鋼筋套筒灌漿連接施工質量缺陷及檢測方法研究

魯文斌

湖南省第五工程有限公司（412000）

0 前言

隨著現代建筑技術的發展，預制剪力墻結構的大多數組件都是在工廠預制的，然后在施工現場進行組裝和安裝。大量預制構件之間的多個水平和垂直連接是預制混凝土結構的重點。桿套式注射接頭由于其穩定的機械性能，簡單的結構以及較短的工期而被廣泛使用。套筒灌漿連接件本身尺寸較小，且內部的結構比較復雜，進而導致很多隱藏問題。在現場灌漿過程中，將出現松散的灌漿，灌漿漏水和鋼筋斷裂。文章介紹了鋼筋套筒灌漿連接技術，并總結了灌漿缺陷和灌漿密度檢測方法的進展。

1 鋼筋套筒灌漿連接

鋼筋套筒灌漿技術是在1960年發明的，最初用于檀香山的38層酒店建筑。鋼筋套筒灌漿技術有良好的連接性能，易于安裝。自1970年以來，鋼筋套筒灌漿技術已在歐洲和美國廣泛使用。之后，被引入并推廣到日本。近年來，我國逐漸引入了這項技術。鋼筋套筒灌漿接頭是一種鋼筋接頭，是通過在鋼筋中填充非收縮、快速凝固、高強度的無機漿液和特殊的套筒接頭以固化并硬化泥漿而形成的。套筒包括完全灌漿的鋼制套筒和半灌漿的鋼制套筒。套筒最初設計為具有光滑內部和外部的單個圓柱體。有學者嘗試向套筒中添加螺旋箍筋，這種結構可以有效減少鋼滑移的發生。套筒灌漿最初應用于海洋平臺中樁腿和基礎鋼管樁的連接（如圖1所示）。鋼管與套筒間灌注水泥基灌漿料，以減少鋼管撓曲變形并防止腐蝕。連接強度的大小主要取決于鋼管和灌漿料接觸面上的黏結強度。鋼管和灌漿料之間的黏結力主要由鋼管和水泥漿之間的化學膠著力、摩擦力和機械咬合力三部分組成。套筒灌漿連接主要有半套筒式、內套筒式、外套筒式三種構造形式。

圖1 鋼筋套筒

有國外學者等對灌注膨脹水泥漿套管連接在純彎和彎剪兩種荷載條件下的試驗和有限元分析研究。通過試驗發現，灌注膨脹水泥漿套管連接在靜力荷載作用下具有較高的承載力，并且具備較好的延性。在有限元分析研究中建立了合理的分析模型，得到了灌注膨脹水泥漿套管連接灌漿體及內外管在外荷載作用下的應力分布情況，并與試驗結果進行了對比，驗證了分析模型的可靠性。

2 鋼筋套筒灌漿連接接頭的施工質量缺陷

灌漿的質量對鋼筋套筒灌漿接頭的實際承載能力有非常重要的影響。灌漿的密度會影響灌漿組件的制造精度和現場人員的技術水平。水泥漿不稠密，水泥漿泄漏，鋼筋被切割或放錯位置，主要原因是涂層中有異物，使注漿變得困難。注漿操作不規范，導致注漿泄漏和缺陷；組裝或安裝精度很差，并且在被迫到位時鋼筋會被切開。周奎、陳燕清[1]等人提出鋼筋的穿透長度越大，就越難于在現場組裝，使用單軸拉伸試驗測試了具有不同構型節點的連接性能。結果表明，隨著側向約束的增加，鋼筋的錨固長度縮短到鋼筋直徑的9倍左右（如圖2所示），可避免一些施工質量缺陷。初步得出結論，對于普通的加固套管，套管底部的錨固長度（8 d）小于30 mm的缺陷不會影響接頭的強度。

圖2 缺陷長度增加時鋼筋發生刮犁式拔出

通過對單位荷載滑移率的分析，得到不同的變形特征:

在公式（1）中，φ是鋼筋的變形，δ是SY01引申計的心軸之間的距離，PU是最大載荷，Lm是錨定長度；缺陷位置、缺陷長度、厚度和缺陷的變化會導致滑移率發生變化。數值分析結果表明，水平注入缺陷對樣品的承載能力影響最大，平均損傷缺陷大于最終缺陷，但小于均勻分布缺陷。在以前的研究中，通過軟件測試和模擬了由不同灌漿缺陷引起的相應失效模式，并概述了加強套筒灌漿連接的措施，其結果表明連接有效。當連接強度不足時，將導致鋼筋拔出故障、灌漿材料分裂故障、灌漿材料拔出故障和殼體拔出故障。了解灌漿缺陷的破壞機理對檢測方法的選擇具有指導作用。

3 鋼筋套筒灌漿連接接頭施工質量缺陷的檢測

套管注漿密實度的檢測方法有以下幾種。

3.1 集成傳感器方法

集成傳感器方法的原理是使用特定的激勵信號來驅動阻尼傳感器以產生一定的振動頻率。當振動器周圍的介質的彈性模量較大時，振幅衰減較快。可以通過振幅和頻率的變化來確定振動器周圍環境的狀態。通過試驗研究，劉子業[2]等人發現傳感器的埋入方法和灌漿材料的流動性將對采用集成阻尼振動傳感器的方法測量鋼筋套筒灌漿密實度的結果產生影響。如果測試結果完全不同，請檢查鋼筋套筒是否泄漏或灌漿混合物的液位是否下降。

3.2 瓶坯開孔方法

瓶坯開孔方法的主體是瓶坯開孔裝置。灌漿施工完成后，將設備放在灌漿口中，以代替橡膠進行密封。灌漿材料固化后，可以將成孔桿拉出以形成檢測通道，并且可以重復使用主成孔裝置。國外學者試驗證明，預鉆方法結合內窺鏡三維成像技術可以測量套管中灌漿材料上表面與測量透鏡之間的距離，以準確計算出填充物的飽滿度。

