多层框架预制柱套筒灌浆施工技术

徐涛，唐孝运，兰国权，罗苑

（1重庆建工高新建材有限公司，重庆401122；2重庆建工第三建设有限责任公司，重庆401122）

0 引言

装配式混凝土结构是由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的，作为我国建筑工业化发展的重要方向，近年来获得快速发展。和现浇混凝土结构相比，采用装配式混凝土结构不仅可以提高建筑质量，节省资源、能源，减少碳排放，还可以减少现场施工人员等，在未来城市建筑领域具有广阔的发展前景。

装配式混凝土结构的连接节点在理论上是薄弱环节，而纵向受力钢筋的连接又是预制构件连接的关键点。上世纪60年代，余占疏（Alferd A．Yee）博士在美国发明了钢筋套筒灌浆连接接头，很好地解决了装配式结构中纵向钢筋连接问题，可有效实现“装配等同现浇”的设计要求[1]。近年来，随着装配式建筑的快速发展，我国也开始采用套筒灌浆接头，但对套筒灌浆连接施工工艺的研究较少，使得现场连接质量不易控制。本文依托实际工程项目，研究预制柱全灌浆套筒施工的原理、方法及施工注意事项等，可为同类型工程提供借鉴。

1 工程概况

北碚歇马特勤消防站及支队训练基地营房项目位于重庆市北碚区歇马云康路附近，特勤消防站建筑面积8063.37m2，地上4层，房屋高度18.3m；结构安全等级为一级，为多层装配式整体式混凝土结构，采用装配式建造方式施工，装配率约57%。预制构件主要采用预制混凝土柱和蒸压加气混凝土条板（内隔墙）。其中，少量预制柱截面为600mm×500mm（重量约2.3t），大部分预制柱截面为500mm×500mm，重量在2t以内，预制柱采用套筒灌浆连接。

2 施工工艺原理

钢筋套筒灌浆连接接头由带肋钢筋、灌浆套筒和专用灌浆料组成。连接原理是通过中空型套筒将钢筋从两端开口插入套筒内部，钢筋不需要搭接或焊接，钢筋与套筒之间填充高强无收缩灌浆料，其连接可视为一种钢筋机械连接，套筒灌浆接头依靠材料间的粘结来达到钢筋锚固连接的作用。当钢筋受拉时，拉力通过钢筋-灌浆料结合面的粘结作用传递给灌浆料，灌浆料再通过其与套筒内壁结合面的粘结作用传递给套筒[2]。同时，套筒外混凝土和套筒可分别为灌浆料提供有效的侧向约束力，有效增强材料结合面的粘结锚固作用，确保接头的传力能力[3]。图1为全灌浆套筒示意图。

图1 全灌浆套筒示意图

3 施工工艺流程及要点

3.1 工艺流程

预制混凝土柱施工工艺流程：现场构件吊装固定→工器具准备→封堵接缝→拌制灌浆料→灌浆施工。

3.2 施工要点

3.2.1 预制柱现场吊装固定

预制柱吊装前，首先要复核、修正楼面预留钢筋的位置，为确保安装能一次性就位，可采用定制定位钢板复核钢筋位置。预留钢筋校核无误后，凿毛预制柱底接触楼面，清理预制柱底与接触楼面的浮灰、残渣，然后设置垫块调整底面标高并为后期封仓提供操作空间。清理、校核工作完成后开始进行吊装，利用起重设备将预制柱吊运至安装面预留筋上方50～100mm处后，让预留筋与所有套筒口对齐，然后再缓缓下降预制柱，安装就位后采用斜向支撑临时固定，然后对预制柱底标高、垂直度进行复核，并通过增加或减少底部垫片来微调底部标高，调节斜向支撑长度，对预制柱垂直度进行调节（图2）。

图2 预制柱吊装就位

3.2.2 灌浆工器具准备

在开始灌浆施工前，需要准备好灌浆所用的工器具，包括可调节压力的电动灌浆机、手动灌浆机（用于少量的补浆工作）、精度0.01kg的电子秤（用于灌浆料及水的称量）、带刻度量杯、筛网、手持式砂浆搅拌器、堵孔塞、L形透明导管（插入出浆孔，通过灌浆料的回流情况判断套筒灌浆是否饱满）、温度计、抹刀、高压水枪（当灌浆有问题时用于清洗套筒）等。

