李胡兵，肖同亮,，劉 賀，偶偉冰，黃理想，陳必勇

(1. 南京工程學(xué)院 a. 建筑工程學(xué)院；b. 能源與動力工程學(xué)院，江蘇 南京 211167；2. 南京棲霞建設(shè)股份有限公司，江蘇 南京 210037)

裝配式建筑具有提高勞動效率、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，適應(yīng)我國當(dāng)前勞動力成本攀升、環(huán)保壓力加大的國情，是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向[1]。預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在建造過程中豎向構(gòu)件安裝往往采用濕式連接，即在約束邊緣構(gòu)件和預(yù)制剪力墻連接處采用現(xiàn)澆混凝土連接，而剪力墻豎向鋼筋一般采用套筒連接，并在現(xiàn)場對接后注入無收縮灌漿材料作為連接鋼筋的粘結(jié)材料，保證荷載傳遞的連續(xù)性。然而，在實際的施工中，由于施工工藝的復(fù)雜性和套筒連接數(shù)量較多，在套筒的灌漿質(zhì)量上難以確保所有套筒的飽滿度都能達(dá)到規(guī)范要求，在灌漿施工過程中時常發(fā)生漏漿的情況，導(dǎo)致縱向受力鋼筋的連接質(zhì)量不能得到保證，從而影響整個結(jié)構(gòu)的受力性能和抗震性能[2,3]。

由于套筒灌漿屬于隱蔽工程，目前其飽滿度檢測的方法大都采用破壞性抽查檢測，即將灌漿位置切開，直接觀察套筒內(nèi)漿料的飽滿度。而在無損檢測方面目前針對部分工況雖然可以得出一些結(jié)論[4,5]，但在復(fù)雜工況下的工程實用性一直受到技術(shù)、經(jīng)濟等多方面的制約，無法推廣普及，因此還沒有較為通用且可靠的檢測手段。便攜式X射線方法可有效檢測單排設(shè)置鋼筋套筒灌漿接頭且較小厚度(≤230 mm)的混凝土構(gòu)件，但對于雙排放置套筒的連接節(jié)點或較厚(>230 mm)的單排放置套筒連接節(jié)點，需進(jìn)行微破損措施后方可解決問題[6]。掃描式?jīng)_擊回波法在一些僅有單一測試面的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中實用性很強，因結(jié)構(gòu)的多樣性及金屬波紋管的復(fù)雜性仍需大量研究分析[7]。

鋼筋連接套筒灌漿的質(zhì)量問題一直是裝配式建筑研究的焦點，現(xiàn)有檢測技術(shù)常存在局限性，控制灌漿質(zhì)量主要靠灌漿工藝改進(jìn)和過程監(jiān)測。但目前仍缺乏控制施工質(zhì)量的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，且人為因素影響較大，往往難以保證套筒灌漿連接質(zhì)量。因此本文在對現(xiàn)有施工技術(shù)及理論的思考下提出一種灌漿定量控制的施工工藝以保證灌漿質(zhì)量，同時可得到對施工質(zhì)量的評價指標(biāo)。

1 傳統(tǒng)技術(shù)

常見預(yù)制剪力墻設(shè)有兩排孔道，灌漿施工須在規(guī)定時間內(nèi)完成，且應(yīng)分區(qū)依次進(jìn)行灌漿。先用橡膠塞封堵下排注漿孔，留出1個插入灌漿泵嘴進(jìn)行注漿，上排出漿孔全部處于打開狀態(tài)，待漿料從上方出漿孔流出時，逐個封堵，灌漿過程中不能中斷[8]。灌漿結(jié)束后及時拔出灌漿泵嘴，用膠塞塞住注漿孔，半個小時后檢查灌漿情況，如存在灌漿不飽滿的情況，需采用手動二次灌漿后方可進(jìn)行封堵記錄。

