高层钢筋混凝土框架结构预制柱灌浆施工质量研究
时间：2023-06-01 20:55:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李 沙，何 俊，易 毅，杨国顺（中建一局集团华北建设有限公司，上海 201100）
2018 年全国建筑全过程碳排放总量为 49.3 亿 t CO2，建筑领域占全国能源碳排放总量的比重为 51.2%[1]，建筑领域作为碳排放的主要源头之一，随着 2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和目标的提出，装配式建筑的意义更加突显。装配式建筑采用模块化、工厂化的预制构件，在建材生产阶段和现场施工阶段能有效节约能耗，减少粉尘、噪音、建筑垃圾及废弃物的排放。2020 年，京津冀、长三角、珠三角等重点推进我域新开工装配式建筑占全国的比例为54.6%，其中，上海市新开工装配式建筑占新建建筑的比例高达 91.7%[2]。目前，高层钢筋混凝土框架结构是装配式建筑应用得较多的形式，预制柱作为主要承重构件其套筒灌浆连接质量重中之重，本文结合施工现场对预制柱套筒灌浆质量问题进行研究，以期为提高预制柱灌浆质量提供一定的经验和借鉴。
钢筋套筒灌浆连接技术自 20 世纪 70 年代由美国工程师发明以来，已广泛应用于装配式混凝土结构中剪力墙、柱等纵向受力钢筋的连接。钢筋套筒灌浆连接材料主要包含钢筋、套筒、灌浆料三大部分。钢筋应符合现行规范要求的热轧带肋钢筋，直径不宜＜12 mm 且不宜 ＞40 mm；
套筒应符合 JG/T 398—2019《钢筋连接用灌浆套筒》，套筒材质一般为球墨铸铁、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢和合金结构钢；
灌浆料为水泥中加入一定比例的细骨料和外加剂，加水搅拌后使用的粉末状物体，使用前应进行抗压强度、竖向膨胀率和拌合物工作性能试验[3]，其性能应符合JG/T 408—2019《钢筋连接用套筒灌浆料》 。
钢筋套筒灌浆按照套筒与钢筋连接方式可分为全钢筋套筒灌浆连接和半钢筋套筒灌浆连接两种。套筒两端与钢筋连接均采用灌浆料的方式为全钢筋套筒灌浆连接；
套筒两端与钢筋分别采用机械连接和灌浆料连接的形式为半钢筋套筒灌浆连接。钢筋套筒内设有灌浆孔、出浆孔、钢筋限位挡板和剪力键，灌浆孔、出浆孔有利于钢筋、灌浆料、套筒三者充分粘合；
钢筋限位挡板控制钢筋长度；
剪力键增强灌浆料与套筒的机械咬合力。
钢筋套筒灌浆连接的主要原理是钢筋与套筒之间通过注入灌浆料进行续接，当灌浆料受到套筒约束时，钢筋通过灌浆料与套筒内壁产生的正向应力在灌浆料和带肋钢筋结合面上产生摩擦力，从而将轴向应力传递给钢筋[4]。当钢筋受到拉力时，拉力由钢筋和灌浆料结合面处的粘结作用传递给灌浆料，同理，拉力由灌浆料和套筒结合面处的粘结作用传递给套筒。同时，套筒外混凝土对灌浆料、套筒对灌浆料均会产生侧向约束力，侧向约束力能提高钢筋和灌浆料结合面、灌浆料和套筒内壁结合面的粘结作用，保证钢筋通过套筒灌浆连接可以有效传递力[5]，从而形成预制结构完整明确的传力路径。
