钢筋套筒灌浆连接施工质量缺陷及检测方法研究

2021-08-24鲁文斌

河南建材 2021年8期

鲁文斌

湖南省第五工程有限公司（412000）

0 前言

随着现代建筑技术的发展，预制剪力墙结构的大多数组件都是在工厂预制的，然后在施工现场进行组装和安装。大量预制构件之间的多个水平和垂直连接是预制混凝土结构的重点。杆套式注射接头由于其稳定的机械性能，简单的结构以及较短的工期而被广泛使用。套筒灌浆连接件本身尺寸较小，且内部的结构比较复杂，进而导致很多隐藏问题。在现场灌浆过程中，将出现松散的灌浆，灌浆漏水和钢筋断裂。文章介绍了钢筋套筒灌浆连接技术，并总结了灌浆缺陷和灌浆密度检测方法的进展。

1 钢筋套筒灌浆连接

钢筋套筒灌浆技术是在1960年发明的，最初用于檀香山的38层酒店建筑。钢筋套筒灌浆技术有良好的连接性能，易于安装。自1970年以来，钢筋套筒灌浆技术已在欧洲和美国广泛使用。之后，被引入并推广到日本。近年来，我国逐渐引入了这项技术。钢筋套筒灌浆接头是一种钢筋接头，是通过在钢筋中填充非收缩、快速凝固、高强度的无机浆液和特殊的套筒接头以固化并硬化泥浆而形成的。套筒包括完全灌浆的钢制套筒和半灌浆的钢制套筒。套筒最初设计为具有光滑内部和外部的单个圆柱体。有学者尝试向套筒中添加螺旋箍筋，这种结构可以有效减少钢滑移的发生。套筒灌浆最初应用于海洋平台中桩腿和基础钢管桩的连接（如图1所示）。钢管与套筒间灌注水泥基灌浆料，以减少钢管挠曲变形并防止腐蚀。连接强度的大小主要取决于钢管和灌浆料接触面上的黏结强度。钢管和灌浆料之间的黏结力主要由钢管和水泥浆之间的化学胶着力、摩擦力和机械咬合力三部分组成。套筒灌浆连接主要有半套筒式、内套筒式、外套筒式三种构造形式。

图1 钢筋套筒

有国外学者等对灌注膨胀水泥浆套管连接在纯弯和弯剪两种荷载条件下的试验和有限元分析研究。通过试验发现，灌注膨胀水泥浆套管连接在静力荷载作用下具有较高的承载力，并且具备较好的延性。在有限元分析研究中建立了合理的分析模型，得到了灌注膨胀水泥浆套管连接灌浆体及内外管在外荷载作用下的应力分布情况，并与试验结果进行了对比，验证了分析模型的可靠性。

2 钢筋套筒灌浆连接接头的施工质量缺陷

灌浆的质量对钢筋套筒灌浆接头的实际承载能力有非常重要的影响。灌浆的密度会影响灌浆组件的制造精度和现场人员的技术水平。水泥浆不稠密，水泥浆泄漏，钢筋被切割或放错位置，主要原因是涂层中有异物，使注浆变得困难。注浆操作不规范，导致注浆泄漏和缺陷；组装或安装精度很差，并且在被迫到位时钢筋会被切开。周奎、陈燕清[1]等人提出钢筋的穿透长度越大，就越难于在现场组装，使用单轴拉伸试验测试了具有不同构型节点的连接性能。结果表明，随着侧向约束的增加，钢筋的锚固长度缩短到钢筋直径的9倍左右（如图2所示），可避免一些施工质量缺陷。初步得出结论，对于普通的加固套管，套管底部的锚固长度（8 d）小于30 mm的缺陷不会影响接头的强度。

图2 缺陷长度增加时钢筋发生刮犁式拔出

通过对单位荷载滑移率的分析，得到不同的变形特征:

在公式（1）中，φ是钢筋的变形，δ是SY01引申计的心轴之间的距离，PU是最大载荷，Lm是锚定长度；缺陷位置、缺陷长度、厚度和缺陷的变化会导致滑移率发生变化。数值分析结果表明，水平注入缺陷对样品的承载能力影响最大，平均损伤缺陷大于最终缺陷，但小于均匀分布缺陷。在以前的研究中，通过软件测试和模拟了由不同灌浆缺陷引起的相应失效模式，并概述了加强套筒灌浆连接的措施，其结果表明连接有效。当连接强度不足时，将导致钢筋拔出故障、灌浆材料分裂故障、灌浆材料拔出故障和壳体拔出故障。了解灌浆缺陷的破坏机理对检测方法的选择具有指导作用。

3 钢筋套筒灌浆连接接头施工质量缺陷的检测

套管注浆密实度的检测方法有以下几种。

3.1 集成传感器方法

集成传感器方法的原理是使用特定的激励信号来驱动阻尼传感器以产生一定的振动频率。当振动器周围的介质的弹性模量较大时，振幅衰减较快。可以通过振幅和频率的变化来确定振动器周围环境的状态。通过试验研究，刘子业[2]等人发现传感器的埋入方法和灌浆材料的流动性将对采用集成阻尼振动传感器的方法测量钢筋套筒灌浆密实度的结果产生影响。如果测试结果完全不同，请检查钢筋套筒是否泄漏或灌浆混合物的液位是否下降。

