单向阀灌浆工艺在预制拼装桥梁中的应用★

吴 伟 汤文军

(1.上海市基础工程集团有限公司，上海 200433;2.上海建工集团股份有限公司，上海 200080)

相比于传统的现浇桥梁，装配式桥梁在加快工程进度、提高质量安全、降低交通影响及绿色环保等方面具有明显优势。随着近几年我国桥梁技术的发展，装配式桥梁由以前的上部结构装配式为主发展到涵盖桥梁下部结构墩柱及盖梁的工厂化预制、承台预留钢筋埋设、桥梁附属设施一体化预制等各个方面。桥梁预制拼装的关键技术问题是桥梁预制构件的连接设计，直接影响装配式桥梁构件的质量及安全。

套筒灌浆连接工艺是通过向连接钢筋的套筒内注入灌浆料，通过三者之间的协同工作形成一个整体来保证构件的连接及结构的整体性，目前在预制拼装桥墩中应用较为广泛。影响套筒灌浆连接工艺质量的关键因素主要为套筒灌浆连接中灌浆饱满度、插筋锚入深度、灌浆料本身的强度、钢筋偏位等几个方面。在预制拼装桥墩施工过程中，目前对于套筒灌浆完成后灌浆密实度缺乏有效的检测手段，因此对灌浆质量的过程控制在工程实践中显得尤为重要。

1 装配式桥墩灌浆套筒连接原理

桥墩套筒灌浆连接技术主要用于立柱与承台、立柱节段间连接，通常在承台中预埋立柱主筋模块，预制立柱中预埋套筒与立柱每根主筋下端连接，立柱吊装就位后套筒与承台预埋钢筋对插，通过注浆口向套筒内注入具有良好的流动性、早强、高强、硬化后微膨胀性能的灌浆料，灌浆料凝固后使立柱主筋与承台预留插筋模块以及套筒连接形成一个整体[1]，从而实现构件的连接。

钢筋套筒灌浆连接接头是由专业加工生产出的套筒、钢筋组装和相应配套的灌浆料的组合体。钢筋连接用套筒通常分为全灌浆套筒、半灌浆套筒，按套筒单元组成又可以细分为整体式全(半)灌浆套筒、分体式全(半)灌浆套筒，预制拼装桥墩中常用的是整体式全灌浆套筒。钢筋连接用灌浆料通常为水泥基料，配以细骨料以及混凝土外加剂和其他材料组成的干混料，按照一定水灰比加水搅拌，利用灌浆料加水搅拌后良好的流动性、早强高强微膨胀等性能，在套筒内灌浆料凝固硬化后使钢筋与套筒内壁之间形成较大的握裹作用，依靠各个材料之间相互黏结咬合的作用将套筒和钢筋连接起来，从而将钢筋锚固在套筒中形成整体实现对预制构件的连接，如图1所示。

钢筋套筒灌浆连接接头的优点是性能可靠、适用性广、安装简便等。

2 套筒灌浆工艺

套筒灌浆连接工艺目前在预制拼装桥墩中应用较为广泛[2]，其工艺特点是通过套筒内灌浆料硬化后的高强早强微膨胀特性使钢筋与钢筋连接形成整体，套筒灌浆连接接头的质量直接决定桥梁预制构件连接质量与安全，而套筒灌浆接头的质量主要制约因素为钢筋锚入深度、材料质量、灌浆密实度等，其中灌浆密实度主要受现场灌浆工艺影响较大，因此在工程实践中，加强对灌浆质量的控制尤为重要。

目前国内对于套筒灌浆完成后灌浆质量虽然也开发了相应的检测技术与方法，包括无损检测及破坏性检测方法两大类，破坏性检测无法适用于常规已施工预制构件，无损检测技术主要有预埋传感器法、CT扫描技术、超声波法及冲击回波法等，但这些技术手段有着明显的局限性，如CT扫描对设备要求较高且具有放射性，预埋传感器法需要提前埋设传感器成本较高、超声波无法精确定位、冲击回波法有精度小和量程的问题，这些因素导致上述技术手段无法在工程中广泛应用，因此目前工程中尤其需要做好对灌浆质量的过程控制，提高和改进工艺，确保灌浆后套筒内灌浆饱满度。

