預制節段拼裝結構套筒連接檢測方法綜述

朱 駿

（深圳市交通公用設施建設中心，廣東 深圳 518040）

0 引 言

預制拼裝技術由于其周期短、質量高的特點，目前已經廣泛應用于橋梁工程中，其構件之間的連接主要有濕接縫連接、后張預應力連接、灌漿套筒連接等方式。其中，灌漿套筒連接是目前預制拼裝結構較常用的連接方式，正常使用下的力學性能與傳統現澆混凝土橋墩類似。其主要原理是在金屬套筒中插入帶肋鋼筋并注入灌漿料拌合物，通過灌漿料硬化形成整體并實現傳力[1，2]。

1 套筒連接灌漿缺陷

采用套筒灌漿連接時，灌漿密實性會影響接頭的質量及傳力性能，決定了預制拼裝結構的抗震性能和整體性[3，4]。鋼筋套筒灌漿連接結構復雜，構件精度不高、現場保護措施缺乏、灌漿人員培訓不足等原因容易造成鋼筋套筒易堵塞、灌漿不密實[4，5]。鄭清林等通過實際工程現場調研灌漿方法及灌漿料性能試驗分析灌漿缺陷的類型及其形成機理[6]。結果表明套筒灌漿缺陷的主要因素包括灌漿缺陷的位置、尺寸、分布形式、鋼筋偏心缺陷、水平灌漿缺陷等[7]。灌漿缺陷主要會降低預制拼裝立柱的承載力和延性，并使試件的抗震能力下降[8]。

2 套筒連接檢測方法

目前，為了控制鋼筋套筒灌漿連接的質量，手段主要有制作試件進行強度試驗，以及施工監理進行監督，對于套筒灌漿飽滿度無法有效保證。目前，國內外對套筒連接的研究以力學性能為主，灌漿密實度研究相對較少[9]。對于套筒連接檢測技術的研究以超聲波法、沖擊回波法、X 射線法、傳感器法、預埋法為主。

2.1 預埋法

預埋法是指通過在出漿口預埋鋼絲，在養護完成后進行拉拔試驗以檢測灌漿是否有缺陷的檢測方法[10]。高潤東等[5]針對鋼筋套筒灌漿連接試件，在出漿孔附近的套筒內部設置不同大小的灌漿缺陷，首先通過預埋鋼絲拉拔法對灌漿缺陷進行檢測。在灌漿前通過在出漿口預埋一根細鋼絲，待養護一定時間，用專門拉拔機器對鋼絲進行拔力測試，通過對比在灌漿料脫空情況下和灌漿料密實情況下的拔力值來說明該方法的可行性。

2.2 沖擊回波法

沖擊回波法屬于無損檢測方法，通過確定回波的頻率峰值，計算結構的名義厚度和缺陷[11]，原理如圖1 所示。此方法由于其透力強、便于操作等特點得到了廣泛應用[12]。劉志豪[13]、劉洋希[14]、劉輝等[15]采用沖擊回波法對鋼筋套筒試件進行了檢測試驗，結論是對于試件套筒單排布置的情況，沖擊回波法可以定性判斷密實度，但定量結果存在誤差；而雙排布置套筒的試件，檢測結果不夠準確清晰，仍需進一步改進測試方式、分析方法。蔣俁等研究了檢測連接節點灌漿密實性的沖擊回波法，并介紹了其原理，闡述了采用掃描式沖擊回波法檢測設有大、小直徑波紋管試件及實際工程中裝配式剪力墻波紋管漿錨搭接節點的測試結果，且總體測試結果良好，可見采用沖擊回波法判斷灌漿密實性是可行的[16]。

圖1 掃描式沖擊回波法測試系統的測試原理圖示[16]

