预制装配式竖向结构套筒灌浆施工技术研究

詹霖伟

(福建六建集团有限公司 福建福州 350014)

0 引言

近年来，装配式混凝土结构在国内飞速发展，得到国家层面的大力推广。2016年国务院在《进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中指出“力争用 10 年左右时间，完成装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”的发展目标和要求[1]。各省市也针对装配式建筑的发展相应出台了对应的扶持和推广政策[2-6]。2020年2月25日人社部将装配式建筑施工员列入国家新职业，可见国家对装配式建筑发展的重视程度。

钢筋套筒灌浆连接技术是装配式混凝土结构体系中混凝土结构构件之间连接的主要方式之一，并被广泛运用于装配式现场施工实际中[7]。装配式结构构件之间连接质量的好坏，是否按照规范要求进行施工，成为影响装配式混凝土结构后期结构安全的关键因素，此为装配式混凝土结构的薄弱环节。加强对混凝土结构之间连接工艺的监测和管理，规范现场施工操作成为把控装配式建筑结构安全的重中之重。因此，本文对装配式竖向构件套筒灌浆施工技术进行了研究。在行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》 JGJ 355-2015质量控制的基础上，对细节施工工序进行补充和细化，并对出现质量控制要求和遇到问题的解决方法和改进技术进行阐述。

1 套筒灌浆技术机理分析

1.1 工作原理分析

套筒灌浆连接方式在国外应用较多，美国ACI明确将这种连接列入机械连接的一类，不仅将这项技术应用于预制构件受力钢筋的连接，还用于现浇混凝土受力钢筋的连接[8]。套筒灌浆连接由于其操作简单，套筒预埋方便等优势逐渐在国内得到发展。

套筒灌浆连接方式主要是在装配式混凝土构件中预埋用于连接用的灌浆套筒，在混凝土构件连接时，下层结构的定位钢筋插入上层结构的套筒中，并在套筒中灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋连接方式，如图1所示。灌注的水泥基底料是以水泥为基本原料，并加入适当的细骨料、外加剂以及其他材料形成干混料，加水搅拌后具有较好的流动性，并具有早强、高强、微膨胀等性能的灌注料，填充于套筒与带肋钢筋间隙内。灌注料在凝结过程中发挥微膨胀的特性，并在套筒的约束作用下，增强钢筋与套筒之间的摩擦力和握裹力，避免钢筋和套筒之间发生滑移而使钢筋连接件失效。构件之间的连接接头分为全套筒灌浆连接接头和半套筒灌浆连接接头。

(a)全套筒灌浆连接头

(b)半套筒灌浆连接头

1.2 影响连接性能的因素

钢筋套筒灌浆连接的连接性能直接影响着装配结构体系的稳定性和安全性，因此在满足装配式结构设计要求的同时，应明确影响连接性能的主要因素，并采取一定的防护措施避免连接性能受到影响，套筒灌浆连接性能的影响因素主要有以下几个方面：

(1)灌浆套筒的力学性能和几何构造

文献[9]在总结其他学者实验结果基础上，提出灌浆套筒内部结构、几何形状、外部约束力和保护层厚度对套筒的黏结力以及对钢筋的握裹力都有影响。套筒端部采用内缩的锥形结构可以增大灌浆料对钢筋的约束作用。在套筒中加肋和凹槽可以提高浆料和钢套筒之间的粘结力。套筒灌浆连接的力学性能应符合行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398的规定。文献[10]对灌浆套筒类型和内表面形状对钢筋连接性能的影响进行了研究，结果表明，当套筒内肋间距在14 mm～28 mm范围内时，灌浆料能够有效地在钢筋与套筒之间传递荷载。当套筒内肋间距过大时，灌浆料受力不均匀，距过小时，灌浆料易发生剪切破坏，甚至将钢筋从套筒内拔出。

