裝配整體式混凝土結構鋼筋套筒連接技術探討

王艷，陳成立，殷粉芳

（1 江蘇建筑職業技術學院，江蘇徐州 221000；2 中建科技集團有限公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

近幾年以來，裝配整體式混凝土結構發展迅速，在整個建筑行業中占比日升，“裝配率”一詞也開始出現在工程項目中。裝配整體式混凝土結構，是把傳統建筑結構中構件和配件的一部分提前在工廠中預制，另一部分在構件運輸到現場進行安裝時二次澆筑，因此相當于傳統現澆整體式混凝土結構的作業被分成了“兩個戰場”，一個在工廠，一個在現場。裝配整體式混凝土結構現場作業量大大減小，現場濕作業的減少，不僅減少了對環境的污染，改善了工人的作業環境，還能在一定程度上避免現場安全問題，加快施工速度，符合綠色施工理念，是我國現代建筑工業化發展的必然趨勢。鋼筋連接是裝配整體式混凝土結構構件安裝過程中的一個重要環節[1]，其接頭質量直接影響到結構的安全，同時，由于鋼筋連接位置結構復雜，又屬于隱蔽工程，灌漿質量實難控制，故也是一個施工難點，也因此被稱為裝配整體式混凝土結構理論上存在的一個“薄弱環節”[2]。本文基于裝配整體式混凝土結構中鋼筋套筒連接技術的現狀及研究進展，歸納闡述了常見的鋼筋連接技術，分析了其各自的優缺點，并重點討論了鋼筋套筒灌漿連接技術存在的問題，展望了鋼筋套筒連接技術的發展趨勢。

1 鋼筋套筒灌漿連接技術的發展現狀

鋼筋套筒灌漿連接技術是隨著裝配式建筑持續發展而出現的。在傳統的現澆整體式混凝土結構中，鋼筋的連接方式主要有三種，分別是綁扎搭接、焊接及機械連接，而裝配整體式結構構件是在端部狹小的空間內進行連接，傳統的鋼筋連接方式操作起來難度大且接頭強度難以保證，鋼筋灌漿套筒連接剛好避免了這個問題，其研究、發展越來越快，應用也越來越廣泛。

隨著我國裝配整體式結構的不斷發展，鋼筋套筒灌漿連接技術也在國內得到廣泛應用，一系列技術規程也隨之出臺。《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ1—2014）主要針對裝配式混凝土建筑的設計、生產運輸、施工安裝和質量驗收提出相關要求，《鋼筋套筒灌漿連接施工技術規程》（T/CCIAT 0004—2019）主要針對鋼筋套筒灌漿連接技術在實際應用過程中提供技術依據。政策、規程及標準的出臺及不斷更新也在推動鋼筋套筒灌漿連接技術不斷創新，在工程實踐過程中不斷探索前進，我國還自主研發了鋼筋漿錨搭接連接技術，目前我國鋼筋連接技術整體上已達到國際水平。

2 裝配整體式混凝土結構鋼筋連接技術

裝配整體式混凝土結構中常用的鋼筋連接方式有兩種，分別是鋼筋套筒灌漿連接技術和鋼筋漿錨搭接連接技術。鋼筋套筒灌漿連接技術是把高強度灌漿料灌入專用套筒中，將套筒兩端的鋼筋進行有效的連接，常用的方式有兩種，分別是全灌漿套筒連接和半灌漿套筒連接。鋼筋漿錨搭接連接技術是在預制構件中預留孔洞[3]，受力鋼筋分別在孔洞內外通過間接搭接實現鋼筋間應力的傳遞，分為螺旋箍筋漿錨搭接和波紋管漿錨搭接兩種。鋼筋套筒灌漿連接技術受鋼筋直徑及建筑物高度的影響較小，故其應用范圍更廣。