2.3 超聲波檢測法

超聲波檢測法的原理是利用超聲波在不同介質中傳播速度不同的特性對套筒灌漿料飽滿程度進行研究。聶東來等根據超聲波通過脫空缺陷會折線傳播的特性（見圖2）判斷灌漿缺陷。根據其傳播路徑的不同檢測套筒灌漿料的密實性，并通過超聲波幅值定性判斷其缺陷，但該方法局限于鋼筋套筒單排布置的情況[17]。邵志偉等[18]研究了超聲波層析成像技術對灌漿套筒構件密實度無損檢測的可行性，分別從理論研究、有限元模擬和試驗測試三個方面對套筒內灌漿料的密實度進行分析。研究結果表明：超聲波將無法徑直透過灌漿料全部脫空的套筒傳播，而是會按照最短路徑發生繞射；因套筒脫空所導致的聲速分布圖差異化不明顯，從聲速分布圖上無法有效識別密實及脫空狀態所對應的低聲速區；并提出一種斜口斜導管式的檢測方法，可通過觀察導管內灌漿料流失情況進而推斷套筒內部灌漿料有無缺失情況。且通過與實際工程中存在的平口平導管內液面情況對比，進一步通過超聲波層析成像驗證了在觀察到斜導管液面下降后內部套筒脫空的結論，以此說明斜口斜導管方法的有效性。

圖2 超聲波檢測缺陷原理示意圖

2.4 傳感器法

預埋阻尼振動傳感器法的原理是在特定激勵信號的驅動下[19]，會產生一定頻率的振動，根據振動周期和振幅的變化可判斷振動器周圍介質的情況，以此判斷套筒內灌漿是否密實。祝雯等研究了影響預埋法檢測套筒灌漿飽滿度結果的因素，主要包括灌漿料流動度及傳感器預埋方式[20]。該傳感器見圖3 所示。結論是可以通過傳感器的振動能量值判斷灌漿是否密實，在灌漿料拌合物中，可將能量值＜100 作為灌漿料拌合物飽滿的判定條件，在硬化灌漿料中則可將能量值＜50 作為其飽滿的判定條件。

圖3 阻尼振動傳感器圖示[20]

崔士起等采用灌漿傳感器和超聲層析成像（簡稱超聲CT）兩種技術對預制拼裝結構鋼筋連接套筒灌漿飽滿度檢測進行了試驗研究[21]。考慮接縫坐漿和整體灌漿兩種施工方案，共設計了3 組試驗構件。其中接縫漿考慮套筒完全灌滿、套筒部分漏漿及套筒全部漏漿三種工況，接縫整體灌漿考慮完全灌滿、部分漏漿及補充灌漿三種工況。分別采用灌漿傳感器、超聲檢測掃描儀（見圖4）進行檢測，通過對比灌漿前后的測試結果來判斷灌漿缺陷程度。

圖4 超聲檢測掃描儀圖示

2.5 X 射線檢測法

X 射線檢測法是通過接收X 射線并形成圖像來識別灌漿缺陷，其成像原理見圖5 所示。灌漿套筒試件由金屬套筒、水泥基灌漿料、鋼筋組成，而沒有混凝土結構中較多的粗骨料，成像效果相對較好[22]。

圖5 X 射線膠片成像原理圖示

陶里等、張富文等采用X 射線試驗機（見圖6），對不同規格的灌漿套筒試件進行了缺陷檢測研究[16]，發現X 射線技術能夠明確地界定套筒外形、鋼筋形態及接頭部位，判斷灌漿是否密實，并識別出試件中厚度1 mm、長度在4 mm 左右的灌漿缺陷，能夠用于套筒灌漿密實度的判定，可以作為平行試件驗收的手段[21]。但對于雙排對稱布置的套筒顯示結果較為模糊，對灌漿密實度判斷仍不夠準確[23]。

圖6 X 射線試驗機圖示

3 地方規范質量控制及檢驗要求

目前已經實施的地方規范中，廣東省標準《裝配式市政橋梁工程技術規范》[24]對于套筒連接的質量控制提出了如下規定：（1）承臺混凝土澆筑前、后應對預留鋼筋、灌漿連接套筒或灌漿金屬波紋管定位進行檢查，允許偏差為±2 mm；（2）套筒應采用工廠生產的成品件，并符合產品技術；（3）灌漿料拌合物應符合現行水泥基灌漿料國家標準[25]的有關規定；（4）灌漿套筒連接與檢驗應按現行行業標準《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》[26]規定進行檢驗。