3.2.3 封堵接缝

在开始灌浆施工前，需要对预制柱底部四周封堵施工，施工时为保证接缝外侧的密封性，需要使用专业的座浆材料，封堵时宜形成R角[4]，可增加与楼地面的摩擦力，保证其表面的平整和光滑，保证接缝处封堵的密实性和牢固性，避免出现因灌浆压力较大封堵材料整体挤出的情况。

采用钢筋等作为封堵料内衬封堵模具，塞入预制柱与地面的水平缝中，一般情况下内衬材料外缘与预制柱外缘的距离约为20mm，做好内衬后，将拌制好的封堵料填塞入接缝内，保证接缝填塞密实后抽出内衬。封堵工作完成后，需要静置12～24h，以保证封堵材料强度满足规范要求。

3.2.4 拌制灌浆料

灌浆料是钢筋和套筒间的重要连接介质，灌浆料性能的优劣直接影响构件的使用性能，是影响连接接头性能的关键因素。所以要严格按照要求拌制灌浆料，灌浆料成品要求如表1、表2、表3所示。

表1 灌浆料抗压强度要求

表2 灌浆料竖向膨胀率要求

表3 灌浆料拌合物的工作性能要求

灌浆料拌合物应严格按照要求进行拌制，拌制过程中要注意以下几个要点：

（1）拌制要求

应精确称量灌浆料拌制加水量，搅拌完成后不得再次加水；应采用电动设备将灌浆料拌合物搅拌充分、均匀，并且为防止灌浆料中残留气泡，搅拌均匀后宜静置2min后使用；当施工环境温度过高（高于30℃）时，为避免灌浆料拌合物流动度降低并加快凝结硬化，可采用降低水温甚至加冰块搅拌等措施降温，以保证灌浆料拌合物流动度。

（2）灌浆料检测要求

在使用前要做好灌浆料拌合物流动度测试，每个工作班组应至少检查1次灌浆料拌合物初始流动度，且满足表3的指标要求。灌浆料拌合物初始流动度检查为施工过程控制指标，应在现场温度条件下测量。

（3）灌浆料使用要求

灌浆料拌合物的流动度指标会随时间逐渐下降，为保证灌浆施工，灌浆料宜在加水后30min内用完，灌浆料拌合物不得再次添加灌浆料或水后混合使用，超过规定时间及使用剩余的灌浆料拌合物严禁再次使用。

3.2.5 灌浆施工

灌浆料拌制完成后需要及时进行灌浆施工，由于目前灌浆完成后的密实度检测手段还不成熟，必须加强对灌浆过程的管控，以保证灌浆质量。灌浆过程中要注意以下几个要点：

（1）压力灌浆

灌浆全过程不宜压力过大，灌浆压力宜根据灌浆面积及套筒数量来调整，在保证灌浆速度的同时，要避免灌浆压力过大造成套筒灌浆不密实。

（2）封堵出浆口

基层面和预制柱构件下端之间有连通腔，灌浆孔的标高位置较低，一般情况下会首先从下部的灌浆孔出浆。在封堵灌浆孔时，首先对出浆的灌浆孔进行封堵，当上部出浆孔出浆时，再对出浆孔进行封堵。若一点灌浆遇到问题而需要改变灌浆点时，已封堵的灌浆孔和出浆孔需要重新打开，待改变灌浆点、灌浆料再次流出后进行二次封堵。

（3）灌浆充盈度检查

灌浆施工前，宜在出浆孔设置L形透明导管，完成灌浆后需要静置观察L形透明导管里的浆液是否出现明显下降，若有明显下降不满足要求时，需要向不符合要求的孔补灌，当在灌浆料加水拌和30min以内时，应首选在灌浆孔补灌；当灌浆料拌合物已无法流动时，可从出浆孔进行补灌，并采用手动设备结合比出浆孔小的细管压力灌浆以保证排气，完成后封堵补灌的出浆孔。

灌浆施工完成后，要注意对预制柱的保护，并且要保证灌浆后12h内不得使预制柱受到扰动。

3.3 质量控制

（1）应由专业人员严格按照要求及相关技术标准进行套筒灌浆施工作业。

（2）灌浆施工完成后的灌浆质量检测手段目前还不成熟，需要加强施工过程质量控制，以保证施工质量。在灌浆施工时，宜旁站质量监督员，并记录灌浆料拌合物流动度，接头灌浆孔、出浆孔出浆及封堵情况，确保作业无误、记录真实可信，并保留视频资料。