現(xiàn)有工程實際及試驗[9,10]表明，頂部出漿孔位置常有漿料不飽滿現(xiàn)象發(fā)生。若灌漿泵嘴拔出前持壓不充分，漿料未灌滿剪力墻中縫隙，則灌漿結(jié)束后漿料繼續(xù)流動至填滿縫隙，頂部灌漿料發(fā)生回流沉降導(dǎo)致缺陷。各套筒出漿口漿料回流與空隙特征有關(guān)，具有隨機性。灌漿結(jié)束后從注漿孔拔出灌漿泵嘴時，若封堵注漿口不及時導(dǎo)致漏漿較多，同樣會導(dǎo)致套筒內(nèi)漿料回流[11]。如圖1，即使在灌漿結(jié)束的第一時間用錘子將事先準(zhǔn)備的膠塞砸入注漿與出漿口，但仍有一部分漿料漏出。

圖1 膠塞封堵注漿、出漿孔

2 微重力流補漿觀察管結(jié)構(gòu)

在前述剪力墻結(jié)構(gòu)灌漿缺陷問題的基礎(chǔ)上，郭正興等[12]提出一種微重力流補漿觀察管結(jié)構(gòu)，如圖2所示。于出漿口上方設(shè)置不封堵的補漿觀察管，同時管內(nèi)液面應(yīng)設(shè)置高于出漿孔液面一段距離以形成漿液微重力流。

圖2 微重力流補漿觀察筒結(jié)構(gòu)

灌漿完成后，灌漿料在短時間內(nèi)仍保有一定流動度，在自身壓力作用下沉降，在灌漿套筒頂部液面下降時觀察管結(jié)構(gòu)可完成自我補漿，同時觀測管內(nèi)較出漿口高的液面方便工人觀察和補漿，確保灌漿密實度和飽滿度。微重力流補漿觀察管是一種灌漿質(zhì)量無損檢測手段，只要在灌漿施工過程中觀察補漿觀察管液面，就能間接了解內(nèi)部灌漿質(zhì)量，保證套筒灌漿的飽滿度，同時也是一種適用于工地的可靠灌漿質(zhì)量檢測手段。圖3，4為在大地建設(shè)集團參觀拍攝，所示剪力墻即應(yīng)用了補漿觀察管結(jié)構(gòu)。

圖3 集中約束搭接連接剪力墻

圖4 在觀察管下方用筒接住溢出的漿料

但是該結(jié)構(gòu)僅考慮了剪力墻內(nèi)部灌漿料的飽滿度，不能確定內(nèi)部是否存在缺陷；注漿口采用傳統(tǒng)膠塞封堵，容易流失漿料；需時刻觀察出漿口來判斷是否完成灌漿；施工環(huán)境仍待優(yōu)化，施工過程受人為因素影響較大。

3 灌漿飽滿度定量控制

基于微重力補漿技術(shù)并經(jīng)過改進(jìn)，本文提出了一種灌漿飽滿度定量控制裝置與施工檢驗方法。

3.1 灌漿飽滿度定量控制結(jié)構(gòu)

如圖5～7所示，通過螺紋連接，在剪力墻注漿口設(shè)置一種灌漿控制管，其內(nèi)部外側(cè)構(gòu)造為內(nèi)小外大的圓臺且與泵嘴適配，泵嘴管道末端越過垂直擋板靠近剪力墻。管身側(cè)面設(shè)有阻斷板，存放時阻斷板旋進(jìn)管道，滑動條移至滑動槽使其固定在內(nèi)側(cè)。灌漿時旋出阻斷板，灌漿泵車泵嘴推入泵嘴管道將漿料注入，阻斷板可置于泵嘴邊緣，待灌漿結(jié)束拔出泵嘴后將其旋進(jìn)管道封堵灌漿料，最后利用滑動條固定阻斷板即可。

圖5 定量灌漿控制結(jié)構(gòu)

