套筒灌浆式预制拼装桥墩质量问题及控制措施

孙振杰

（上海公路桥梁（集团）有限公司 上海 200433）

随着经济的快速发展，推进了建筑工业化和住宅工业化，装配式建筑步入快速发展的轨道。对于传统的现浇混凝土桥梁，其施工过程对交通与周边环境造成一定的影响，并且施工周期长，施工安全风险大［1］。因此，在装配式建筑中预制拼接桥墩得到了推广，一方面机械化水平得以提高，施工进程变快，施工人员的劳动强度减小，环境得以保护，符合绿色节能环保的施工理念［2-3］。

自1960年以来，国外发达国家已经使用预制桥墩建造桥梁，美国首次采用预制装配式技术建造了德克萨斯州约翰肯尼迪堤道桥［4］。对于桥墩插槽型连接方式的研究，吴平平等人［5］通过桥墩足尺模型拟静力试验研究了地震作用下插槽结构高强度装配式桥墩的受力特性及整体稳定性，并分析该桥墩结构受震时的破坏形式、刚度、承载能力及延性系数。对于预制桥墩承插式连接方面，孙贵清等人［6］采用MIDAS FEA软件建立桥墩-承台-桩基础有限元模型，分析了公路桥装配式桥墩承插式连接的桩基承台的应力和破坏点。钱辉［7］基于承插式桥墩与多节段桥墩的技术优点，提出了一种新型自复位承插式多节段预制桥墩（RSSPP）。欧智菁［8］阐述了装配式桥墩主要施工工艺、检测技术及质量控制点，并介绍了传力可靠的新型装配式结构连接方式。通过对预制构件的力学特性研究，可以对合理选用以及施工质量控制提供重要参考，并对装配式桥墩未来的发展和研究进行展望［9-10］。

对于灌浆套筒桥梁的墩柱节点，主要有上套筒连接方法和下套筒连接方法。第一种套筒可以预埋在墩柱的底部，而后与从承台伸出的钢筋相连。第二种套筒也可以预埋在承台内，与从墩柱底部伸出的钢筋相连，两种方法各有优缺点。对于套筒连接的预制拼装桥墩抗剪性能方面，王志强［11］通过拟静力试验，得到了灌浆套筒连接构造的预制拼装桥墩主要表现为弯剪破坏模式，变形能力和耗能能力良好，且与现浇试件抗剪性能相近。对于套筒连接的预制拼装桥墩抗震性能方面，徐文靖［12］以灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩为研究对象，分析了地震作用下此类桥墩墩身与承台接缝处的受力机理和套筒预埋于塑性铰区对桥墩整体受力性能的影响，进行了灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩模型拟静力试验。葛继平［13］设计了整体现浇试件（RC）、预应力钢绞线和灌浆套筒连接的预制拼装试件（PCSS）与精轧螺纹钢筋和灌浆套筒连接的预制拼装试件（PCTS）桥墩，并采用拟静力试验方法分析了各种桥墩的各种拟静力指标，比较了桥墩的抗震性能。针对套筒灌浆质量检测方面，许国东［14］采用X 射线数字成像技术检测灌浆套筒饱满程度。李刚［15］采用工业内窥镜技术现场检测灌浆套筒内钢筋锚固长度和灌浆饱满度。

装配式桥墩技术在公路市政桥梁中得到了应用，而对于公路桥墩中套筒灌浆施工质量问题及控制措施的研究需要进一步的开展。本文拟结合上海市济阳路快速化改建工程，从套筒灌浆施工存在的问题以及预制桥墩拼接等方面详细总结了施工质量控制措施，以期为预制装配式建筑的发展提供借鉴。

