單向閥灌漿工藝在預制拼裝橋梁中的應用★

吳 偉 湯文軍

(1.上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433;2.上海建工集團股份有限公司，上海 200080)

相比于傳統的現澆橋梁，裝配式橋梁在加快工程進度、提高質量安全、降低交通影響及綠色環保等方面具有明顯優勢。隨著近幾年我國橋梁技術的發展，裝配式橋梁由以前的上部結構裝配式為主發展到涵蓋橋梁下部結構墩柱及蓋梁的工廠化預制、承臺預留鋼筋埋設、橋梁附屬設施一體化預制等各個方面。橋梁預制拼裝的關鍵技術問題是橋梁預制構件的連接設計，直接影響裝配式橋梁構件的質量及安全。

套筒灌漿連接工藝是通過向連接鋼筋的套筒內注入灌漿料，通過三者之間的協同工作形成一個整體來保證構件的連接及結構的整體性，目前在預制拼裝橋墩中應用較為廣泛。影響套筒灌漿連接工藝質量的關鍵因素主要為套筒灌漿連接中灌漿飽滿度、插筋錨入深度、灌漿料本身的強度、鋼筋偏位等幾個方面。在預制拼裝橋墩施工過程中，目前對于套筒灌漿完成后灌漿密實度缺乏有效的檢測手段，因此對灌漿質量的過程控制在工程實踐中顯得尤為重要。

1 裝配式橋墩灌漿套筒連接原理

橋墩套筒灌漿連接技術主要用于立柱與承臺、立柱節段間連接，通常在承臺中預埋立柱主筋模塊，預制立柱中預埋套筒與立柱每根主筋下端連接，立柱吊裝就位后套筒與承臺預埋鋼筋對插，通過注漿口向套筒內注入具有良好的流動性、早強、高強、硬化后微膨脹性能的灌漿料，灌漿料凝固后使立柱主筋與承臺預留插筋模塊以及套筒連接形成一個整體[1]，從而實現構件的連接。

鋼筋套筒灌漿連接接頭是由專業加工生產出的套筒、鋼筋組裝和相應配套的灌漿料的組合體。鋼筋連接用套筒通常分為全灌漿套筒、半灌漿套筒，按套筒單元組成又可以細分為整體式全(半)灌漿套筒、分體式全(半)灌漿套筒，預制拼裝橋墩中常用的是整體式全灌漿套筒。鋼筋連接用灌漿料通常為水泥基料，配以細骨料以及混凝土外加劑和其他材料組成的干混料，按照一定水灰比加水攪拌，利用灌漿料加水攪拌后良好的流動性、早強高強微膨脹等性能，在套筒內灌漿料凝固硬化后使鋼筋與套筒內壁之間形成較大的握裹作用，依靠各個材料之間相互黏結咬合的作用將套筒和鋼筋連接起來，從而將鋼筋錨固在套筒中形成整體實現對預制構件的連接，如圖1所示。

鋼筋套筒灌漿連接接頭的優點是性能可靠、適用性廣、安裝簡便等。

2 套筒灌漿工藝

套筒灌漿連接工藝目前在預制拼裝橋墩中應用較為廣泛[2]，其工藝特點是通過套筒內灌漿料硬化后的高強早強微膨脹特性使鋼筋與鋼筋連接形成整體，套筒灌漿連接接頭的質量直接決定橋梁預制構件連接質量與安全，而套筒灌漿接頭的質量主要制約因素為鋼筋錨入深度、材料質量、灌漿密實度等，其中灌漿密實度主要受現場灌漿工藝影響較大，因此在工程實踐中，加強對灌漿質量的控制尤為重要。

目前國內對于套筒灌漿完成后灌漿質量雖然也開發了相應的檢測技術與方法，包括無損檢測及破壞性檢測方法兩大類，破壞性檢測無法適用于常規已施工預制構件，無損檢測技術主要有預埋傳感器法、CT掃描技術、超聲波法及沖擊回波法等，但這些技術手段有著明顯的局限性，如CT掃描對設備要求較高且具有放射性，預埋傳感器法需要提前埋設傳感器成本較高、超聲波無法精確定位、沖擊回波法有精度小和量程的問題，這些因素導致上述技術手段無法在工程中廣泛應用，因此目前工程中尤其需要做好對灌漿質量的過程控制，提高和改進工藝，確保灌漿后套筒內灌漿飽滿度。