圖6 一種灌漿控制管

圖7 一種灌漿控制管透視結(jié)構(gòu)圖

利用螺紋同時在剪力墻出漿口設(shè)置一透明儲漿觀察筒(圖8)，灌漿后剪力墻溢出多余的灌漿料儲存于筒內(nèi)。此時先記下停止灌漿后筒內(nèi)液面高度的刻度值，待沉降回流結(jié)束后再次讀取其液面高度數(shù)據(jù)，通過計算出回流灌漿料的體積，反映灌漿料的飽滿度、剪力墻內(nèi)部是否存在缺陷等指標(biāo)，從而了解施工質(zhì)量并根據(jù)其采取相應(yīng)措施。

圖8 一種儲漿觀察筒

3.2 灌漿飽滿度定量控制施工方法

使用一種可定時變流調(diào)節(jié)灌漿泵車，對一種特定的剪力墻灌漿時，需提前對其進(jìn)行預(yù)灌漿試驗，根據(jù)套筒灌漿飽滿時所需灌漿料的理論體積V0結(jié)合預(yù)灌漿結(jié)束灌漿泵車時間t的流量參數(shù)Q，確定合理的灌漿泵車輸出參數(shù)。

理想狀態(tài)下輸出量V：

V=Qt

(1)

在流量和時間一定時，灌漿泵車輸出灌漿料體積V確定，要求剪力墻灌漿達(dá)到飽滿后溢出多余漿料至儲漿觀察筒，以供灌漿料沉降補漿并作為灌漿施工質(zhì)量的評價指標(biāo)。

V=V0+V1+V2

(2)

式中：V0為剪力墻內(nèi)部灌漿料體積；V1為剪力墻外部除觀察筒內(nèi)的灌漿料體積；V2為觀察筒內(nèi)灌漿料體積，V2=(πd2/4)h，d為觀察筒的內(nèi)直徑，h為筒內(nèi)液面高度。

結(jié)合式(1)(2)有：

Qt=V0+V1+V2

(3)

G=V-V1=Qt-V1=V0+V2

(4)

式中：G為定值。

預(yù)灌漿結(jié)束后，記錄灌漿泵車工作參數(shù)，對正式灌漿中相同規(guī)格的剪力墻，可參考之前的試驗數(shù)據(jù)，保證泵車輸出相同體積的灌漿料。

灌漿時，設(shè)置灌漿泵車參數(shù)，將泵嘴伸入控制管，開始灌漿，設(shè)定時間結(jié)束后灌漿泵車停止工作，拔出泵嘴，旋轉(zhuǎn)阻斷板封堵內(nèi)側(cè)灌漿料。

由式(4)可知G一定時，V0，V2成負(fù)相關(guān)，剪力墻內(nèi)部灌漿料體積V0變化的同時將對V2產(chǎn)生影響，V2的變化表現(xiàn)為觀察筒內(nèi)液面高度的改變。

ΔV0+ΔV2=0，ΔV0=-ΔV2

(5)

施工質(zhì)量通過觀察筒內(nèi)液面高度h反映，灌漿結(jié)束應(yīng)記錄液面數(shù)據(jù)，與預(yù)灌漿進(jìn)行對比若與預(yù)期相差較大，需查明原因并處以相應(yīng)措施；待灌漿料停止沉降，記錄回流后數(shù)據(jù)，通過對比兩次記錄可計算出回流灌漿料的體積。與此前剪力墻灌漿的最終數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若差值在一定范圍內(nèi)則滿足要求，否則施工存在問題，應(yīng)及時解決。

預(yù)制剪力墻的灌漿須一次性完成，不可間斷。由于溢出的灌漿料被儲存，施工現(xiàn)場環(huán)境得到改善，同時避免了灌漿料的浪費。

4 偏差原因分析與解決措施

但在實際施工中，由于人為因素、施工環(huán)境及灌漿措施等原因，觀察筒內(nèi)液面高度常存在偏差Δh。

Δh=ΔV/(πd2/4)=4ΔV/(πd2)

(6)