（3）做好各种检验及验收工作

①灌浆套筒进厂（场）时，应抽取灌浆套筒检验外观质量、标识和尺寸偏差，检验结果应符合现行行业标准及表4的要求。

表4 灌浆套筒灌浆段最小内径尺寸要求

②灌浆料进场时，应对灌浆料拌合物30min流动度、泌水率及3d抗压强度、28d抗压强度、3h竖向膨胀率、24h与3h竖向膨胀率差值进行检验，检验结果应符合表1、表2、表3的要求[5]。

4 施工注意事项

4.1 预留钢筋定位

混凝土柱纵向钢筋数量较多，预制柱精准安装就位是施工的重点也是难点，若预留钢筋定位误差较大后期很难纠正，所以在现场施工阶段就需要保证柱子钢筋定位有足够的精度。与套筒连接的钢筋伸出楼地面部分较短，位置调整难度较大，施工阶段建议使用定位钢板精准定位伸出楼面的柱钢筋的位置，定位钢板上的孔洞大小和位置按照预制柱套筒尺寸及位置设置，如图3所示。

图3 钢筋定位钢板

4.2 施工环境温度

灌浆料拌合物是快硬型材料，在加水拌制后30min内要使用完毕，拌合物对施工环境温度较为敏感，温度过高或过低均需要采取措施保证灌浆料拌合物质量。

冬季施工时，当环境温度低于0℃，不得进行灌浆施工作业；当环境温度高于5℃时，灌浆施工可正常进行，但需要密切关注温度变化，在灌浆完成的24h内，要保证灌浆部位温度不低于5℃，否则需要采取保温措施；当环境温度在0℃～5℃范围时，宜采用温水搅拌灌浆料，水温宜在22℃～28℃之间，灌浆料拌合物灌浆并封堵完成后，可在上部出浆孔向上延伸300mm范围内对套筒灌浆进行保温，保温时间持续24h。

夏季时，灌浆施工宜选择上午或晚上气温较低的时段。当温度高于30℃时，宜采用冷水搅拌，以降低灌浆料拌合物温度，可在水中添加冰块降低水温，但在对灌浆料加水前，需对冰块进行过滤，搅拌水温度不宜过低，8℃～15℃为宜。

4.3 套筒出浆口浆体回流

套筒出浆口浆体回流是套筒灌浆施工过程中比较容易出现的问题。连通腔灌浆结束前，若灌浆设备拔出前持压不足，浆体未填充各类微小缝隙，则灌浆结束后浆体继续流动填充缝隙，将导致出浆口浆体回流；连通腔灌浆结束后，灌浆设备从灌浆口拔出，若封堵灌浆口不及时致漏浆较多，也会导致套筒内浆体回流，这种情况下连通腔位置的套筒回流最严重；若连通腔封堵不严密，容易出现连通腔漏浆，导致套筒内浆体回流。

浆体回流均是灌浆施工过程中操作不到位造成的，需要把控工艺细节。连通腔灌浆结束前，当其他所有套筒都已经出浆并封堵后至少再持压15s，确保浆体填充各类微小缝隙；选用灌浆设备时，若有条件可采用调压灌浆设备，先进行高压灌浆，再低压持压一定时间，或采用具有可调流量、自动保压、实时监测流量与压力等功能的新型智能灌浆设备；灌浆设备拔出时，灌浆人员和封堵人员应密切配合，努力做到在灌浆设备拔出的同时进行封堵，尽量减少灌浆口漏浆；应采用专用封堵材料进行连通腔封堵，严禁使用普通砂浆进行封堵，并确保封堵材料养护到合适龄期后再进行灌浆。

5 结语

该项目从设计、生产、现场施工三个维度优化预制柱的应用实施，特别是在现场施工过程中应用钢筋定位钢板、L形导管等辅助设施，确保了现场安装的精度，较好地控制了套筒灌浆的密实度，解决了施工过程中的难题，项目实施效果较好。在套筒灌浆施工过程中，需要严格按照规范要求拌制灌浆料。同时要严格控制灌浆时的压力，观察出浆孔处浆液回流情况并及时处理，确保套筒灌浆饱满度。

随着建筑结构技术的不断发展以及对装配式建筑要求的不断提高，竖向预制混凝土构件在装配式建筑中的应用也会越来越多，套筒灌浆连接技术也将广泛应用。本文基于重庆市北碚歇马特勤消防站及支队训练基地营房项目，归纳总结了预制混凝土柱全灌浆套筒施工工艺原理，详细介绍了预制柱的施工要点、难点及质量控制要点，总结了施工过程中出现的问题并提出解决方法，为同类工程提供参考。