(2)灌浆料性能

灌浆料在钢筋与钢套筒工作过程中起着传递荷载的作用，因此灌浆料是否能够承受荷载的作用以及是否能够有效地传递荷载，是灌浆套筒连接件正常工作而不发生破坏的重要依据。灌注料的力学性能对整体连接性能具有较大影响[11]。根据《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ355-2015)的要求在配制灌浆料时，灌浆料的工作性能应符合表1所示。根据文献[12]的研究结果表明，当钢筋的连接长度为80 mm时，灌浆料性能对连接件的抗拉能力具有较大影响，当灌浆料的强度设计值从60 MPa提高到80 MPa过程中，套筒灌浆连接件的承载能力提高了15%，可见灌浆料的性能对套筒灌浆连接的性能具有较大影响。

表1 套筒灌浆料的技术性能

(3)灌浆密实度

套筒灌浆连接件在灌浆过程中是否密实，对钢筋与浆料之间的约束力以及粘结力具有较大影响。灌浆如果存在空鼓和不密实现象，对钢筋套筒连接件的力学性能具有非常大的影响。工程项目上通俗做法是根据出浆口是否均匀出浆来判断钢筋套筒灌浆是否达到密实度要求。因此在进行灌浆过程中因严格把控灌浆速度以及观察是否有漏浆的情况，在进行灌浆之前需要对灌浆孔道进行清洗，避免出现杂物影响浆料的质量。有条件的施工单位也可利用智能检测灌浆饱满性的仪器进行检测[7]。根据文献[13]的实验结果可知，当套筒灌浆密实度达到60%以上时，连接件表现出套筒外钢筋断裂，最大抗拉强度与钢筋抗拉强度有关，当灌浆密实度在60%以下，连接件主要表现为钢筋拉出破坏。

(4)养护效果

在灌浆结束后对构件进行固定和维护，对于浆料后期强度的发展具有非常重要的意义。在养护期间应避免构件受到扰动，当浆料的同条件养护试块强度达到35 MPa以上，方可进行后续施工。养护期间构件受到扰动会对连接接头浆料的凝固产生影响，并不利于浆料强度的发展，因此在灌浆后养护时，应严禁构件受到扰动。

从以上影响套筒灌浆连接件连接性能的因素分析中可知，灌浆料的性能和密实度对套筒灌浆连接件的影响较大。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

某高层住宅项目总建筑面积为5.58万m2，建筑占地面积约7560.96 m2，其中地上建筑面积约35 442 m2，地下建筑面积约20 340 m2。该项目含有4栋连体别墅和6栋复式高层住宅。工程中2#楼、3#楼以及5#楼采用部分装配的方式进行施工，2#与5#楼第2层及第2层以上为装配式混凝土结构层，3#楼第3层及第3层以上为装配式混凝土结构层，项目总体预制率达20%以上。主要预制构件为：楼梯(PCLT)、叠合梁内墙(PCDNQ)、叠合梁外墙(PCDWQ)、内隔墙(PCNQ)以及外隔墙(PCWQ)，最重构件约4.9 t。该工程竖向构件的连接采用套筒灌浆连接。

2.2 施工流程

基底处理→预制构件吊装→定位安装→封仓与接缝处理→灌浆料准备→灌浆料流动度试验→灌浆施工→接头试验→构件保护。

2.3 主要施工方法

2.3.1 基底处理

在进行构件吊装之前需要对混凝土板面的基底进行清理，去除杂质。在高温天气需要对基底进行洒水，湿润处理，但应避免出现积水。根据设计要求，对构件吊装的位置进行定位测量放线，严格控制构件的安装位置。对于下层混凝土钢筋出现锈蚀的现象，应在吊装之前及时进行除锈处理，并调整预留的钢筋长度，避免出现钢筋过长或者过短，钢筋的长度和位置应符合设计要求。

2.3.2 预制构件吊装

(1)钢片垫高

在基底放置厚度可调整的钢垫片，并根据标高测定结果进行厚度设置。钢垫片的设置应使构件处于垂直和同一水平高度的状态，并使预制混凝土墙构件与结构基底之间留有20 mm左右的缝隙。

