌漿效果。柱底標(biāo)高誤差過大將影響梁柱節(jié)點(diǎn)處模板只設(shè)，同時，還將影響封堵材料與套筒的距離，若距套筒太近，容易堵塞套筒底部，從而導(dǎo)致灌漿料無法順利從套筒底部流入。

2.5 基層未清理

預(yù)制柱吊裝前基層應(yīng)清理，雖然基層清理很簡單，但在施工現(xiàn)場未清理的現(xiàn)象卻屢見不鮮?；鶎游辞謇砦：Ρ姸啵粌H影響灌漿料成型質(zhì)量，嚴(yán)重時會堵塞灌漿孔道造成嚴(yán)重質(zhì)量事故，同時對柱底標(biāo)高和柱身垂直度也有一定的不利影響。

2.6 灌漿料質(zhì)量問題

灌漿料配合比是灌漿料有足夠的流動度、強(qiáng)度、與鋼筋和套筒粘結(jié)作用的重要保證，在施工過程中，為了圖方便，很多工人完全憑經(jīng)驗(yàn)而未按配合比要求進(jìn)行加水和灌漿料。由于缺乏相關(guān)的檢測手段，一旦灌漿完成，其質(zhì)量難以檢測。因?yàn)楣て谘诱`、灌漿料進(jìn)場數(shù)量過多等原因?qū)е鹿酀{料過期，部分項(xiàng)目為了節(jié)約成本會出現(xiàn)使用過期灌漿料的現(xiàn)象。

2.7 其他

預(yù)制柱灌漿施工是一個復(fù)雜的過程，受到人員、材料、機(jī)械、施工工藝、環(huán)境等各方面的影響，除了上述問題外，操作人員不熟練、灌漿機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)不正常、施工準(zhǔn)備不充分、氣候條件不允許、管理人員監(jiān)管不到位等也會影響預(yù)制柱灌漿質(zhì)量。

3 預(yù)制柱灌漿改進(jìn)措施

隨著裝配式建筑的普及推廣，灌漿質(zhì)量的重要性決定了我們需要不斷追求和改進(jìn)灌漿施工工藝，根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)場存在的問題，提出切實(shí)可行的改進(jìn)措施，提高灌漿質(zhì)量為建筑物的安全可靠提供保障。

3.1 加強(qiáng)生產(chǎn)管理，確保灌漿孔道通暢

灌漿孔道堵塞絕大多數(shù)與預(yù)制柱生產(chǎn)階段有關(guān)。在生產(chǎn)過程中，選擇強(qiáng)度、剛度較好的材料做管道，強(qiáng)度不足則在預(yù)制柱澆筑時易使管道變形，剛度不足則管道在預(yù)制柱內(nèi)不易彎曲；管道要綁扎牢靠，防止混凝土澆筑時掉落彎折不暢通、被壓壞，這種情況時有發(fā)生。預(yù)制柱出廠前必須對每個灌漿孔編號百分百檢查，檢查合格后在預(yù)制柱身加蓋合格章和質(zhì)檢員簽名章，并對每個灌漿孔、出漿孔使用膠條進(jìn)行臨時封堵，待預(yù)制柱安裝到位后、灌漿前方可取下。經(jīng)過實(shí)踐證明，該措施能有效減少灌漿孔道堵塞，確保灌漿孔道通暢。

3.2 強(qiáng)化材料管理，確保灌漿物資有效可靠

灌漿料作為灌漿施工中的主要材料，在節(jié)能、節(jié)料、造價、環(huán)境、施工質(zhì)量等方面意義重大。灌漿料種類的選定、材料的進(jìn)場計(jì)劃、灌漿時的配合比都必須嚴(yán)格管理，配合比需按照說明設(shè)要求配制，灌漿前需做流動度試驗(yàn)，流動度合格后方可灌漿。座漿封堵材料亦是施工中的重要一環(huán)，座漿封堵材料水灰比及稠度應(yīng)符合材料使用說明要求，避免太稀封堵時下墜，導(dǎo)致堵縫質(zhì)量不密實(shí)，出現(xiàn)收縮開裂等問題。對于有搶工需求的項(xiàng)目，需采用凝結(jié)時間短、強(qiáng)度高的座漿封堵材料，否則封堵時間短強(qiáng)度未達(dá)到要求灌漿時易爆漿。