傳統灌漿工藝采用人工或者機械設備進行灌漿，注漿完成后需及時對注漿口進行封堵，封堵方式通常采用橡膠塞、膠塞等措施堵住出漿口，如圖2所示。防止漿液外流。這種方法封堵出漿口需人工迅速及時將橡膠塞塞入，易發生因封堵不及時造成漿液由注漿口倒流，導致套筒內漿液密實度降低，弊端明顯，因此亟需在實踐中進行改進。

3 預制拼裝橋墩單向閥灌漿施工工藝

3.1 預制立柱連接施工工藝

預制拼裝橋墩一般采用全灌漿套筒連接的預制拼裝施工工藝，承臺內預留立柱插筋通過工廠化定型加工成模塊鋼筋骨架，與承臺鋼筋連接后現場澆筑。立柱底部布置套筒與立柱上部鋼筋連接，柱頂伸出蓋梁連接插筋或立柱節段間連接插筋,如圖3所示。

預制橋墩灌漿套筒埋設于立柱底，與立柱同時預制，通過柱底套筒連接承臺預留插筋，一般采用全灌漿套筒連接方式，套筒上端留有出漿口，下部設置注漿口。選用人工或機械設備灌漿，從下端灌進，灌滿后由出漿口溢出，灌漿完畢后封閉灌漿口，待灌漿料硬化后，由于其微膨脹特性分別與鋼筋和灌漿套筒握裹作用，實現鋼筋連續可靠傳力的連接構造，如圖4所示。

立柱通過柱底套筒連接承臺預留插筋，通過柱頂預留插筋連接分節立柱或蓋梁底套筒。立柱現場就位后，進行軸線標高及垂直度調節，調整完畢后在承臺與立柱拼接面鋪設砂漿墊層，砂漿墊層一般采用60 MPa專用做漿料，厚度為2 cm～3 cm；攤鋪砂漿完成，進行下放立柱，立柱沿四周倒角限位板下放，并復測下口中線，中心墊塊未受力前可再次進行微調。下放過程中確保四周都有漿液擠出，保證坐漿密實,如圖5所示。

坐漿完畢后對套筒進行灌漿作業，套筒灌漿采用C100專用灌漿料，通過每個套筒下部的注漿口進行有壓注漿，完成整個拼裝工藝。

3.2 灌漿套筒連接單向閥灌漿施工

3.2.1 灌漿套筒連接流程

灌漿連接工藝流程：濕潤及清理套筒→安裝L型出漿管→稱量干料及水→慢速拌合(1 min)→快速拌合(不少于5 min)→漿料倒入灌漿設備并連接壓漿口壓漿→出漿管出漿→持續出漿后(不少于2 s)停止壓漿保壓后封堵注漿口→下一個套筒(見圖6)。

3.2.2 單向閥灌漿

注漿口采用單向閥門設計，采用直通式PVC單向閥門，通過螺紋連接在注漿口管路上，單向閥的工作原理是：流體由進口注入，只能沿進口向前流動，出口介質卻無法回流。出漿口采用L型管，管口朝上。灌漿時接入注漿閥門口，漿液單向注入，待L型出漿口管口漿液溢出至少2 s，調低設備壓力保壓30 s，關閉閥門，停止注漿(見圖7)。

工程使用的套筒灌漿料為C100高強無收縮水泥灌漿料，水灰比為0.12，拌合前需分別稱重干料及水。拌漿設備采用自制攪拌機，如圖8所示。攪拌時間為5 min～6 min。一般60 MPa砂漿墊層的終凝時間為4 h，灌漿需在墊層砂漿達到終凝后方可進行。

灌漿施工前需檢查壓漿設備如圖9所示，要齊全、狀態完好；灌漿套筒進行潤濕處理，從出漿口注水沖洗，然后用氣槍將筒內殘留水漬沖干凈后，將L型PVC管安裝于出漿口，該L型管管口超出出漿口約10 cm。灌漿料拌合需預先潤濕攪拌頭及攪拌倉，然后依次將精確稱重的干料及水放入，開啟攪拌機進行秒表計時。拌合時先進行1 min的慢速初拌，然后進行4 min～5 min的高速拌合，攪拌至漿料沒有干料存在為止，最后靜置2 min放出拌合物中的氣泡。