传统灌浆工艺采用人工或者机械设备进行灌浆，注浆完成后需及时对注浆口进行封堵，封堵方式通常采用橡胶塞、胶塞等措施堵住出浆口，如图2所示。防止浆液外流。这种方法封堵出浆口需人工迅速及时将橡胶塞塞入，易发生因封堵不及时造成浆液由注浆口倒流，导致套筒内浆液密实度降低，弊端明显，因此亟需在实践中进行改进。

3 预制拼装桥墩单向阀灌浆施工工艺

3.1 预制立柱连接施工工艺

预制拼装桥墩一般采用全灌浆套筒连接的预制拼装施工工艺，承台内预留立柱插筋通过工厂化定型加工成模块钢筋骨架，与承台钢筋连接后现场浇筑。立柱底部布置套筒与立柱上部钢筋连接，柱顶伸出盖梁连接插筋或立柱节段间连接插筋,如图3所示。

预制桥墩灌浆套筒埋设于立柱底，与立柱同时预制，通过柱底套筒连接承台预留插筋，一般采用全灌浆套筒连接方式，套筒上端留有出浆口，下部设置注浆口。选用人工或机械设备灌浆，从下端灌进，灌满后由出浆口溢出，灌浆完毕后封闭灌浆口，待灌浆料硬化后，由于其微膨胀特性分别与钢筋和灌浆套筒握裹作用，实现钢筋连续可靠传力的连接构造，如图4所示。

立柱通过柱底套筒连接承台预留插筋，通过柱顶预留插筋连接分节立柱或盖梁底套筒。立柱现场就位后，进行轴线标高及垂直度调节，调整完毕后在承台与立柱拼接面铺设砂浆垫层，砂浆垫层一般采用60 MPa专用做浆料，厚度为2 cm～3 cm；摊铺砂浆完成，进行下放立柱，立柱沿四周倒角限位板下放，并复测下口中线，中心垫块未受力前可再次进行微调。下放过程中确保四周都有浆液挤出，保证坐浆密实,如图5所示。

坐浆完毕后对套筒进行灌浆作业，套筒灌浆采用C100专用灌浆料，通过每个套筒下部的注浆口进行有压注浆，完成整个拼装工艺。

3.2 灌浆套筒连接单向阀灌浆施工

3.2.1 灌浆套筒连接流程

灌浆连接工艺流程：湿润及清理套筒→安装L型出浆管→称量干料及水→慢速拌合(1 min)→快速拌合(不少于5 min)→浆料倒入灌浆设备并连接压浆口压浆→出浆管出浆→持续出浆后(不少于2 s)停止压浆保压后封堵注浆口→下一个套筒(见图6)。

3.2.2 单向阀灌浆

注浆口采用单向阀门设计，采用直通式PVC单向阀门，通过螺纹连接在注浆口管路上，单向阀的工作原理是：流体由进口注入，只能沿进口向前流动，出口介质却无法回流。出浆口采用L型管，管口朝上。灌浆时接入注浆阀门口，浆液单向注入，待L型出浆口管口浆液溢出至少2 s，调低设备压力保压30 s，关闭阀门，停止注浆(见图7)。

工程使用的套筒灌浆料为C100高强无收缩水泥灌浆料，水灰比为0.12，拌合前需分别称重干料及水。拌浆设备采用自制搅拌机，如图8所示。搅拌时间为5 min～6 min。一般60 MPa砂浆垫层的终凝时间为4 h，灌浆需在垫层砂浆达到终凝后方可进行。

灌浆施工前需检查压浆设备如图9所示，要齐全、状态完好；灌浆套筒进行润湿处理，从出浆口注水冲洗，然后用气枪将筒内残留水渍冲干净后，将L型PVC管安装于出浆口，该L型管管口超出出浆口约10 cm。灌浆料拌合需预先润湿搅拌头及搅拌仓，然后依次将精确称重的干料及水放入，开启搅拌机进行秒表计时。拌合时先进行1 min的慢速初拌，然后进行4 min～5 min的高速拌合，搅拌至浆料没有干料存在为止，最后静置2 min放出拌合物中的气泡。