若偏差范圍較小，可不予考慮；若出現(xiàn)較大浮動，則表明存在不符規(guī)范的施工或存在質(zhì)量隱患的情況。以下分別討論灌漿料體積表現(xiàn)偏差的幾種成因并提出了相應(yīng)措施。

4.1 觀察筒數(shù)據(jù)偏差原因分析

取觀察筒內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)高為h0，則觀察筒數(shù)據(jù)偏差hn為：

hn=h-h0

(7)

式中：h為灌漿后觀察筒內(nèi)液面高。

(1)剪力墻內(nèi)部存在缺陷引起的偏差h1

剪力墻內(nèi)部可能存在凹凸不平等缺陷造成觀察筒內(nèi)液面高度變化。構(gòu)件出廠及進(jìn)場時應(yīng)仔細(xì)檢查驗收，不符合要求的不予接收。

(2)剪力墻內(nèi)部存在灰渣，石子等雜物引起的偏差h2

剪力墻內(nèi)部存在灰渣，石子等雜物，表現(xiàn)為觀察筒內(nèi)液面上升，由式(6)得h2=4V3/(πd2)>0，其中V3為灰渣、石子的體積。

須采用前饋控制，構(gòu)件出廠檢查和進(jìn)場驗收時，檢查套筒內(nèi)部是否有堵塞，如發(fā)現(xiàn)堵塞及時清除。構(gòu)件吊裝就位前仔細(xì)檢查連通腔位置是否有雜物，連通腔周邊封堵前再次檢查連通腔內(nèi)是否有雜物。灌漿前借助空壓機全數(shù)通氣檢查最后確認(rèn)套筒內(nèi)部是否存在堵塞。

(3)剪力墻內(nèi)部縫隙未被漿料填滿引起的偏差h3

灌漿結(jié)束前，若灌漿泵嘴拔出前持壓不充分，剪力墻內(nèi)部縫隙未被漿料填滿，表現(xiàn)為觀察筒內(nèi)液面上升，h3>0。持壓不充分，內(nèi)部縫隙未填滿造成數(shù)據(jù)偏差的情況，可通過儲漿觀察筒內(nèi)的灌漿料在自身壓力作用下實現(xiàn)回流補漿，對灌漿質(zhì)量影響不大，可等待沉降回流后檢測偏差是否滿足在一定范圍內(nèi)。

(4)灌漿結(jié)束后因灌漿裝置構(gòu)造發(fā)生回流沉降引起的偏差h4

h4=4V4/(πd2)>0，V4為灌漿控制管回流體積。

(5)灌漿結(jié)束后從注漿孔拔出灌漿泵嘴時，封堵注漿口不及時導(dǎo)致漏漿較多引起的偏差h5

灌漿結(jié)束后從注漿孔拔出灌漿泵嘴時，封堵注漿口不及時將導(dǎo)致漏漿較多，表現(xiàn)為觀察筒內(nèi)液面下降，h5<0。應(yīng)改進(jìn)封堵方法及加強對灌漿技術(shù)人員的交底工作，在施工過程中進(jìn)行監(jiān)督確保及時封堵漿料。

(6)剪力墻底部封堵不密實，灌漿過程中漏漿引起的偏差h6

剪力墻底部封堵不密實，灌漿過程中漏漿，表現(xiàn)為觀察筒內(nèi)液面下降，h6<0。發(fā)現(xiàn)灌漿料泄露的情況應(yīng)及時封堵漏漿口，檢查觀察筒內(nèi)液面高度，若較一般情況下降較多應(yīng)往筒內(nèi)填補灌漿料，并后續(xù)持續(xù)觀察其狀態(tài)。

4.2 觀察筒數(shù)據(jù)偏差可能的原因

上述的6項偏差，它們有的只發(fā)生在灌漿結(jié)束后，有的兩個階段均有。

取灌漿結(jié)束后液面高h(yuǎn)′，沉降回流后液面高h(yuǎn)″，則Δh′=h′-h0，Δh″=h″-h0，Δh∝d-2。ΔV一定時，Δh與d成負(fù)相關(guān)，可通過改變d來調(diào)節(jié)觀測精度。