3.3 阻力檢測法

防灌漿材料由骨料、膠凝材料和其他輔助材料組成。其導電性能隨著灌漿材料水化時間的增加而降低。通過此功能，可以使用電阻測量方法來檢查灌漿是否已滿。郭輝等人建議使用電阻器檢測套管中的漿液，并進行了試驗研究。結果表明，阻力法可以實時檢測套管內的灌漿是否充滿。

3.4 沖擊回波法

沖擊回波法是一種用于混凝土的無損檢測方法，主要用于混凝土缺陷、預應力隧道灌漿和填充鋼管的密實性等工程質量測試的研究和應用。該方法使用瞬時機械沖擊產生的低頻應力波來檢測結構的內部。曹亞棟[3]等人首次使用沖擊回波法測試了鋼筋混凝土襯砌的灌漿密實度，并測試了不同類型的鋼筋混凝土襯砌和灌漿的密實度。試驗結果表明，中間加固水泥漿樣品可以定性判斷水泥漿的密度，但試驗結果存在一定誤差。對帶有雙排加強套管的樣品進行定性判斷是不可能的。

3.5 超聲波檢測法

超聲波檢測法是指使用具有波形顯示功能的超聲波檢測器來測量聲學參數，例如超聲波脈沖波在混凝土介質中的傳播速度，第一波的振幅和接收信號的頻率，并根據這些參數及其相對變化確定具體缺陷。通過理論和試驗研究，聶東來等人在致密灌漿材料增強套管和分離灌漿材料增強套管中獲得了兩條超聲波傳播軌跡。該方法用于分析套筒灌漿密實度的可行性。李東升等人采用超聲波波導法進行檢測，初步建立了一套襯砌灌漿縫缺陷檢測系統。

3.6 X射線檢測技術

X射線檢測技術是具有特定波長的電磁波通過物體時，其強度減弱。不同材料的衰減也不同。當光穿過物體時，使用特定的檢測設備記錄透射光的強度，即可獲得物體內部的投影圖像。張福文等人建議，使用便攜式X射線技術測試灌漿套管的密實度，但測試結果表明X射線僅適用于測試200 mm厚灌漿和李子套管的壓實預制剪力墻套管。有學者提出了一種結合X射線和半損傷技術的檢測方法，即在不切割受力鋼筋的情況下，去除部件的混凝土部分，并放置成像板以傳輸成像，從而解決了問題。X射線檢測是關鍵，受外殼設計和元件厚度限制。

3.7 埋入式鋼絲拉制法

埋入式鋼絲拉制法是一種檢測胎體灌漿密實度的方法，即在應用灌漿之前，埋入式鋼絲，灌漿材料在一定時間內被固化。去除嵌入的金屬絲，并根據拉伸載荷的值確定灌漿的密實度。試驗室和工程現場的試驗結果表明，埋入式鋼絲拉制法是可行的，可用于預制整體式混凝土結構套管灌漿度的現場檢查和質量控制，可以與預制整體混凝土結構結合使用。

國內學者基于試驗室試驗和工程實踐，提出了一種組合式內窺鏡鉆探方法來檢測套管灌漿密實度。該方法包括在袖帶的灌漿管上鉆一個孔，然后沿通道底部延伸示波器，以查看袖帶頂部的灌漿是否已滿。或者，可以在連接灌漿孔和套管灌漿孔的任何位置鉆一個孔，穿過套管壁，然后沿著通道底部插入內窺鏡，以查看套管上的灌漿是否已滿。超聲波方法、X射線探傷方法和沖擊回波方法都是非破壞性的，但是超聲方法只能用于定性檢測，而不能用于定量分析。由于設備的復雜配置，因此很少在實際應用中使用。X射線檢查結果直觀，但設備龐大復雜，需要事先準備完整的安全防護設計。沖擊回波法有很大的局限性，只能對中間帶鋼涂層的水泥漿樣品進行測試，只能進行定性測試，并且不能定量確定缺陷。現有的非破壞性測試方法存在重大缺陷，需要新的測試設備和方法，使其更適合于建筑工地。集成傳感器、預鉆孔、電阻法、集成拉絲法、內窺鏡結合鉆孔法等，需要集成設備或對零件造成輕微損壞。其中，預先打孔和嵌入的拉絲方法需要預先整合的設備，并且在測試后進行額外的澆水。集成的傳感器方法和阻力方法可以檢測灌漿材料的流動性和水合程度，以確定是否存在灌漿泄漏和松散的灌漿。這些檢測方法僅適用于零件安裝和注漿階段。集成拉絲方法最簡單，預鉆孔方法具有最全面的檢測效果。鉆孔和內窺鏡檢查方法的結合消除了預先嵌入現有組件以實現最大整體靈活性的需求，適用于組裝和灌漿的零件。

總而言之，目前，由于生產和施工精度的限制以及鋼筋套筒本身的設計，不能完全避免施工質量缺陷。通過對各地區建設工廠和實際工程的現場研究，總結了套管注漿施工中的常見問題，并通過嚴格的監督和新型注漿設備的研發，減少了施工質量缺陷，并提出了施工工藝的優化建議。

4 結語

裝配式建筑豎向構件連接方法的穩定性、可靠性是發展裝配式建筑行業進程中至關重要的一環。對于裝配式結構而言，連接方式的可靠性是建筑結構安全的最基本要求。鋼筋套筒灌漿連接作為一種相對成熟可靠的連接技術，在國內外工程建設中已得到應用。但如何保證灌漿質量是行內需要積極探索的方向。