姜海西

（上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司，上海市 201108）

0 引言

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)大背景也發(fā)生了巨大的變化，如勞動(dòng)力工資不斷上漲、技術(shù)型勞動(dòng)力儲(chǔ)備嚴(yán)重不足、社會(huì)公眾對(duì)改善環(huán)境和交通影響訴求日益高漲，橋梁預(yù)制裝配技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到大力發(fā)展。然而以往跨海大橋橋墩預(yù)制拼裝技術(shù)中，通常采用的是濕接頭模式，即樁基、承臺(tái)（預(yù)制）、預(yù)制立柱之間采用預(yù)留一定長(zhǎng)度的鋼筋在現(xiàn)場(chǎng)焊接并后澆混凝土的工藝形式。這種模式現(xiàn)場(chǎng)工作量仍然較大，占用的時(shí)間較長(zhǎng)，并不能符合城市橋梁建設(shè)的實(shí)際情況，因此必須研發(fā)適應(yīng)交通繁忙的建成區(qū)的快速連接構(gòu)造。

1 灌漿套筒連接構(gòu)造

灌漿套筒連接構(gòu)造的力學(xué)機(jī)理是通過(guò)高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料填充在鋼筋與連接套筒間隙，硬化后形成接頭，將一根鋼筋中的力傳遞至另一根鋼筋的連接構(gòu)造[1]（見(jiàn)圖1），其組合體系橫剖面如圖2所示。

圖1 灌漿套筒連接示意圖

圖2 灌漿套筒橫剖面圖

1.1 套筒構(gòu)造

灌漿連接套筒的作用是將一根鋼筋的力傳遞至另一根鋼筋，需要承受相應(yīng)的荷載，因此在套筒構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)需要保證一定的壁厚和齒狀構(gòu)造。其橫斷面圖如圖3所示。

圖3 灌漿套筒橫斷面示意圖

從筒身構(gòu)造來(lái)講，整體灌漿連接型套筒一端為工廠預(yù)制安裝端，另一端為現(xiàn)場(chǎng)拼裝端，套筒中間應(yīng)設(shè)置鋼筋限位擋板。同時(shí)由于考慮到地震時(shí)的抱箍作用，應(yīng)保證在壓漿口下緣布置一道箍筋，因此壓漿口下緣與端部?jī)艟鄳?yīng)大于20 mm。

常見(jiàn)的灌漿套筒為兩端均為灌漿連接（整體灌漿連接），如圖4所示。另外考慮到機(jī)械連接的可靠性，在工廠預(yù)制安裝端可以采用機(jī)械套筒連接模式（一端灌漿連接一端機(jī)械連接型套筒），如圖5所示。

圖5 一端灌漿連接一端機(jī)械連接套筒

對(duì)于灌漿套筒材質(zhì)，可以采用不銹鋼或者鑄鐵，但由于球墨鑄鐵具備良好的物理、力學(xué)、機(jī)械加工性能，同時(shí)強(qiáng)度成本比優(yōu)勢(shì)非常明顯，因此建議采用球墨鑄鐵。

1.2 高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料

高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料套筒連接中需使用的填充料，其物理力學(xué)指標(biāo)是保證結(jié)構(gòu)安全、可靠、耐久和可施工性的重要因素，特別是要求其強(qiáng)度高、收縮小、工作度好等，以進(jìn)一步減少鋼筋與高強(qiáng)砂漿的錨固長(zhǎng)度，進(jìn)一步縮短套筒的長(zhǎng)度。

為保證上述性能，根據(jù)目前世界上高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)砂漿材料的應(yīng)用和發(fā)展，高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料的組分可以水泥作為結(jié)合劑，輔以高強(qiáng)骨料及高性能外加劑，如石英粉、微硅粉、納米硅、聚羧酸減水劑等，其控制的指標(biāo)主要包括流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度、豎向自由膨脹率、氯離子含量、泌水率等指標(biāo)。

1.3 高強(qiáng)灌漿料-套筒組合體系控制指標(biāo)

預(yù)制拼裝橋墩的高強(qiáng)灌漿料-套筒組合體系需滿足現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 107—2016）中對(duì)連接套筒性能的要求，同時(shí)考慮到塑性鉸區(qū)反復(fù)地震荷載下套筒內(nèi)鋼筋存在拔出的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)導(dǎo)致立柱承載力和延性能力降低，因此提出斷于母材，即組合體系的抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋的實(shí)際拉斷強(qiáng)度。

其中，對(duì)于高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料，在參考國(guó)外和國(guó)內(nèi)房屋建筑預(yù)制拼裝相應(yīng)灌漿料技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，該研究進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)試驗(yàn)，得出了適用于灌漿套筒的具體技術(shù)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料技術(shù)指標(biāo)

同時(shí)對(duì)于套筒筒體而言，為保證鋼筋、灌漿料及套筒體系可靠，根據(jù)試驗(yàn)得出：套筒內(nèi)高強(qiáng)灌漿料與鋼筋錨固長(zhǎng)度不能小于10 ds（ds為被連接縱向鋼筋直徑）；套筒下端應(yīng)設(shè)置壓漿口，套筒上端應(yīng)設(shè)置出漿口，安裝時(shí)套筒方向應(yīng)正確放置。