2.1 鋼筋套筒灌漿連接技術

鋼筋套筒灌漿連接技術在一定程度上可視為機械連接，只是兩者的工作機理不一樣[4]。機械連接是通過鋼筋與螺紋之間的機械咬合力來傳遞荷載。套筒灌漿連接是指帶肋鋼筋插入內腔為凹凸表面的灌漿套筒，向套筒與鋼筋的間隙內注入專用高強水泥基灌漿料，待灌漿料凝固待到一定強度后，形成鋼筋-灌漿料-套筒受力體。當鋼筋受拉時，通過鋼筋與灌漿料之間的粘結作用將拉力傳給灌漿料，再通過灌漿料與套筒之間的粘結作用將拉力傳遞給套筒。該技術將灌漿套筒預埋在混凝土構件內，在安裝現場從預制構件外通過注漿管將灌漿料注入套筒，來完成預制構件鋼筋的連接，是預制構件中受力鋼筋連接的主要形式，廣泛應用于各種裝配整體式混凝土結構構件的受力鋼筋連接。根據灌漿套筒的類型可將接頭形式分為全灌漿套筒連接和半灌漿套筒連接。

1）全灌漿套筒連接

在全灌漿套筒連接中，兩端的鋼筋都是通過灌漿與套筒進行連接，在構件生產時，先將一端的鋼筋預制到套筒中（圖1a 中上端鋼筋），另一端提前預留，在構件安裝時，再將鋼筋插入其中（圖1a 中下端鋼筋），實現鋼筋的連接，如圖1a 所示。全灌漿套筒連接多用于水平構件受力鋼筋的連接。

圖1 灌漿套筒示意圖

2）半灌漿套筒連接

在半灌漿套筒連接中，兩端的鋼筋鏈接方式不一樣，一端的鋼筋通過直螺紋與套筒進行機械連接，另一端提前預留，在構件安裝時，將鋼筋插入其中，通過灌漿方式與套筒連接，如圖1b 所示。半灌漿套筒連接多用于豎向構件受力鋼筋的連接。

3）對比

全灌漿套筒連接和半灌漿套筒連接都是工程中常用的連接方式，兩者都是通過往套筒內灌注高強漿料的方式實現鋼筋的連接，但兩者也有所不同。在制作工藝上，全灌漿套筒的定位主要靠模具，與鋼筋之間并無可靠連接，半灌漿套筒則是先跟鋼筋進行機械連接，再隨鋼筋一起綁扎，相對而言更易精確定位；在套筒長度上，由于直螺紋連接鋼筋的錨固長度小于灌漿連接鋼筋的錨固長度，故其套筒尺寸相對而言較小，但對套筒材料及直螺紋連接鋼筋的型號要求較嚴格，所以成本較全套筒灌漿連接較高，但由于半灌漿套筒所需的套筒長度較短，在一定程度上可以減少灌漿工作量，從而減少構件與漿料之間的接觸面，降低密封處理要求。在實際應用過程中，不管全灌漿套筒連接還是半灌漿套筒連接都需要現場灌漿作業，但是半灌漿套筒連接還多了一個螺紋連接端，在進行螺紋連接時，很容易碰觸到進漿口和出漿口與套筒之間連接的薄弱部位造成破壞，從工序控制上來說，多了一個質量控制點，也就多了一個風險點，因此，綜上所述目前全灌漿套筒連接應用更加廣泛。

2.2 鋼筋漿錨搭接連接技術

鋼筋漿錨搭接連接技術類似于間接搭接，是在預制構件內預留孔洞，然后把受力鋼筋穿入其中進行搭接，實現鋼筋應力的傳遞。具體的連接方式一般有兩種，分別是螺旋鋼筋漿錨搭接和波紋管漿錨搭接。螺旋鋼筋漿錨搭接是采用螺旋箍筋來約束受力鋼筋，通過鋼筋-螺旋箍筋-灌漿料-預制構件進行應力傳遞。紋管漿錨搭接是在生產預制構件時將波紋管提前預埋，待混凝土達到一定強度后，即波紋管與預制構件牢固連接后，將受力鋼筋穿入波紋管，再進行灌漿，通過鋼筋-波紋管-灌漿料-預制構件進行應力傳遞。相比于傳統的灌漿套筒，不管是螺旋鋼筋還是不銹鋼波紋管，其成本都要降低很多，而且灌漿操作相對簡單，可機器灌漿也可人工灌漿，但因結構受力的局限性，通常只適用于房屋高度不大于12 m 或者層數不超過3 層的裝配整體式框架結構的預制柱縱向鋼筋連接。

3 鋼筋套筒灌漿連接技術存在的問題

鋼筋套筒灌漿連接接頭由灌漿套筒、鋼筋及灌漿料三種材料組成，鋼筋和灌漿料的質量是影響灌漿套筒接頭質量的兩大重要因素[5]，在保證其質量的前提下，嚴卡灌漿飽滿密實關，輔之以必要的檢測手段來保證灌漿套筒接頭質量。