将拌合好的灌浆料倒入灌浆机，开始进行单向阀灌浆，灌浆机枪口插入立柱下部单向阀接口，将浆料通过单向阀注入套筒，套筒内空气以及浆料由上方L型出浆口排出。根据以往工程经验及首件灌浆经验总结，一般70 s左右浆料将升至出浆口L管口，待出浆L型管排出浆液约2 s后调低设备的压力，开始保压约0.1 MPa 30 s，以确保套筒内灌浆密实，待压浆管压力稳定后关闭单向阀门，拔出灌浆管，停止注浆。

传统的注浆口封堵方式一般为采用橡胶塞封堵，拔出灌浆管道封堵橡胶塞时间间隔不宜超过1 s，避免浆体溢出，造成灌浆不实。实际施工操作过程中，橡胶塞封堵操作不便，很容易发生封堵不及时造成浆液流出导致灌浆不密实。因此改进了一种注浆口封堵措施，采用单向阀门连接注浆口，注浆完毕可以通过调节阀门的形式直接关闭注浆口，然后撤出送浆管即可。整个过程简便易于操作，直接关闭阀门即可实现停止注浆，单向球阀可确保浆液不会倒流，浆液不流出，配合L型管出浆及保压措施，可确保套筒内浆体液面以及有效排出套筒内空气，提高套筒灌浆密实度，从而在过程控制环节保证了灌浆密实度和质量。

3.2.3 施工过程中质量控制要点

影响套筒灌浆连接工艺质量的关键因素主要为套筒灌浆连接中灌浆饱满度、插筋锚入深度、灌浆料本身的强度、钢筋偏位等几个方面，因此在施工过程中为确保套筒连接接头质量，主要从灌浆工艺、构件安装精度、材料准入等方面控制施工质量，其中灌浆工艺质量控制主要体现在如何确保套筒灌浆密实度上。

首先是投入使用的套筒灌浆料应符合工程设计及相关规范要求，灌浆料应在拼装前一天进行1 d临期抗压强度测试，I≥35 MPa方可用于现场拼装连接，浆料拌合后应同步留置试块，每个拼接面不少于3组，用于测试1 d,3 d,28 d临期抗压强度。其次是在灌浆前应再次检查灌浆套筒，确保套筒内腔通畅，对灌浆套筒进行润湿处理但不能有积水；采用单向阀工艺进行灌浆施工，应确保采用的单向阀产品质量，且单向阀与注浆管口安装紧密，阀门有效无漏；注浆过程确保L型管口出浆至少2 s后开始保压，保证灌浆密实性；灌浆施工应保持连续注入，为避免突发状况，现场需配备应急注浆机械。

4 结语

本文主要针对目前常用的钢筋套筒灌浆技术在预制拼装桥墩中的钢筋连接套筒灌浆工艺进行了相对详细的介绍，为了确保灌浆饱满度，对常规注浆工艺进行了改进，首次采用单向阀注浆方式，并在S7公路等工程应用中取得了显著成效。

鉴于目前对套筒灌浆质量检测技术的局限性，灌浆套筒灌浆质量在工程中的普适性和推广度受到极大限制，因此在套筒灌浆质量控制中，过程控制显得尤为重要。套筒灌浆施工工艺过程控制，需严格把控好每个环节，如水泥基灌浆料质量、连接接头饱满度、钢筋定位等，其中对灌浆饱满度的质量控制这个重要环节，本文采用的单向阀注浆口注浆+L型出浆口的注浆工艺，工艺构造简单，经济适应性强，施工过程中操作简便易于控制，有效保证灌浆饱满度，通过在S7工程一系列预制桥墩拼装过程中的广泛应用，其工艺可靠性和方便性也得到了广泛认可。目前上海地区的预制拼装桥墩的连接方式主要为灌浆套筒连接和金属波纹管连接，灌浆套筒连接技术近些年经过嘉闵高架、S7公路、两港大道、龙东大道等工程实践的广泛应用，已渐趋成熟，逐渐在长三角地区乃至全国逐渐推广开来。套筒灌浆密实度一直是装配式建筑行业中关注的问题，结合目前国内预制拼装桥梁施工技术的发展，现有的许多针对套筒灌浆质量的检测手段均存在一定的局限性，为了保证套筒灌浆质量，一方面需要工程技术人员结合工程实践对现有技术手段进行创新和完善，另一方面需做好施工过程的质量控制，即优化改善灌浆施工工艺，做好灌浆过程的质量控制，从而确保灌浆质量[3-6]。