高層鋼筋混凝土框架結構預制柱灌漿施工質量研究

李 沙，何 俊，易 毅，楊國順（中建一局集團華北建設有限公司，上海 201100）

2018 年全國建筑全過程碳排放總量為 49.3 億 t CO2，建筑領域占全國能源碳排放總量的比重為 51.2%[1]，建筑領域作為碳排放的主要源頭之一，隨著 2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和目標的提出，裝配式建筑的意義更加突顯。裝配式建筑采用模塊化、工廠化的預制構件，在建材生產階段和現場施工階段能有效節約能耗，減少粉塵、噪音、建筑垃圾及廢棄物的排放。2020 年，京津冀、長三角、珠三角等重點推進我域新開工裝配式建筑占全國的比例為54.6%，其中，上海市新開工裝配式建筑占新建建筑的比例高達 91.7%[2]。目前，高層鋼筋混凝土框架結構是裝配式建筑應用得較多的形式，預制柱作為主要承重構件其套筒灌漿連接質量重中之重，本文結合施工現場對預制柱套筒灌漿質量問題進行研究，以期為提高預制柱灌漿質量提供一定的經驗和借鑒。

1 鋼筋套筒灌漿類型及其原理

鋼筋套筒灌漿連接技術自 20 世紀 70 年代由美國工程師發明以來，已廣泛應用于裝配式混凝土結構中剪力墻、柱等縱向受力鋼筋的連接。鋼筋套筒灌漿連接材料主要包含鋼筋、套筒、灌漿料三大部分。鋼筋應符合現行規范要求的熱軋帶肋鋼筋，直徑不宜＜12 mm 且不宜 ＞40 mm；套筒應符合 JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》，套筒材質一般為球墨鑄鐵、優質碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼和合金結構鋼；灌漿料為水泥中加入一定比例的細骨料和外加劑，加水攪拌后使用的粉末狀物體，使用前應進行抗壓強度、豎向膨脹率和拌合物工作性能試驗[3]，其性能應符合JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》 。

鋼筋套筒灌漿按照套筒與鋼筋連接方式可分為全鋼筋套筒灌漿連接和半鋼筋套筒灌漿連接兩種。套筒兩端與鋼筋連接均采用灌漿料的方式為全鋼筋套筒灌漿連接；套筒兩端與鋼筋分別采用機械連接和灌漿料連接的形式為半鋼筋套筒灌漿連接。鋼筋套筒內設有灌漿孔、出漿孔、鋼筋限位擋板和剪力鍵，灌漿孔、出漿孔有利于鋼筋、灌漿料、套筒三者充分粘合；鋼筋限位擋板控制鋼筋長度；剪力鍵增強灌漿料與套筒的機械咬合力。

鋼筋套筒灌漿連接的主要原理是鋼筋與套筒之間通過注入灌漿料進行續接，當灌漿料受到套筒約束時，鋼筋通過灌漿料與套筒內壁產生的正向應力在灌漿料和帶肋鋼筋結合面上產生摩擦力，從而將軸向應力傳遞給鋼筋[4]。當鋼筋受到拉力時，拉力由鋼筋和灌漿料結合面處的粘結作用傳遞給灌漿料，同理，拉力由灌漿料和套筒結合面處的粘結作用傳遞給套筒。同時，套筒外混凝土對灌漿料、套筒對灌漿料均會產生側向約束力，側向約束力能提高鋼筋和灌漿料結合面、灌漿料和套筒內壁結合面的粘結作用，保證鋼筋通過套筒灌漿連接可以有效傳遞力[5]，從而形成預制結構完整明確的傳力路徑。

2 預制柱灌漿存在的問題

預制柱作為高層鋼筋混凝土框架結構的主要豎向承重構件，預制柱灌漿質量直接影響著建筑物的安全性。但由于灌漿施工的復雜性、施工操作不嚴謹、現場環境限制、灌漿工藝不太完善等各方面因素影響，在灌漿的過程中，會造成諸多的灌漿缺陷，進而影響灌漿質量。通過對施工現場預制柱灌漿進行實地調查和研究，發現在實際施工中主要存在以下問題。