预制柱作为高层钢筋混凝土框架结构的主要竖向承重构件，预制柱灌浆质量直接影响着建筑物的安全性。但由于灌浆施工的复杂性、施工操作不严谨、现场环境限制、灌浆工艺不太完善等各方面因素影响，在灌浆的过程中，会造成诸多的灌浆缺陷，进而影响灌浆质量。通过对施工现场预制柱灌浆进行实地调查和研究，发现在实际施工中主要存在以下问题。
2.1 灌浆孔道堵塞
灌浆孔道堵塞导致出浆孔未出浆是在灌浆过程中最直观也是最严重和最麻烦的质量问题，出浆孔未出浆意味着套筒内未密实，而且由于灌浆属于隐蔽工程，并不能直接观测到套筒内实际情况，给质量埋下重大隐患。如果不加以质量控制，在施工中一根柱子一般会出现 1～3 个孔未出浆，根据现场实测，灌浆孔道堵塞的质量问题占到 40% 以上。
2.2 连接钢筋损坏
预制柱连接钢筋裸露在空气中，在浇筑、拆模、运输、吊运和安装过程中缺乏保护措施，不可避免会因碰撞产生钢筋倾斜、弯折，最严重的是发生偏位导致产生不可逆的偏差使得连接钢筋无法插入套筒，此时需要强行弯折甚至部分项目直接割掉该钢筋，而且钢筋非垂直受力对预制柱受力产生危害，对结构不利。
2.3 座浆料及封边强度不足、不密实、裂缝
座浆料及封边是灌浆成功的关键之一，座浆料及封边不密实或者工地抢工使得其强度不足，在灌浆过程中极易产生爆浆，不但使得灌浆失败，还浪费大量灌浆料和座浆料，耽误工期。同时，内部灌浆压力过大、封堵后受到扰动也。会使封边出现裂缝，导致爆浆。
2.4 柱底标高误差
吊装预制柱时，应对柱底标高进行控制，柱底标高将影响座浆料厚度和连通腔接缝高度，接缝高度过大或过小都会影响封边和灌浆效果。柱底标高误差过大将影响梁柱节点处模板只设，同时，还将影响封堵材料与套筒的距离，若距套筒太近，容易堵塞套筒底部，从而导致灌浆料无法顺利从套筒底部流入。
2.5 基层未清理
预制柱吊装前基层应清理，虽然基层清理很简单，但在施工现场未清理的现象却屡见不鲜。基层未清理危害众多，垃圾不仅影响灌浆料成型质量，严重时会堵塞灌浆孔道造成严重质量事故，同时对柱底标高和柱身垂直度也有一定的不利影响。
2.6 灌浆料质量问题
灌浆料配合比是灌浆料有足够的流动度、强度、与钢筋和套筒粘结作用的重要保证，在施工过程中，为了图方便，很多工人完全凭经验而未按配合比要求进行加水和灌浆料。由于缺乏相关的检测手段，一旦灌浆完成，其质量难以检测。因为工期延误、灌浆料进场数量过多等原因导致灌浆料过期，部分项目为了节约成本会出现使用过期灌浆料的现象。
2.7 其他
预制柱灌浆施工是一个复杂的过程，受到人员、材料、机械、施工工艺、环境等各方面的影响，除了上述问题外，操作人员不熟练、灌浆机具运转不正常、施工准备不充分、气候条件不允许、管理人员监管不到位等也会影响预制柱灌浆质量。
随着装配式建筑的普及推广，灌浆质量的重要性决定了我们需要不断追求和改进灌浆施工工艺，根据实际施工现场存在的问题，提出切实可行的改进措施，提高灌浆质量为建筑物的安全可靠提供保障。
3.1 加强生产管理，确保灌浆孔道通畅
灌浆孔道堵塞绝大多数与预制柱生产阶段有关。在生产过程中，选择强度、刚度较好的材料做管道，强度不足则在预制柱浇筑时易使管道变形，刚度不足则管道在预制柱内不易弯曲；
管道要绑扎牢靠，防止混凝土浇筑时掉落弯折不畅通、被压坏，这种情况时有发生。预制柱出厂前必须对每个灌浆孔编号百分百检查，检查合格后在预制柱身加盖合格章和质检员签名章，并对每个灌浆孔、出浆孔使用胶条进行临时封堵，待预制柱安装到位后、灌浆前方可取下。经过实践证明，该措施能有效减少灌浆孔道堵塞，确保灌浆孔道通畅。