(2)检查构件

在构件吊装之前，应检查构件表面平整度以及重点检查墙体构件内预埋的灌浆套筒内是否含有杂物，灌浆管路和出浆管路是否通畅，是否出现堵塞现象。

(3)构件吊装

利用塔式起吊机起吊预制墙体构件，在吊装时应注意下层钢筋与连接套筒应对中。采用以下措施保证上下层钢筋的偏差控制，根据构件编号用钢筋定位框进行限位，适当采用撑筋撑住钢筋框，以保证钢筋位置准确，混凝土浇筑完毕后，根据插筋平面布置图及现场构件边线或控制线，对预留插筋进行现场预留墙柱构件插筋进行中心位置复核，对中心位置偏差超过10 mm的插筋应根据图纸进行适当校正。在吊装的混凝土构件与下层钢筋之间居中后，安装斜撑。调节下排螺栓对预制墙体进行平整，采用靠尺，调节上排螺杆，进行垂直度控制并锁紧螺杆安装完毕，如图2所示。

图2 预制墙垂直度调整

2.3.3 封仓及接缝防水处理

当竖向构件宽度较大时，应进行分仓处理，避免因为仓体宽度过大，导致灌浆不密实影响后期套筒灌浆的连接性能。连通灌浆区域内任意两个灌浆套筒间距离在1.5 m内，分仓的宽度应小于1.5 m。分仓可采用中间分仓或者三段式分仓等方式。

该工程采用构造防水和材料防水相结合的方式进行防水密封。采用外低内高企口缝、设置排水空腔等构造阻断水的通路，达到防水目的。依靠防水材料阻断水的通路，接缝嵌填耐候建筑密封胶、外挂墙板周边设置橡胶空心气密条。采用密封胶进行密封，以提高外墙面的防水性能。密封胶选用MS325 型耐候性建筑密封胶。采用TS020底涂剂进行打底以提高混凝土与密封胶粘结作用。

在施工时，采用铲刀对接缝处进行处理，利用泡沫棒作为背衬材料封堵，并起到控制施胶厚度的作用，因为泡沫板具有膨胀性能可以起到防水效果。使用泡沫棒填充时，应防止泡沫棒受到破坏，并在其端部预留45°斜角，如图3所示。接缝宽度与施胶厚度满足下列要求: (1)接缝宽度B不小于10 mm; (2)当10 mm

图3 涂底胶

2.3.4 灌浆料准备

灌浆机在进行搅拌前应加适当清水湿润。灌浆料的配置根据产品使用报告，按照设计要求配合比进行配置。灌浆料采用标号为C60的高强砂浆拌制。《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》中规定：灌浆料抗压强度不应小于80 N/mm2，且不应大于95 N/mm2。灌浆过程中，灌浆机应随时搅拌，避免灌浆料凝固，由于灌浆料早强的特性，因此在灌浆料搅拌完毕后必须要在30 min内使用，超过30 min不得使用。

灌浆料拌合物应制作标准试块，试块的大小为40 mm×40 mm×160 mm，试块宜留置不少于2组，进行同条件养护和标准养护。

2.3.5 灌浆料流动度测试

灌浆料在搅拌完成后必须进行流动度测试，流动度测试要是不满足要求，需要重新配置。灌浆料流动度影响灌浆套筒接头灌浆料的密实度，如果流动度不够，则连接接头力学性能无法充分发挥作用，严重影响建筑物后期的结构安全。灌浆料拌合物的流动度测试应符合表1中流动度的要求，并且不得出现泌水现象。

2.3.6 灌浆施工

在灌浆操作之前，需要对灌浆孔和出浆孔通畅度进行检验，受堵情况下可用钢筋进行疏通。在实际灌浆之前利用清水适当湿润出浆孔，避免混凝土结构表面太干吸水，影响灌浆料的配合比和流动度。

利用灌浆机从灌浆孔中灌入灌浆料。灌浆时应保持一定压力，灌浆压力不用过大，避免冲掉封堵口，应控制在0.2 MPa～0.4 MPa之间。在整个灌浆过程中应保持灌浆的速度和压力，中途不能停歇或终止。若出现终止的情况，应尽快恢复灌浆作业，并保证灌浆孔中的浆料符合流动度的要求。

