汪 博 邢崴 崴 田 收

1. 南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司 南京 210017；2. 南京工大建設(shè)工程技術(shù)有限公司 南京 211816

鋼管混凝土通過在鋼管中填充混凝土，使之處于三向受壓狀態(tài)之下，從而使混凝土抗壓強(qiáng)度大幅度提高，鋼管—混凝土這一組合結(jié)構(gòu)的總體承載能力亦大大提高。通過提高柱的承載能力，可以減小構(gòu)件尺寸、擴(kuò)大可用空間，目前已在各類大型建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

鋼管混凝土柱要求所填充的混凝土填滿鋼管，從而保證混凝土的變形可以有效地被鋼管約束，但實(shí)際施工中，由于混凝土配合比不當(dāng)、攪拌不均勻、內(nèi)部氣體無法排出、鋼管和混凝土的熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)不同等因素，鋼管混凝土內(nèi)部常形成蜂窩、孔洞、脫黏等問題[2]。為了保證工程質(zhì)量，要求對(duì)鋼管混凝土成型質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

本文采用超聲回波技術(shù)對(duì)于某工程的矩形鋼管混凝土的成型質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)[3]，發(fā)現(xiàn)少量鋼管混凝土存在不密實(shí)問題。根據(jù)規(guī)范要求，采用壓漿法對(duì)其進(jìn)行了加固。根據(jù)超聲檢測(cè)結(jié)果，本文優(yōu)化了注漿孔、出氣孔的位置，取得了不錯(cuò)的效果，加固后采用超聲檢測(cè)結(jié)果證明了這點(diǎn)。本文所采用的方法可以為矩形鋼管混凝土施工提供參考。

2 缺陷檢測(cè)及結(jié)果

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

鋼管混凝土的超聲波檢測(cè)與一般混凝土檢測(cè)有所不同，測(cè)點(diǎn)不能過于靠近鋼管外壁。這是由于超聲波在鋼材中的聲速較快，若是測(cè)點(diǎn)過于靠近外壁，超聲波會(huì)直接通過鋼管壁被接收頭接收到，無法判斷中間混凝土的實(shí)際情況，因此，本文根據(jù)鋼管混凝土的實(shí)際情況，將測(cè)點(diǎn)適當(dāng)內(nèi)移了233 mm。為充分了解鋼管混凝土的內(nèi)部密實(shí)度情況，采用了雙面檢測(cè)的方法，如圖1所示，x方向和y方向上測(cè)點(diǎn)布置方式相同，測(cè)點(diǎn)左右間距233 mm，上下間距200 mm，均勻分布于鋼管混凝土表面。

圖1 試件測(cè)點(diǎn)及注漿孔（加固用）布置

2.2 檢測(cè)結(jié)果

圖2為被測(cè)試件的聲速分布，試件邊緣的聲速實(shí)際是根據(jù)相鄰測(cè)點(diǎn)聲速值外推得到的，并不是該位置的真實(shí)聲速，受限于測(cè)試方法，實(shí)際檢測(cè)工程中只能采用這一方法。由檢測(cè)結(jié)果可以看到，柱在兩方向上均存在大面積的不密實(shí)區(qū)域，其中x軸方向上約有4/5的區(qū)域密實(shí)度較差，y軸方向則有1/3的區(qū)域密實(shí)度較差。

結(jié)合2 個(gè)方向的結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，該鋼管混凝土柱存在嚴(yán)重的密實(shí)性問題，需要進(jìn)行加固處理。

圖2 某柱聲速分布

3 加固方案

3.1 參數(shù)要求

壓漿參數(shù)主要包括壓漿水灰比、壓漿量以及注漿壓力。由于鋼管混凝土密實(shí)缺陷的不同，不同的鋼管混凝土柱參數(shù)略有不同，在保證注漿效果的前提下，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做靈活調(diào)整。

（a）水灰比一般不宜過大和過小，過大會(huì)造成壓漿困難，過小會(huì)使水泥漿在壓力作用下形成離析，一般采用0.15～0.17。

（b）壓漿量是指鋼管混凝土加固用的水泥用量，它與鋼管中混凝土密實(shí)度缺陷的程度有關(guān)。故在壓漿之前，應(yīng)對(duì)將被加固的鋼管混凝土柱進(jìn)行雙向超聲波檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果估算其缺陷的大小，并配以略大于缺陷量的水泥砂漿。

（c）注漿壓力應(yīng)保證水泥砂漿能夠?qū)⒑毕莸匿摴芑炷林畛涿軐?shí)。對(duì)于含缺陷柱，其內(nèi)部情況異常復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)壓漿量和注漿壓力綜合判斷。本文根據(jù)一般土木施工要求，注漿壓力低于0.2 MPa。