1 项目概况

上海市济阳路改建工程包括济阳路主线的快速化改建工程及相关配套改造工程。济阳路主线的快速化改建道路走向沿规划济阳路线位，工程北起卢浦大桥，南至新区与闵行区区界，全长约7.1 km，其中卢浦大桥至中环线段全长3.9 km 中环至外环线间全长1.9 km，外环线以南1.3 km，如图1 所示。主线及匝道桥梁工程主要包括以下内容：改造原中环线立交济阳路跨线桥南侧落地段，新建济阳路主线高架桥，桥长2 885.704 m。外环以北标准段桥宽24.5 m，外环以南标准段桥宽25.0 m；新建上浦路一对平行式上、下匝道桥，其中上匝道长226.0 m，下匝道长226.0 m，桥宽均为8.5 m。

图1 济阳路快速化改造工程规划Fig.1 Planning of Rapid Transformation Project of Jiyang Road

主线高架标准段桥宽25.0∕24.5 m，采用结构简支、桥面连续、预制小箱梁结构，一跨～四跨一联。承台采用钢筋混凝土现浇形式，厚度2.2 m；中墩立柱采用双柱式，边墩单柱式，立柱截面尺寸2.0×1.5 m；小箱梁标准跨径30.0 m，梁长28.8 m，高1.6 m。高架桥桥梁断面如图2所示。

图2 高架桥桥梁断面Fig.2 Viaduct Bridge Cross Section（m）

盖梁柱式墩皆为带四周150 mm 圆角的矩形立柱，混凝土强度等级为C40。桥墩立柱在现场与盖梁及承台采用灌浆套筒连接。立柱主筋采用HRB400的φ40 钢筋，箍筋采用HRB400 的φ12 钢筋，拉筋采用HRB400 的φ16 钢筋。立柱拼装采用φ40 全灌浆套筒连接承台及盖梁的形式，立柱柱底布置套筒，柱顶伸出盖梁连接插筋。高架桥桥梁拼接如图3所示。

图3 高架桥桥梁拼接示意图Fig.3 Schematic Diagram of Viaduct Bridge Splicing

2 工艺流程

灌浆式预制桥墩拼接的工艺流程如图4所示。灌浆前应检查所有孔道通孔情况，确认无误后用雾状水进行套筒湿润，湿润时从出浆孔采用喷壶进行湿润，湿润完成后安装L型管。

图4 灌浆式预制桥墩拼接的工艺流程Fig.4 Process of Grouting Prefabricated Bridge Pier Splicing

搅拌设备为搅拌机，搅拌时间为3 min。垫层砂浆达到终凝后，即可进行灌浆作业。预先湿润搅拌桶和搅拌头，将干燥的物料和水依次放入搅拌桶中。同时打开搅拌机和底座转盘，启动秒表。搅拌3 min 后，关闭搅拌机和底座转盘。如果搅拌后泥浆中仍有固体干物质，则继续搅拌，直到完全没有干物质为止。静置2 min 后，气泡释放，高强灌浆料搅拌完毕。将混合好的浆液倒入灌浆机，开始灌浆。压浆过程为浆料从下部注浆孔压浆上部出浆口出气，如图5所示。

图5 压浆过程Fig.5 Grouting Process

灌浆约70 s 后，浆液上升至出浆口L 形管口。当浆液流出时，堵住出口，停止灌浆。待注浆管压力稳定后，拔出注浆枪头塞住注浆孔口。压浆口采用橡胶止浆塞或者布条封堵。灌浆料拌和时应适量，并且必须30 min 内使用完毕，对在规定时间外未使用完毕的灌浆料应作废弃处理。测试结果满足表1后方可用于现场拼装连接。