1）灌漿料質量不達標

灌漿料是以水泥為基礎材料，加入細骨料、膨脹劑、減水劑等摻合料而成的高強度灌漿材料，在鋼筋套筒連接中，通過灌漿料的硬化來把鋼筋和鋼筋、鋼筋和套筒連接成為整體，因此，灌漿料需要滿足一定的要求：一是具有較好的流動性，以保證漿料順利填充在鋼筋和套筒之間的空隙中；二是具有高強的握裹力，緊緊地錨固鋼筋，保證在套筒連接破壞之前，鋼筋不會產生拔出破壞；三是具有早強性，以保證結構安全并提高施工效率。

在施工過程中，攪拌不佳、時間過短或過長造成灌漿料不勻，澆筑時灌漿料漏失嚴重、灌漿料假凝、初凝、振搗不實以及養護不當，如早期缺水干燥，受凍等都會對灌漿料的質量造成影響。

2）連接鋼筋強度不足

套筒內上下兩段連接的鋼筋，上段在工廠預制構件時提前安裝，下段在現場安裝時插入預留套筒。由于鋼筋保護措施不到位或者沒有保護措施，導致現場澆筑作業時有部分砂漿濺到露出的下段鋼筋頭上，就像在鋼筋表面形成了一層砂漿涂層，但工程上常用的混凝土強度一般不超過C40，灌漿料的強度遠在其之上，相當于在高強灌漿料和鋼筋之間存在一個薄弱層，直接影響高強灌漿料對鋼筋的握裹力，造成其錨固強度不足。另外，由于現場施工的實際偏差，可能造成下段鋼筋與預留套筒位置的偏差，導致下段鋼筋無法插入套筒，在某些不規范施工操作中，會割斷下段鋼筋，直接影響套筒連接強度。

3）套筒進出漿行為不理想

套筒進出漿行為通暢是灌漿飽滿密實的前提之一，當存在以下情況時，可能導致套筒進出漿行為不理想。

異物堵塞導致出漿口不出漿。在構件生產和安裝的過程中，如果有雜物落入套筒，會造成套筒堵塞，在灌漿時，由于堵塞物的存在導致灌漿不順暢，出漿口不出漿。對于這種情況，常用的做法是對不出漿的套筒單獨灌漿。實際工程中，連通腔灌漿方式的應用更為普遍，當采用連通腔灌漿時，如果倉底有異物堵塞，單獨灌漿可能并不能解決問題，出漿口仍不出漿，工人常用的做法是從出漿口逆向灌漿，但倒灌效果并不佳，而且出漿口被封堵也影響后期整治。另外，在連通腔灌漿灌到某一分倉時，灌漿機料斗中的漿料已經用完，如果灌漿料拌制不及時，再次灌漿時，先灌的漿料已經存在凝固現象，也會導致出漿口不出漿。

4）灌漿不飽滿

前面提到的套筒進出漿行為通暢是保證灌漿飽滿度的重要前提，而有效的補漿處理是保證灌漿飽滿度的重要后盾。在對套筒灌漿飽滿度的檢測中，不難發現總有部分構件存在灌漿不飽滿的問題，在對灌漿工人進行嚴格培訓并且規范操作過程以后，問題仍然存在，剖析其原因，主要是灌漿后漿料回落造成的，雖然灌漿后在出漿口出漿后及時進行了封堵，這樣反而將內部存在但沒有及時排出來的空氣封堵在了套筒內。在灌漿完成后，內部存在的空氣逐漸上升，與之同時，灌漿料下落填充空出的位置，這樣原本看似飽滿的灌漿隨著空氣的排出而回落，造成套筒內灌漿不飽滿，而且灌漿速度越快，封堵在套筒內的氣體越多，灌漿料填充的空間越大，回落越多，灌漿越不飽滿。

4 結語

工程實踐很好地證明了裝配式建筑建設周期短、質量好、環保性強的優勢，不僅是戰時和疫情之下快速建造的最佳選擇，也是建筑業轉型升級的必由之路，必將帶來建筑工業化程度的進一步提升，鋼筋連接技術也必將進一步優化，大直徑、高強度鋼筋的應用，負溫或者低溫環境下灌漿料的研發，灌漿系統的開發以及檢測工具的優化都有待繼續研究。