3.2 鉆孔壓漿施工工藝

鉆孔壓漿施工工藝的一般流程為：注漿口位置選擇→鉆孔→準(zhǔn)備注漿混凝土→安裝注漿管→實(shí)施注漿→封閉注漿孔→檢查注漿質(zhì)量。

3.2.1 壓漿口位置

根據(jù)繪制的聲速分布圖，其中聲速較低的區(qū)域即為可能存在缺陷的位置。在矩形鋼管混凝土的2 個(gè)方向上，以較大紅色區(qū)域?yàn)槊娣e，另一方向上深色區(qū)域?qū)挾葹樯疃?，總壓漿量即為面積×深度。注漿口位置宜選擇在紅色區(qū)較大面的中上部，并在其下部鉆直徑較小的孔作為出氣孔。如圖1所示，根據(jù)聲速分布圖，在柱中部x軸方向沿豎向設(shè)了3 個(gè)注漿孔，孔徑30 mm；另設(shè)氣孔4 個(gè)，用于排除壓漿過程中的空氣，并可根據(jù)氣孔中的溢漿量判斷砂漿是否已經(jīng)填滿空隙。

3.2.2 壓漿管

壓漿管內(nèi)徑應(yīng)不小于25 mm，端頭建議采用鋼管制作，其端頭5 cm左右，建議做成壓漿噴頭，在該部分采用鉆頭均勻鉆出2～3 排（每排4 個(gè)）、間距2 cm、Φ3 mm的壓漿孔作為壓漿噴頭。端頭的總長(zhǎng)度不宜低于1 m，端頭與泵通過軟管連接。

3.2.3 壓漿施工順序

壓漿管在伸入柱體內(nèi)部后，應(yīng)首先保證鋼管與混凝土柱體之間保持密封狀態(tài)?？稍谌毕莸淖钕虏坑秒娿@鉆出出氣孔（出氣孔直徑小于14 mm），壓漿應(yīng)盡量一次性施工完畢。

如在確認(rèn)出氣孔有少漿溢出后，砂漿還有大量剩余，應(yīng)反復(fù)檢查、敲擊鋼管壁，確認(rèn)已經(jīng)密實(shí)；如在增加注漿壓力后，壓漿口已經(jīng)開始冒漿，而出氣口仍未見砂漿溢出，說明注澆孔與出氣孔也不連通，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加出氣孔和壓漿孔，分多次注漿。

3.2.4 注漿結(jié)束

出氣口有砂漿溢出，同時(shí)砂漿剩余不多，此時(shí)可以認(rèn)為鋼管混凝土中的不密實(shí)區(qū)域基本已經(jīng)被砂漿填滿，可以將鉆孔補(bǔ)焊封固，注漿結(jié)束。

3.2.5 復(fù)測(cè)

壓漿加固結(jié)束2 周以后，應(yīng)再次對(duì)回固柱進(jìn)行超聲波檢測(cè)，確認(rèn)其不密實(shí)區(qū)域已被填滿。

4 結(jié)果分析

在對(duì)試件注漿完畢后，經(jīng)過14 d凝固，對(duì)該鋼管混凝土重新進(jìn)行了超聲波檢測(cè)。圖3為復(fù)測(cè)后的結(jié)果，對(duì)比原有結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，鋼管混凝土柱整體的密實(shí)度得到了較大的改善。原有聲速較低的位置已經(jīng)大幅度提高，說明大體積的空洞基本已經(jīng)被消除。

壓漿后，還有少部分區(qū)域聲速偏低，實(shí)測(cè)其聲速在3.5～3.8 km/s之間，略微低于平均值，但考慮到鉆孔會(huì)破壞鋼管，因而不再進(jìn)行第二次加固。

圖 3 加固后某柱聲速分布

5 結(jié)論

本文采用超聲波法對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)不密實(shí)區(qū)域進(jìn)行了壓漿加固，主要得到以下結(jié)論：

采用超聲波方法難以確定鋼管混凝土邊緣的密實(shí)度情況，現(xiàn)有技術(shù)方案僅能由柱中部密實(shí)度情況，對(duì)其情況進(jìn)行推測(cè)；壓漿法作為對(duì)存在密實(shí)度問題的鋼管混凝土柱的補(bǔ)充加固方案，關(guān)鍵仍是施工過程的控制，而不依賴最終的手段。

本文所采用的壓漿方法較好地改善了缺陷柱的密實(shí)度，但不同鋼管混凝土柱的工程條件有很大的差異，不可能有相同的壓漿參數(shù)，預(yù)先設(shè)定的壓漿參數(shù)往往參考相似工程的經(jīng)驗(yàn)，壓漿參數(shù)的最終確定要依賴于試驗(yàn)的結(jié)果，而全國可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)并不多，有待進(jìn)一步的積累，再加上理論的探討，最終形成一個(gè)成熟的技術(shù)。