3.2 瓶坯开孔方法

瓶坯开孔方法的主体是瓶坯开孔装置。灌浆施工完成后，将设备放在灌浆口中，以代替橡胶进行密封。灌浆材料固化后，可以将成孔杆拉出以形成检测通道，并且可以重复使用主成孔装置。国外学者试验证明，预钻方法结合内窥镜三维成像技术可以测量套管中灌浆材料上表面与测量透镜之间的距离，以准确计算出填充物的饱满度。

3.3 阻力检测法

防灌浆材料由骨料、胶凝材料和其他辅助材料组成。其导电性能随着灌浆材料水化时间的增加而降低。通过此功能，可以使用电阻测量方法来检查灌浆是否已满。郭辉等人建议使用电阻器检测套管中的浆液，并进行了试验研究。结果表明，阻力法可以实时检测套管内的灌浆是否充满。

3.4 冲击回波法

冲击回波法是一种用于混凝土的无损检测方法，主要用于混凝土缺陷、预应力隧道灌浆和填充钢管的密实性等工程质量测试的研究和应用。该方法使用瞬时机械冲击产生的低频应力波来检测结构的内部。曹亚栋[3]等人首次使用冲击回波法测试了钢筋混凝土衬砌的灌浆密实度，并测试了不同类型的钢筋混凝土衬砌和灌浆的密实度。试验结果表明，中间加固水泥浆样品可以定性判断水泥浆的密度，但试验结果存在一定误差。对带有双排加强套管的样品进行定性判断是不可能的。

3.5 超声波检测法

超声波检测法是指使用具有波形显示功能的超声波检测器来测量声学参数，例如超声波脉冲波在混凝土介质中的传播速度，第一波的振幅和接收信号的频率，并根据这些参数及其相对变化确定具体缺陷。通过理论和试验研究，聂东来等人在致密灌浆材料增强套管和分离灌浆材料增强套管中获得了两条超声波传播轨迹。该方法用于分析套筒灌浆密实度的可行性。李东升等人采用超声波波导法进行检测，初步建立了一套衬砌灌浆缝缺陷检测系统。

3.6 X射线检测技术

X射线检测技术是具有特定波长的电磁波通过物体时，其强度减弱。不同材料的衰减也不同。当光穿过物体时，使用特定的检测设备记录透射光的强度，即可获得物体内部的投影图像。张福文等人建议，使用便携式X射线技术测试灌浆套管的密实度，但测试结果表明X射线仅适用于测试200 mm厚灌浆和李子套管的压实预制剪力墙套管。有学者提出了一种结合X射线和半损伤技术的检测方法，即在不切割受力钢筋的情况下，去除部件的混凝土部分，并放置成像板以传输成像，从而解决了问题。X射线检测是关键，受外壳设计和元件厚度限制。

3.7 埋入式钢丝拉制法

埋入式钢丝拉制法是一种检测胎体灌浆密实度的方法，即在应用灌浆之前，埋入式钢丝，灌浆材料在一定时间内被固化。去除嵌入的金属丝，并根据拉伸载荷的值确定灌浆的密实度。试验室和工程现场的试验结果表明，埋入式钢丝拉制法是可行的，可用于预制整体式混凝土结构套管灌浆度的现场检查和质量控制，可以与预制整体混凝土结构结合使用。

国内学者基于试验室试验和工程实践，提出了一种组合式内窥镜钻探方法来检测套管灌浆密实度。该方法包括在袖带的灌浆管上钻一个孔，然后沿通道底部延伸示波器，以查看袖带顶部的灌浆是否已满。或者，可以在连接灌浆孔和套管灌浆孔的任何位置钻一个孔，穿过套管壁，然后沿着通道底部插入内窥镜，以查看套管上的灌浆是否已满。超声波方法、X射线探伤方法和冲击回波方法都是非破坏性的，但是超声方法只能用于定性检测，而不能用于定量分析。由于设备的复杂配置，因此很少在实际应用中使用。X射线检查结果直观，但设备庞大复杂，需要事先准备完整的安全防护设计。冲击回波法有很大的局限性，只能对中间带钢涂层的水泥浆样品进行测试，只能进行定性测试，并且不能定量确定缺陷。现有的非破坏性测试方法存在重大缺陷，需要新的测试设备和方法，使其更适合于建筑工地。集成传感器、预钻孔、电阻法、集成拉丝法、内窥镜结合钻孔法等，需要集成设备或对零件造成轻微损坏。其中，预先打孔和嵌入的拉丝方法需要预先整合的设备，并且在测试后进行额外的浇水。集成的传感器方法和阻力方法可以检测灌浆材料的流动性和水合程度，以确定是否存在灌浆泄漏和松散的灌浆。这些检测方法仅适用于零件安装和注浆阶段。集成拉丝方法最简单，预钻孔方法具有最全面的检测效果。钻孔和内窥镜检查方法的结合消除了预先嵌入现有组件以实现最大整体灵活性的需求，适用于组装和灌浆的零件。

总而言之，目前，由于生产和施工精度的限制以及钢筋套筒本身的设计，不能完全避免施工质量缺陷。通过对各地区建设工厂和实际工程的现场研究，总结了套管注浆施工中的常见问题，并通过严格的监督和新型注浆设备的研发，减少了施工质量缺陷，并提出了施工工艺的优化建议。