為了便于分析與查明原因，將各種情況列于表1。

表1 各階段偏差可能性

灌漿結(jié)束后(第一階段)由于h3，h4，Δh′通常表現(xiàn)為>0(高出標(biāo)準(zhǔn)高)；第一階段僅作判斷參考，應(yīng)以第二階段數(shù)據(jù)為施工質(zhì)量評價指標(biāo)，即要求滿足|Δh″|≤δ。

根據(jù)兩階段觀察筒內(nèi)液面高度的數(shù)據(jù)，若有偏差，可分別判斷產(chǎn)生的原因，從后向前逐一排查。通常偏差是一種或幾種因素的組合，應(yīng)選擇主要因素作為對象處以相應(yīng)措施。若在第二階段，發(fā)現(xiàn)Δh″<0，可能為h1，h5，h6中某一種因素或幾種因素組合的結(jié)果，也可能為h1，h5，h6與h2綜合組合的結(jié)果。但主要影響因素應(yīng)為h1，h5，h6中一種或幾種。首先檢查h6，是否存在產(chǎn)生h6的底部漏漿情況，若未發(fā)生泄露，可排除；再檢查h5，封堵漿料不及時，觀察注漿口處情況。若后兩種均未發(fā)生，則可判定為h1影響，其他階段發(fā)生的情況可類比此排除法檢查判定。

5 結(jié) 論

本文針對剪力墻灌漿施工質(zhì)量存在的主要問題，分析傳統(tǒng)施工中存在的缺點，在微重力流補漿結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并提出灌漿飽滿度定量控制的措施。通過對注漿口、出漿口及灌漿泵車的控制，進(jìn)而對灌漿料進(jìn)行定量控制，可檢測灌漿飽滿度及施工是否存在缺陷等情況。

(1)在傳統(tǒng)灌漿施工過程中，由于需要泵嘴完全拔離注漿口后方可塞入膠塞，易流失灌漿料。采用橡膠塞封堵注漿、出漿孔的結(jié)構(gòu)下方流失灌漿料后，易在出漿口頂部形成缺陷，需要二次補灌，施工復(fù)雜，對灌漿質(zhì)量影響較大；采用微重力流補灌觀察管結(jié)構(gòu)，在一定程度上解決了傳統(tǒng)出漿孔頂部出現(xiàn)的缺陷，但不易控制輸出的漿料量或易造成浪費。

(2)在灌漿施工中用可定時變流調(diào)節(jié)灌漿泵車實現(xiàn)對灌漿料的定量控制，灌漿完成后通過灌漿控制管可快速封堵漿料，觀察筒儲存溢出剪力墻的多余漿料可用作后續(xù)回流補漿。通過觀察筒內(nèi)液面高度數(shù)據(jù)可有效排查剪力墻內(nèi)部是否存在缺陷、了解封堵注漿孔流失灌漿料體積等情況，可分析判斷灌漿施工質(zhì)量并根據(jù)其采取相應(yīng)措施。

(3)本文提出的灌漿控制管通過旋轉(zhuǎn)阻斷板的方式迅速封堵注漿孔，可在一定程度上抑制漿料流失。但因其在泵嘴拔出后阻斷灌漿料存在先后差，仍受人為因素影響。因剪力墻規(guī)格及形式不同，觀察筒數(shù)據(jù)需確定與之對應(yīng)的施工質(zhì)量規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在保證灌漿質(zhì)量的前提下應(yīng)允許筒內(nèi)液面高度在一定范圍δ內(nèi)波動。

(4)飽滿度控制裝置為現(xiàn)有工程實踐的應(yīng)用及改進(jìn)，歸納現(xiàn)有施工現(xiàn)象及飽滿度的影響因素，通過理論分析做出總結(jié)并為施工提供了參考分析。后續(xù)研究應(yīng)結(jié)合各種具體實踐中將剪力墻的灌漿施工模塊化，不斷完善改進(jìn)。