1.4 高強(qiáng)灌漿料-套筒組合體系配件

為滿足預(yù)制和拼裝施工，灌漿連接套筒生產(chǎn)廠家應(yīng)提供一整套配件，包括壓漿管、出漿管、壓漿后的止?jié){塞、廠內(nèi)預(yù)制用的定位銷等。其中壓漿管、出漿管宜為非金屬材料，如圖6所示。

圖6 連接套筒及其整套配件

2 灌漿金屬波紋管連接構(gòu)造

灌漿金屬波紋管連接構(gòu)造的力學(xué)機(jī)理是通過(guò)高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料填充在鋼筋與金屬波紋管間隙，硬化后形成對(duì)鋼筋的錨固構(gòu)造（見(jiàn)圖7），其組合體系橫剖面示意圖如圖8所示。

圖7 灌漿金屬波紋管連接示意圖

圖8 灌漿金屬波紋管組合體系橫剖面示意圖

為保證鋼筋、波紋管與混凝土三者錨固可靠和耐久性，波紋管材質(zhì)應(yīng)為防腐性能較好的金屬材質(zhì)，形狀應(yīng)為圓形，因此建議金屬波紋管采用圓形鍍鋅或者不銹鋼波紋管，如圖9所示。

圖9 金屬波紋管實(shí)物圖

我國(guó)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）及《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01—2008）對(duì)受拉直筋錨固于強(qiáng)度大于C40的混凝土，建議錨固長(zhǎng)度大于30ds，考慮抗震影響，建議增加10ds。美國(guó)AASHTO建議的錨固長(zhǎng)度計(jì)算見(jiàn)下式：

考慮到預(yù)制立柱中金屬波紋管灌漿料強(qiáng)度可達(dá)100 MPa，因此波紋管中鋼筋的錨固長(zhǎng)度可適當(dāng)縮短。根據(jù)試驗(yàn)研究，為確保灌漿金屬波紋管連接可靠，金屬波紋管應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管》（JG 225—2007）的相關(guān)規(guī)定，全長(zhǎng)不應(yīng)小于24ds，且不得拼接；內(nèi)徑不宜小于ds+40 mm，內(nèi)徑尺寸允許偏差為±0.5 mm；對(duì)于內(nèi)徑不大于10 cm的波紋管，其鋼帶厚度（壁厚）應(yīng)不小于0.45 mm，波紋管肋高應(yīng)不小于3.10 mm。

同時(shí)為保證壓漿質(zhì)量，壓漿順序應(yīng)由下至上，并保證在壓漿口下緣布置一道箍筋，因此壓漿口下緣與端部?jī)艟鄳?yīng)大于20 mm。

金屬波紋管管內(nèi)填充的灌漿料性能要求同表1中所制定的高強(qiáng)無(wú)收縮水泥灌漿料相關(guān)指標(biāo)。

3 承插式連接構(gòu)造

承插式（member socket）連接構(gòu)造類似于建筑上采用的杯形基礎(chǔ)，主要應(yīng)用于橋梁立柱與承臺(tái)的快速連接，可采用兩種方式：一是承臺(tái)澆筑時(shí)預(yù)留比立柱稍大的孔洞，待承臺(tái)澆筑完成后將立柱安放在孔洞內(nèi)，并填充高強(qiáng)度混凝土；二是立柱臨時(shí)擱置在地坪上，待承臺(tái)鋼筋綁扎完成后一次性澆筑完成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。

圖10 承插式連接構(gòu)造示意圖

對(duì)于承臺(tái)預(yù)留孔洞的施工方式，立柱上需設(shè)置剪力鍵，剪力鍵的形式可以是波浪形的齒口（見(jiàn)圖11）；對(duì)于承臺(tái)鋼筋后綁扎的方式，可以在立柱柱身上預(yù)留鋼筋后穿所需的孔洞（見(jiàn)圖12）。

4 插槽式連接構(gòu)造

插槽式（pocket）連接構(gòu)造是在上一層橋梁構(gòu)件中設(shè)置一個(gè)比下一層構(gòu)件尺寸稍大的帶有剪力鍵的孔洞，可應(yīng)用于樁基與承臺(tái)或立柱與蓋梁的連接，考慮到澆筑混凝土需設(shè)置模板，可在構(gòu)件中放置大型波紋管，如圖13所示。

圖11 承插式立柱剪力鍵構(gòu)造示意圖（一）

圖12 承插式立柱剪力鍵構(gòu)造示意圖（二）

圖13 插槽式連接構(gòu)造示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，橋梁行業(yè)各機(jī)構(gòu)對(duì)預(yù)制拼裝橋墩各種連接構(gòu)造的力學(xué)行為進(jìn)行了大量研究，已經(jīng)不僅限于以上四種形式，包括對(duì)預(yù)應(yīng)力筋連接方式預(yù)制拼裝橋墩抗震性能試驗(yàn)和數(shù)值分析研究[2]、節(jié)段拼裝混凝土橋墩抗震性能數(shù)值分析研究[3]等。

目前，灌漿套筒連接構(gòu)造、灌漿金屬連接波紋管、插槽式連接構(gòu)造已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于承臺(tái)與橋墩、橋墩與蓋梁及橋臺(tái)的連接中，功能上與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆模式并無(wú)差異。