表1 性能指标Tab.1 Physical Properties

3 施工质量控制措施及改进方案

3.1 存在问题

⑴灌浆套筒接头的力学性能会受到套筒质量、灌浆材料和施工质量等的影响。

⑵由于封堵不到位，连接面黏结力不够，或灌浆时流动阻力过大导致封堵砂浆被灌浆料挤垮而漏浆。

⑶密封层、灌浆口、灌浆口和空气夹层的密封不良都会导致套管顶部或中部出现空腔。预制构件的尺寸偏差会导致构件和套筒偏心，泥浆流动不畅。

⑷由于灌浆时跳仓过早、灌装时发生漏浆、封堵不及时或未作持压处理，灌浆结束浆液回流，会导致灌浆不饱满的情况。

⑸灌浆混合料后施工时间过长，会导致浆液流动性降低，影响套筒内的传力，导致力学性能下降。

3.2 施工人员要求

⑴操作人员应进行相关专业培训，合格后方可作业。

⑵对于灌浆过程进行监督，并保存灌浆过程图片及视频影响文件。

3.3 灌浆质量检测要求

⑴套筒和灌浆料必须经过检测合格后才可使用。⑵ 采用现有质量检测方法进行灌浆将质量检测，若发现存在灌浆缺陷需进行补灌或二次灌浆。

3.4 灌浆腔密封

⑴确保连通灌浆区域、灌浆套筒、排气孔通畅，避免封堵材料进入灌浆套筒、排气孔内。

⑵灌浆前应确认封堵效果能够满足灌浆压力需求，方可进行灌浆作业。

⑶封浆料在连通腔的内侧面应压实，不得与构件底面形成缝隙.

3.5 灌浆作业质量控制措施

3.5.1 控制灌浆料搅拌时长

注浆材料的搅拌时间是控制注浆材料质量的一个重要因素，必须严格按照产品说明书进行搅拌，控制注浆材料与水的比例，并使用搅拌工具将注浆材料搅拌均匀。为了防止注浆工人故意减少注浆材料的搅拌时间，导致注浆材料搅拌不均匀，从而影响注浆质量，在搅拌过程中应实时控制注浆材料的搅拌时间。

3.5.2 保证灌浆料搅拌完成后的静置时间

《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程：JGJ 355—2015》中指出，灌浆料拌合物搅拌完成后须静置2 min以排出气泡。然而，在实际的灌浆施工过程中，往往发生注浆工人为了节省时间，将刚刚搅拌好的浆液混合物直接倒入注浆设备中，使带有气泡的浆液注入注浆套中，影响灌浆密实度，造成灌浆节点整体质量问题。因此，在注浆施工中应严格保证注浆材料的静置时间。

3.5.3 严格控制注浆材料混合物的使用时间

注浆材料应在加水后30 min 内用完。如果注浆材料使用时间过长，可能会出现流动性差、运行时间短、膨胀强度性能不稳定、出浆等现象。施工中使用这种不合格的注浆混合物，可能会出现不流动、过早凝结、收缩、强度不足等问题，从而导致套筒与构件的连接失效。

3.6 优化措施

⑴改进灌浆浆料质量控制和检测制度，确保预制桥墩拼接的可靠性；

⑵利用BIM 技术对预制构件关键节点进行深化设计，提高预制构件的加工精度，如图6所示；

图6 BIM技术优化措施Fig.6 BIM Technology Optimization Measures

⑶改进套筒灌浆施工监管方法，利用视频图像处理、人工智能和监控系统相结合的方案，实现对灌浆过程进行智能化的监管。

根据优化措施，大量机械设备的应用，有效地控制了安全文明施工和成本。整个项目施工速度快、建设质量高、劳动用工少，如图7所示。

图7 现场施工Fig.7 In-site Construction Process

4 结语

装配式桥梁施工是目前城市快速化建设的主要建造方式，主要采用构件工厂预制化，并通过灌浆套筒连接承台与桥墩构件，实现机械和人工相配合进行安装完成。以济阳路快速化建设项目为例，结合灌浆套筒式预制拼接桥墩施工工艺，针对施工质量问题提出相对应的控制措施及改进方案。该施工方法比传统现浇式方法在人工费用方面可节省25%～30%，可降低施工成本的10%～15%，可以缩短工期50%左右。然而其机械使用费用和材料费用却大大高于整体现浇式施工，那么进行施工经济性的比较也就是一件很有意义的研究。