3.2 强化材料管理，确保灌浆物资有效可靠
灌浆料作为灌浆施工中的主要材料，在节能、节料、造价、环境、施工质量等方面意义重大。灌浆料种类的选定、材料的进场计划、灌浆时的配合比都必须严格管理，配合比需按照说明设要求配制，灌浆前需做流动度试验，流动度合格后方可灌浆。座浆封堵材料亦是施工中的重要一环，座浆封堵材料水灰比及稠度应符合材料使用说明要求，避免太稀封堵时下坠，导致堵缝质量不密实，出现收缩开裂等问题。对于有抢工需求的项目，需采用凝结时间短、强度高的座浆封堵材料，否则封堵时间短强度未达到要求灌浆时易爆浆。
3.3 严控施工流程，确保灌浆合格有序实施
预制柱灌浆施工流程为灌浆材料、机具准备→按照配合比称量材料→搅拌静置→浆料检测→灌浆孔检查、畅通、湿润→灌浆孔灌浆→出浆孔封堵→灌浆孔封堵→清洗灌浆机具→灌浆完成。严格控制每一步施工流程，遵守相应的操作规程，不可凭个人经验和主观意愿随意施工，按照施工方案对每个流程规范操作，减少人为因素影响，使施工流程合格有序进行。
3.4 预备补灌器具，确保灌浆饱满密实
对于灌浆未饱满密实、灌浆料液面下降的预制柱套筒，应及时补灌，为预防该情况发生，施工现场需预备补灌器具。进行注射补灌时，出浆孔内径与注射器外接细管外径之差应 ≥4 mm，注射器内灌浆料液面最低位置应高于出浆孔孔道顶端位置。补灌时向注射器内倒入灌浆料，将注射器细管放入需补灌的套筒内，缓慢推动注射器活塞注浆直至出浆孔灌浆料流出，拔出注射器时仍需注射灌浆料，注射器拔出后及时封堵出浆孔。
3.5 增加灌浆质量检测，确保灌浆成型质量满足要求
灌浆质量好坏需进行检测后方可确认，灌浆质量检测方法分为有损和无损两大类，由于有损检测破坏了预制柱而预制柱是框架结构的竖向承重构件，一般采用研究较充分、效果较好、使用较方便的四种无损或微损的检测方法，分别为预埋传感器法、X 射线数字成像法、预埋钢丝拉拔法、钻孔内窥镜法（微损）。四种方法均纳入 T/CECS 683—2020《装配式混凝土结构套筒灌浆质量检测技术规程》。
3.6 提高人员技能和质量意识，确保灌浆施工高质量
灌浆施工的各流程都由人来实施，个体差异将导致施工过程质量参差不齐，因此，有必要对生产厂家人员、灌浆操作人员、项目管理人员进行培训、交底、考试。通过培训，工人的生产、施工质量意识得到明显提高，管理人员监管情况得到明显改善，高质量灌浆施工得到有效保证。
在碳达峰、碳中和的背景下，建筑领域坚持可持续发展理念，降低碳排放。装配式建筑采用工厂预制、现场拼装的方式减少现场混凝土浇筑，实现节能减排，对双碳目标的实现具有重要意义。高层钢筋混凝土框架结构作为装配式建筑运用较多的形式将得到广泛应用，预制柱作为该结构的主要竖向承重构件，其灌浆施工质量必须得到保证，因此，研究预制柱灌浆质量对现场施工具有重要指导意义。通过项目实践，在对施工现场出现的预制柱灌浆质量问题的统计和分析的基础上，从生产管理、材料管理、施工流程、补灌、灌浆质量检测、人员管理六个方面改进和控制，优化施工工艺，有效提高预制柱灌浆质量并取得优异的成效，建筑安全得到进一步保障。
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