同一个分仓应选用一个灌浆孔进行灌浆，不能同时两个灌浆孔灌浆。灌浆应自下而上进行，待上部出气口冒浆时，即视为灌满应立即进行封堵。将灌浆应密实饱满，所有出浆口均应出浆做为现场施工后灌浆是否合格的判定标准。在灌浆过程中如果出现部分出浆孔的浆液未出浆的情况，可以更换灌浆孔进行调整。当灌浆结束待灌浆料凝固后，可取下封堵口，检查灌浆料是否密实和饱满，所有的灌浆孔和出浆孔都应进行检查。当密实度不符合要求时，应进行人工补料，灌浆示意图如图4所示。

图4 灌浆示意图

2.3.7 接头试验

套筒灌浆的接头质量是装配式工程需要重点把控的对象，灌浆套筒连接接头的质量直接关系着装配式工程的施工质量。因此在进行灌浆作业后，应留置接头试件，并按试验要求做好养护，当养护的龄期达到要求时，应将接头试件送往试验基地进行相关的抗拉试验。

套筒灌浆连接接头应满足强度和变形性能的要求，在进行接头性能试验时，连接接头的抗拉强度不应小于连接钢筋的抗拉强度标准值，且破坏时应断于接头外钢筋。

2.3.8 构件保护

挂禁止扰动的警示标志牌，避免连接件受到扰动从而破坏连接强度。当构件灌浆料的强度达到35 MPa后方可进入下一道工序。如果以时间维度来测量的话，环境温度在15℃以上的地区，需保证构件在24 h内不得受到扰动。如果构件在5℃～15℃左右施工的话，需保证构件在48 h内不得受到扰动。5℃以下的地区应根据实际情况而定，对于环境温度在5℃以下的地区可以采用构件加热或者采用新型灌浆料的方式进行施工[14-15]。

2.4 质量控制要点

(1)严格控制原材料的进场检验，灌浆套筒应由接头提供单位提交所有规格接头的有效型式检验报告。钢筋、水泥、砂浆等原材进场时应做好复检和抽检工作，符合国家有关规定的要求。

(2)进行拌合物灌浆时，应对拌合物的30min流动度、泌水率、竖向膨胀率以及抗压强度等进行检验，并符合表1中的相关要求。拌合物应在30min内使用完毕，超过时限的灌浆拌合物不得再使用。

(3)灌浆过程应保持一定压力，并使灌浆孔道的灌浆拌合物填充密实。在灌浆结束后应观察灌浆液页面，当灌浆液未达到要求时应进行补浆。

(4)在灌浆连接接头强度发展过程中应保持构件不能受到扰动，并强度发展时间应根据当地环境温度和同条件养护试块确定。

2.5 遇到问题与改进措施

问题1：在灌浆完毕30min后拔出出浆孔的堵塞，发现个别出浆孔浆液没有达到标准要求的高度。

解决方法与改进措施：对没有达到灌浆要求的孔道进行二次手动补浆。采用U型连通器连接在出浆孔，发现液面达到要求后再进行封堵。

问题2：个别出浆口没有灌浆液流出。

解决方法与改进措施：对封堵的套筒混凝土进行凿除清理杂物后进行封闭。在进行灌浆之前一定要确认管道通畅。

3 结论

装配式混凝土结构的连接技术一直是装配式技术安全推广的重点，其连接效果和力学性能直接关系到装配式构件体系的质量和安全。本文通过对某工程的竖向构件套筒灌浆技术现场应用实践进行梳理，得到结论如下：

(1)灌浆套筒具有承载能力强、消除应力集中、耐疲劳性好的优点，并且该项技术进行接头连接时操作简单，湿作业区域少，接头性能强。在装配式中具有很好的推广前景。

(2)装配式构件的连接技术是装配式体系中的重要环节，施工中应加强对套筒灌浆过程的质量控制以及对原材的综合把控。