存在密實度問題的鋼管混凝土加固方案研究

汪 博 邢崴 崴 田 收

1. 南京地鐵建設有限責任公司 南京 210017；2. 南京工大建設工程技術有限公司 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之下，從而使混凝土抗壓強度大幅度提高，鋼管—混凝土這一組合結構的總體承載能力亦大大提高。通過提高柱的承載能力，可以減小構件尺寸、擴大可用空間，目前已在各類大型建筑結構中得到廣泛應用[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，但實際施工中，由于混凝土配合比不當、攪拌不均勻、內部氣體無法排出、鋼管和混凝土的熱膨脹系數及導熱系數不同等因素，鋼管混凝土內部常形成蜂窩、孔洞、脫黏等問題[2]。為了保證工程質量，要求對鋼管混凝土成型質量進行檢測。

本文采用超聲回波技術對于某工程的矩形鋼管混凝土的成型質量進行了檢測[3]，發現少量鋼管混凝土存在不密實問題。根據規范要求，采用壓漿法對其進行了加固。根據超聲檢測結果，本文優化了注漿孔、出氣孔的位置，取得了不錯的效果，加固后采用超聲檢測結果證明了這點。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 缺陷檢測及結果

2.1 測點布置

鋼管混凝土的超聲波檢測與一般混凝土檢測有所不同，測點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，若是測點過于靠近外壁，超聲波會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際情況，因此，本文根據鋼管混凝土的實際情況，將測點適當內移了233 mm。為充分了解鋼管混凝土的內部密實度情況，采用了雙面檢測的方法，如圖1所示，x方向和y方向上測點布置方式相同，測點左右間距233 mm，上下間距200 mm，均勻分布于鋼管混凝土表面。

圖1 試件測點及注漿孔（加固用）布置

2.2 檢測結果

圖2為被測試件的聲速分布，試件邊緣的聲速實際是根據相鄰測點聲速值外推得到的，并不是該位置的真實聲速，受限于測試方法，實際檢測工程中只能采用這一方法。由檢測結果可以看到，柱在兩方向上均存在大面積的不密實區域，其中x軸方向上約有4/5的區域密實度較差，y軸方向則有1/3的區域密實度較差。

結合2 個方向的結果進行綜合判斷，該鋼管混凝土柱存在嚴重的密實性問題，需要進行加固處理。

圖2 某柱聲速分布

3 加固方案

3.1 參數要求

壓漿參數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缺陷的不同，不同的鋼管混凝土柱參數略有不同，在保證注漿效果的前提下，現場應根據實際情況做靈活調整。

（a）水灰比一般不宜過大和過小，過大會造成壓漿困難，過小會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度缺陷的程度有關。故在壓漿之前，應對將被加固的鋼管混凝土柱進行雙向超聲波檢測，根據檢測結果估算其缺陷的大小，并配以略大于缺陷量的水泥砂漿。

（c）注漿壓力應保證水泥砂漿能夠將含缺陷的鋼管混凝土柱填充密實。對于含缺陷柱，其內部情況異常復雜，應根據壓漿量和注漿壓力綜合判斷。本文根據一般土木施工要求，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→準備注漿混凝土→安裝注漿管→實施注漿→封閉注漿孔→檢查注漿質量。

3.2.1 壓漿口位置

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

3.2.2 壓漿管

壓漿管內徑應不小于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）、間距2 cm、Φ3 mm的壓漿孔作為壓漿噴頭。端頭的總長度不宜低于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部后，應首先保證鋼管與混凝土柱體之間保持密封狀態。可在缺陷的最下部用電鉆鉆出出氣孔（出氣孔直徑小于14 mm），壓漿應盡量一次性施工完畢。

如在確認出氣孔有少漿溢出后，砂漿還有大量剩余，應反復檢查、敲擊鋼管壁，確認已經密實；如在增加注漿壓力后，壓漿口已經開始冒漿，而出氣口仍未見砂漿溢出，說明注澆孔與出氣孔也不連通，此時應適當增加出氣孔和壓漿孔，分多次注漿。

3.2.4 注漿結束

出氣口有砂漿溢出，同時砂漿剩余不多，此時可以認為鋼管混凝土中的不密實區域基本已經被砂漿填滿，可以將鉆孔補焊封固，注漿結束。

3.2.5 復測

壓漿加固結束2 周以后，應再次對回固柱進行超聲波檢測，確認其不密實區域已被填滿。

4 結果分析

在對試件注漿完畢后，經過14 d凝固，對該鋼管混凝土重新進行了超聲波檢測。圖3為復測后的結果，對比原有結果可以發現，鋼管混凝土柱整體的密實度得到了較大的改善。原有聲速較低的位置已經大幅度提高，說明大體積的空洞基本已經被消除。

壓漿后，還有少部分區域聲速偏低，實測其聲速在3.5～3.8 km/s之間，略微低于平均值，但考慮到鉆孔會破壞鋼管，因而不再進行第二次加固。

圖 3 加固后某柱聲速分布

5 結論

本文采用超聲波法對鋼管混凝土進行了檢測，并對不密實區域進行了壓漿加固，主要得到以下結論：

采用超聲波方法難以確定鋼管混凝土邊緣的密實度情況，現有技術方案僅能由柱中部密實度情況，對其情況進行推測；壓漿法作為對存在密實度問題的鋼管混凝土柱的補充加固方案，關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，預先設定的壓漿參數往往參考相似工程的經驗，壓漿參數的最終確定要依賴于試驗的結果，而全國可以借鑒的經驗并不多，有待進一步的積累，再加上理論的探討，最終形成一個成熟的技術。