2.1 灌漿孔道堵塞

灌漿孔道堵塞導致出漿孔未出漿是在灌漿過程中最直觀也是最嚴重和最麻煩的質量問題，出漿孔未出漿意味著套筒內未密實，而且由于灌漿屬于隱蔽工程，并不能直接觀測到套筒內實際情況，給質量埋下重大隱患。如果不加以質量控制，在施工中一根柱子一般會出現 1～3 個孔未出漿，根據現場實測，灌漿孔道堵塞的質量問題占到 40% 以上。

2.2 連接鋼筋損壞

預制柱連接鋼筋裸露在空氣中，在澆筑、拆模、運輸、吊運和安裝過程中缺乏保護措施，不可避免會因碰撞產生鋼筋傾斜、彎折，最嚴重的是發生偏位導致產生不可逆的偏差使得連接鋼筋無法插入套筒，此時需要強行彎折甚至部分項目直接割掉該鋼筋，而且鋼筋非垂直受力對預制柱受力產生危害，對結構不利。

2.3 座漿料及封邊強度不足、不密實、裂縫

座漿料及封邊是灌漿成功的關鍵之一，座漿料及封邊不密實或者工地搶工使得其強度不足，在灌漿過程中極易產生爆漿，不但使得灌漿失敗，還浪費大量灌漿料和座漿料，耽誤工期。同時，內部灌漿壓力過大、封堵后受到擾動也。會使封邊出現裂縫，導致爆漿。

2.4 柱底標高誤差

吊裝預制柱時，應對柱底標高進行控制，柱底標高將影響座漿料厚度和連通腔接縫高度，接縫高度過大或過小都會影響封邊和灌漿效果。柱底標高誤差過大將影響梁柱節點處模板只設，同時，還將影響封堵材料與套筒的距離，若距套筒太近，容易堵塞套筒底部，從而導致灌漿料無法順利從套筒底部流入。

2.5 基層未清理

預制柱吊裝前基層應清理，雖然基層清理很簡單，但在施工現場未清理的現象卻屢見不鮮。基層未清理危害眾多，垃圾不僅影響灌漿料成型質量，嚴重時會堵塞灌漿孔道造成嚴重質量事故，同時對柱底標高和柱身垂直度也有一定的不利影響。

2.6 灌漿料質量問題

灌漿料配合比是灌漿料有足夠的流動度、強度、與鋼筋和套筒粘結作用的重要保證，在施工過程中，為了圖方便，很多工人完全憑經驗而未按配合比要求進行加水和灌漿料。由于缺乏相關的檢測手段，一旦灌漿完成，其質量難以檢測。因為工期延誤、灌漿料進場數量過多等原因導致灌漿料過期，部分項目為了節約成本會出現使用過期灌漿料的現象。

2.7 其他

預制柱灌漿施工是一個復雜的過程，受到人員、材料、機械、施工工藝、環境等各方面的影響，除了上述問題外，操作人員不熟練、灌漿機具運轉不正常、施工準備不充分、氣候條件不允許、管理人員監管不到位等也會影響預制柱灌漿質量。

3 預制柱灌漿改進措施

隨著裝配式建筑的普及推廣，灌漿質量的重要性決定了我們需要不斷追求和改進灌漿施工工藝，根據實際施工現場存在的問題，提出切實可行的改進措施，提高灌漿質量為建筑物的安全可靠提供保障。

3.1 加強生產管理，確保灌漿孔道通暢

灌漿孔道堵塞絕大多數與預制柱生產階段有關。在生產過程中，選擇強度、剛度較好的材料做管道，強度不足則在預制柱澆筑時易使管道變形，剛度不足則管道在預制柱內不易彎曲；管道要綁扎牢靠，防止混凝土澆筑時掉落彎折不暢通、被壓壞，這種情況時有發生。預制柱出廠前必須對每個灌漿孔編號百分百檢查，檢查合格后在預制柱身加蓋合格章和質檢員簽名章，并對每個灌漿孔、出漿孔使用膠條進行臨時封堵，待預制柱安裝到位后、灌漿前方可取下。經過實踐證明，該措施能有效減少灌漿孔道堵塞，確保灌漿孔道通暢。