同時，規范對灌漿套筒連接的質量檢驗應提出下列規定：（1）對鋼筋套筒灌漿連接用的灌漿料拌合物進行按批試件強度檢驗。（2）全數檢查套筒灌漿連接灌漿是否飽滿密實，所有出口均應出漿。（3）套筒灌漿質量可采用X 射線工業CT 法、預埋鋼絲拉拔法、預埋傳感器法、X 射線法等，針對不同施工階段進行檢測，并應符合下列規定：a. 灌漿施工前，可結合工藝檢驗采用X 射線工業CT 法進行套筒灌漿質量檢測[27]；b. 灌漿施工時，可根據實際需要采用預埋鋼絲拉拔法或預埋傳感器法進行套筒灌漿飽滿度檢測；c. 灌漿施工后，可根據實際需要采用X 射線法結合局部破損法進行套筒灌漿質量檢測；d. 預制構件底部接縫灌漿質量宜采用超聲法進行檢測是否設計要求，每類預制構件檢測不應少于2 個；e. 檢查座漿材料強度試驗報告，按批檢驗預制構件底部接縫座漿強度是否滿足設計要求。

4 套筒連接質量控制措施及工程案例分析

4.1 加強施工人員操作管理

在工程質量控制的人、機、料、法、環五大要素中，人的影響尤為重要的。加強灌漿人員培訓，提高責任意識，加強施工前、施工中的質量控制是關鍵環節。同時，做到細化套筒連接灌漿施工方案的技術交底，落實責任。并且落實好專職檢驗人員的監督作用按照規范的檢測方法進行施工監控，并形成可查看的灌漿質量記錄和視頻資料。

4.2 利用估算灌漿料用量法控制密實度

在施工過程中，可以通過預估灌漿用量的方式來保障套筒灌漿密實性，通過制作模擬試件，記錄當出漿口呈圓柱形出漿時的用漿量，并進行試驗檢查該用漿量情況下的試件是否密實飽滿，如密實，則以此次用漿量為標準作為現場灌漿拌合物的估算用量；如不密實，則重新制作模擬試件重新試驗直至套筒連接強度滿足要求。在現場施工中，灌漿拌合物用量不應小于估算用量，否則視為灌漿不飽滿。采用估算灌漿料用量法，可以為現場套筒連接施工中的監測提供依據，有助于灌漿質量問題的預防和分析，是保障結構安全可靠的有效措施[28]。

4.3 嚴格按照規范流程施工

對于套筒連接材料，灌漿料作為水泥基、細骨料、外加劑為主的干混料，在配置及使用時有許多條件會影響工程質量，因此必需嚴格按照規范要求控制水灰比、拌制使用時間、環境溫度等外部條件。對于灌漿套筒，需要按照《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》[29]第7.0.2 規定，施工過程中不得更換套筒，并需獲得有效的檢驗報告。對于鋼筋定位，需要采用專用的模具定位，以減少施工安裝誤差，有效提高套筒連接質量。同時需要合理安排工期，保證灌漿料強度達到要求再進行后續施工，使得構件間傳力可以通過套筒連接有效傳遞。并加大工程質量監督抽測力度，有效保證施工質量。

4.4 施工案例分析

深圳市新城立交位于前海合作區、寶安區與南山區交界處，共設置12 條新建匝道橋和5 座拼橋，橋墩為開花墩，下部截面尺寸為2.6 m×1.7 m，截面構造如圖7 所示。

圖7 橋墩典型截面圖（單位：mm）

為了提高施工質量，加快施工進度，采用灌漿套筒連接承臺和橋墩，橋墩豎向主筋采用直徑為40 mm的HRB400 鋼筋，單個橋墩共設置44 個GTZQ4 40型灌漿套筒，滿足《鋼筋連接用灌漿套筒》[30]中的相關要求，灌漿套筒采用全套產品，包括端蓋、堵頭、灌漿管、密封環。橋墩預制安裝過程如圖8 所示。灌漿料滿足《鋼筋連接用套筒灌漿料》[31]中的相關技術要求。

圖8 預制橋墩安裝之實景

5 結 語

我國現階段對灌漿套筒的研究還處于起步的階段，但隨著建筑工業化的進程不斷加快，裝配結構將會在未來逐漸替代傳統建筑方式的新型建筑模式。而灌漿套筒作為現階段應用廣泛并且可靠的預制構件鋼筋連接方式，需要保證其質量以滿足預制拼裝結構的整體性及穩定性要求，研究可行可靠的套筒連接無損檢測方法十分重要。本文介紹了預埋法、沖擊回波法、超聲波法、傳感器法、X 射線法等套筒連接檢測方法，目前仍需提高檢測的精度和可靠性，并指定相關的規范和行業標準，對灌漿套筒按統一的指標進行等級劃分以規范管理。