3.3 嚴(yán)控施工流程，確保灌漿合格有序?qū)嵤?/h3>

預(yù)制柱灌漿施工流程為灌漿材料、機(jī)具準(zhǔn)備→按照配合比稱量材料→攪拌靜置→漿料檢測→灌漿孔檢查、暢通、濕潤→灌漿孔灌漿→出漿孔封堵→灌漿孔封堵→清洗灌漿機(jī)具→灌漿完成。嚴(yán)格控制每一步施工流程，遵守相應(yīng)的操作規(guī)程，不可憑個人經(jīng)驗(yàn)和主觀意愿隨意施工，按照施工方案對每個流程規(guī)范操作，減少人為因素影響，使施工流程合格有序進(jìn)行。

3.4 預(yù)備補(bǔ)灌器具，確保灌漿飽滿密實(shí)

對于灌漿未飽滿密實(shí)、灌漿料液面下降的預(yù)制柱套筒，應(yīng)及時補(bǔ)灌，為預(yù)防該情況發(fā)生，施工現(xiàn)場需預(yù)備補(bǔ)灌器具。進(jìn)行注射補(bǔ)灌時，出漿孔內(nèi)徑與注射器外接細(xì)管外徑之差應(yīng) ≥4 mm，注射器內(nèi)灌漿料液面最低位置應(yīng)高于出漿孔孔道頂端位置。補(bǔ)灌時向注射器內(nèi)倒入灌漿料，將注射器細(xì)管放入需補(bǔ)灌的套筒內(nèi)，緩慢推動注射器活塞注漿直至出漿孔灌漿料流出，拔出注射器時仍需注射灌漿料，注射器拔出后及時封堵出漿孔。

3.5 增加灌漿質(zhì)量檢測，確保灌漿成型質(zhì)量滿足要求

灌漿質(zhì)量好壞需進(jìn)行檢測后方可確認(rèn)，灌漿質(zhì)量檢測方法分為有損和無損兩大類，由于有損檢測破壞了預(yù)制柱而預(yù)制柱是框架結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件，一般采用研究較充分、效果較好、使用較方便的四種無損或微損的檢測方法，分別為預(yù)埋傳感器法、X 射線數(shù)字成像法、預(yù)埋鋼絲拉拔法、鉆孔內(nèi)窺鏡法（微損）。四種方法均納入 T/CECS 683—2020《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》。

3.6 提高人員技能和質(zhì)量意識，確保灌漿施工高質(zhì)量

灌漿施工的各流程都由人來實(shí)施，個體差異將導(dǎo)致施工過程質(zhì)量參差不齊，因此，有必要對生產(chǎn)廠家人員、灌漿操作人員、項(xiàng)目管理人員進(jìn)行培訓(xùn)、交底、考試。通過培訓(xùn)，工人的生產(chǎn)、施工質(zhì)量意識得到明顯提高，管理人員監(jiān)管情況得到明顯改善，高質(zhì)量灌漿施工得到有效保證。

4 結(jié) 語

在碳達(dá)峰、碳中和的背景下，建筑領(lǐng)域堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念，降低碳排放。裝配式建筑采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的方式減少現(xiàn)場混凝土澆筑，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，對雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為裝配式建筑運(yùn)用較多的形式將得到廣泛應(yīng)用，預(yù)制柱作為該結(jié)構(gòu)的主要豎向承重構(gòu)件，其灌漿施工質(zhì)量必須得到保證，因此，研究預(yù)制柱灌漿質(zhì)量對現(xiàn)場施工具有重要指導(dǎo)意義。通過項(xiàng)目實(shí)踐，在對施工現(xiàn)場出現(xiàn)的預(yù)制柱灌漿質(zhì)量問題的統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)管理、材料管理、施工流程、補(bǔ)灌、灌漿質(zhì)量檢測、人員管理六個方面改進(jìn)和控制，優(yōu)化施工工藝，有效提高預(yù)制柱灌漿質(zhì)量并取得優(yōu)異的成效，建筑安全得到進(jìn)一步保障。