3.2 強化材料管理，確保灌漿物資有效可靠

灌漿料作為灌漿施工中的主要材料，在節能、節料、造價、環境、施工質量等方面意義重大。灌漿料種類的選定、材料的進場計劃、灌漿時的配合比都必須嚴格管理，配合比需按照說明設要求配制，灌漿前需做流動度試驗，流動度合格后方可灌漿。座漿封堵材料亦是施工中的重要一環，座漿封堵材料水灰比及稠度應符合材料使用說明要求，避免太稀封堵時下墜，導致堵縫質量不密實，出現收縮開裂等問題。對于有搶工需求的項目，需采用凝結時間短、強度高的座漿封堵材料，否則封堵時間短強度未達到要求灌漿時易爆漿。

3.3 嚴控施工流程，確保灌漿合格有序實施

預制柱灌漿施工流程為灌漿材料、機具準備→按照配合比稱量材料→攪拌靜置→漿料檢測→灌漿孔檢查、暢通、濕潤→灌漿孔灌漿→出漿孔封堵→灌漿孔封堵→清洗灌漿機具→灌漿完成。嚴格控制每一步施工流程，遵守相應的操作規程，不可憑個人經驗和主觀意愿隨意施工，按照施工方案對每個流程規范操作，減少人為因素影響，使施工流程合格有序進行。

3.4 預備補灌器具，確保灌漿飽滿密實

對于灌漿未飽滿密實、灌漿料液面下降的預制柱套筒，應及時補灌，為預防該情況發生，施工現場需預備補灌器具。進行注射補灌時，出漿孔內徑與注射器外接細管外徑之差應 ≥4 mm，注射器內灌漿料液面最低位置應高于出漿孔孔道頂端位置。補灌時向注射器內倒入灌漿料，將注射器細管放入需補灌的套筒內，緩慢推動注射器活塞注漿直至出漿孔灌漿料流出，拔出注射器時仍需注射灌漿料，注射器拔出后及時封堵出漿孔。

3.5 增加灌漿質量檢測，確保灌漿成型質量滿足要求

灌漿質量好壞需進行檢測后方可確認，灌漿質量檢測方法分為有損和無損兩大類，由于有損檢測破壞了預制柱而預制柱是框架結構的豎向承重構件，一般采用研究較充分、效果較好、使用較方便的四種無損或微損的檢測方法，分別為預埋傳感器法、X 射線數字成像法、預埋鋼絲拉拔法、鉆孔內窺鏡法（微損）。四種方法均納入 T/CECS 683—2020《裝配式混凝土結構套筒灌漿質量檢測技術規程》。

3.6 提高人員技能和質量意識，確保灌漿施工高質量

灌漿施工的各流程都由人來實施，個體差異將導致施工過程質量參差不齊，因此，有必要對生產廠家人員、灌漿操作人員、項目管理人員進行培訓、交底、考試。通過培訓，工人的生產、施工質量意識得到明顯提高，管理人員監管情況得到明顯改善，高質量灌漿施工得到有效保證。

4 結 語

在碳達峰、碳中和的背景下，建筑領域堅持可持續發展理念，降低碳排放。裝配式建筑采用工廠預制、現場拼裝的方式減少現場混凝土澆筑，實現節能減排，對雙碳目標的實現具有重要意義。高層鋼筋混凝土框架結構作為裝配式建筑運用較多的形式將得到廣泛應用，預制柱作為該結構的主要豎向承重構件，其灌漿施工質量必須得到保證，因此，研究預制柱灌漿質量對現場施工具有重要指導意義。通過項目實踐，在對施工現場出現的預制柱灌漿質量問題的統計和分析的基礎上，從生產管理、材料管理、施工流程、補灌、灌漿質量檢測、人員管理六個方面改進和控制，優化施工工藝，有效提高預制柱灌漿質量并取得優異的成效，建筑安全得到進一步保障。