將拌合好的灌漿料倒入灌漿機，開始進行單向閥灌漿，灌漿機槍口插入立柱下部單向閥接口，將漿料通過單向閥注入套筒，套筒內空氣以及漿料由上方L型出漿口排出。根據以往工程經驗及首件灌漿經驗總結，一般70 s左右漿料將升至出漿口L管口，待出漿L型管排出漿液約2 s后調低設備的壓力，開始保壓約0.1 MPa 30 s，以確保套筒內灌漿密實，待壓漿管壓力穩定后關閉單向閥門，拔出灌漿管，停止注漿。

傳統的注漿口封堵方式一般為采用橡膠塞封堵，拔出灌漿管道封堵橡膠塞時間間隔不宜超過1 s，避免漿體溢出，造成灌漿不實。實際施工操作過程中，橡膠塞封堵操作不便，很容易發生封堵不及時造成漿液流出導致灌漿不密實。因此改進了一種注漿口封堵措施，采用單向閥門連接注漿口，注漿完畢可以通過調節閥門的形式直接關閉注漿口，然后撤出送漿管即可。整個過程簡便易于操作，直接關閉閥門即可實現停止注漿，單向球閥可確保漿液不會倒流，漿液不流出，配合L型管出漿及保壓措施，可確保套筒內漿體液面以及有效排出套筒內空氣，提高套筒灌漿密實度，從而在過程控制環節保證了灌漿密實度和質量。

3.2.3 施工過程中質量控制要點

影響套筒灌漿連接工藝質量的關鍵因素主要為套筒灌漿連接中灌漿飽滿度、插筋錨入深度、灌漿料本身的強度、鋼筋偏位等幾個方面，因此在施工過程中為確保套筒連接接頭質量，主要從灌漿工藝、構件安裝精度、材料準入等方面控制施工質量，其中灌漿工藝質量控制主要體現在如何確保套筒灌漿密實度上。

首先是投入使用的套筒灌漿料應符合工程設計及相關規范要求，灌漿料應在拼裝前一天進行1 d臨期抗壓強度測試，I≥35 MPa方可用于現場拼裝連接，漿料拌合后應同步留置試塊，每個拼接面不少于3組，用于測試1 d,3 d,28 d臨期抗壓強度。其次是在灌漿前應再次檢查灌漿套筒，確保套筒內腔通暢，對灌漿套筒進行潤濕處理但不能有積水；采用單向閥工藝進行灌漿施工，應確保采用的單向閥產品質量，且單向閥與注漿管口安裝緊密，閥門有效無漏；注漿過程確保L型管口出漿至少2 s后開始保壓，保證灌漿密實性；灌漿施工應保持連續注入，為避免突發狀況，現場需配備應急注漿機械。

4 結語

本文主要針對目前常用的鋼筋套筒灌漿技術在預制拼裝橋墩中的鋼筋連接套筒灌漿工藝進行了相對詳細的介紹，為了確保灌漿飽滿度，對常規注漿工藝進行了改進，首次采用單向閥注漿方式，并在S7公路等工程應用中取得了顯著成效。

鑒于目前對套筒灌漿質量檢測技術的局限性，灌漿套筒灌漿質量在工程中的普適性和推廣度受到極大限制，因此在套筒灌漿質量控制中，過程控制顯得尤為重要。套筒灌漿施工工藝過程控制，需嚴格把控好每個環節，如水泥基灌漿料質量、連接接頭飽滿度、鋼筋定位等，其中對灌漿飽滿度的質量控制這個重要環節，本文采用的單向閥注漿口注漿+L型出漿口的注漿工藝，工藝構造簡單，經濟適應性強，施工過程中操作簡便易于控制，有效保證灌漿飽滿度，通過在S7工程一系列預制橋墩拼裝過程中的廣泛應用，其工藝可靠性和方便性也得到了廣泛認可。目前上海地區的預制拼裝橋墩的連接方式主要為灌漿套筒連接和金屬波紋管連接，灌漿套筒連接技術近些年經過嘉閔高架、S7公路、兩港大道、龍東大道等工程實踐的廣泛應用，已漸趨成熟，逐漸在長三角地區乃至全國逐漸推廣開來。套筒灌漿密實度一直是裝配式建筑行業中關注的問題，結合目前國內預制拼裝橋梁施工技術的發展，現有的許多針對套筒灌漿質量的檢測手段均存在一定的局限性，為了保證套筒灌漿質量，一方面需要工程技術人員結合工程實踐對現有技術手段進行創新和完善，另一方面需做好施工過程的質量控制，即優化改善灌漿施工工藝，做好灌漿過程的質量控制，從而確保灌漿質量[3-6]。