裝配式剪力墻結構豎向鋼筋套筒灌漿連接氣壓式補漿技術研究

彭艷,高海泉

(1.安徽工業經濟職業技術學院地質與建筑工程學院,安徽 合肥 230051; 2.中建四局土木工程有限公司,廣東 深圳 518052 )

裝配式建筑因其施工速度快、節能環保的優點在建筑工程中得到廣泛應用。裝配式剪力墻結構通過上下兩層預制剪力墻中的豎向鋼筋和水平接縫連接成整體,其中由豎向鋼筋承受水平方向的剪力和彎矩荷載,因此豎向鋼筋的連接質量對裝配式剪力墻結構的受力和抗震性能起到關鍵性的作用。

目前,在裝配式結構工程中豎向鋼筋套筒灌漿連接技術是鋼筋連接的主要技術之一,已發展成為一項成熟的技術。周沖等[1]、安賀舜等[2]、韓錦建[3]和張立等[4]通過對豎向鋼筋套筒灌漿連接技術的研究及工程應用,詳細介紹了預制剪力墻結構豎向鋼筋套筒灌漿連接施工工藝、施工技術要點、施工質量控制點等。但由于套筒灌漿鋼筋連接的質量受預制構件、灌漿材料、灌漿機械、工人操作水平等多種因素影響,施工中常出現套筒內灌漿不飽滿現象,導致密實度缺陷,甚至出現套筒空腔,影響裝配式剪力墻結構的受力性能。

1 鋼筋套筒灌漿連接技術

裝配式剪力墻結構在施工過程中,預制剪力墻的豎向鋼筋常采用套筒灌漿連接[5]。鋼筋套筒灌漿連接原理為:預制剪力墻片中的豎向帶肋鋼筋與下層剪力墻頂預留的鋼筋通過套筒連接,使用灌漿機械向套筒內灌漿,使灌漿料充滿鋼筋與套筒之間的間隙,待灌漿料硬化并具有結構強度后,通過與鋼筋和套筒的咬合作用形成受力整體。因此,套筒灌漿的質量決定工程的質量。

2 傳統套筒灌漿施工技術

2.1 傳統灌漿技術施工工藝流程

傳統套筒灌漿施工工藝流程:施工中使用灌漿機械通過灌漿孔進行灌漿,當灌漿料從出漿孔均勻流出時,用堵孔塞依次進行封堵,直至最后一個灌漿孔,然后拔掉灌漿嘴,立即用堵孔塞封堵灌漿孔,灌漿完畢,進入養護階段。

2.2 傳統灌漿技術存在的問題

應用傳統套筒灌漿施工方法時,在灌漿料制備過程中由于工人的操作水平有差異,灌漿料內部可能殘留一定數量的微小氣泡,灌漿結束后,微小氣泡仍有殘留或慢慢溢出,同時在拔掉灌漿嘴的瞬間會引發漿液回流,以上現象均會導致灌漿不密實,嚴重時會導致灌漿套筒內形成空腔,影響結構的安全性能,引發嚴重質量事故。因此,需要采用合適的補漿方法以提高灌漿質量,保證工程結構安全,避免出現質量隱患。

3 微重力補漿原理

針對傳統灌漿技術存在的質量問題,多位學者探討并提出解決方案。郭正興等[6]提出一種微重力流補漿觀察管結構(如圖1所示),灌漿直到出漿孔的液面高于出漿孔進入補漿觀察管內時結束灌漿,封堵灌漿孔,利用補漿觀察管內的高差勢能進行微重力自動補漿。在此理論基礎上,李胡兵等[7]提出一種灌漿飽滿度定量控制結構,蔡獎權等[8]提出一種套筒灌漿飽滿度檢測器,張天明等[9]提出高位補漿技術。以上理論和研究表明利用微重力補漿施工方法能在一定程度上提高套筒灌漿的密實度,但套筒分離剖面顯示,仍有不密實及空鼓現象出現。主要原因為灌漿料拌和物是一種黏稠狀流體,具有一定的黏滯性,在微重力作用下自由流動性差,微重力補漿效果有限。

圖1 微重力流補漿觀察管結構

4 氣壓式補漿技術

4.1 氣壓式補漿技術原理

施工中通過上述灌漿料自身重力進行補漿,灌漿料自重產生的補漿壓力值范圍有限。以灌漿料漏斗距離補漿孔垂直高度h等于2 m為例,灌漿料重度γ約為20 kN/m3,產生的補漿壓力p=γh=40 kPa=0.04 MPa,自重形成的補漿壓力較小,補漿時間長,不能有效排除漿料中的微小氣泡。另外,施工中觀察補漿漏斗內液面下降至穩定這項工作繁雜費時。

基于此,為進一步提高套筒灌漿的密實度,本文研究一種氣壓式補漿新技術(如圖2、圖3所示),在氣壓式補漿技術中通過補漿裝置中的加壓氣囊對補漿漏斗(密封)進行加壓,能有效便捷調節補漿壓力值p。補漿漏斗內的灌漿料拌和物在壓力p的作用下進行壓力補漿,通過觀察壓力表數值變化即可判斷補漿效果,當壓力表數值穩壓不變時,表明連通腔及灌漿套筒內的所有空隙均填充密實,套筒灌漿飽滿,補漿工作結束。同時,該方法能有效排除灌漿料拌和物內殘留的微小氣泡,保證灌漿密實、飽滿,操作過程直觀、高效。

圖2 氣壓式補漿原理圖

圖3 氣壓式補漿結構圖

4.2 氣壓式補漿施工工藝流程

氣壓式補漿施工工藝通過增設安裝氣壓式補漿管、氣壓式補漿、拆除氣壓式補漿管、封堵補漿孔施工環節改進了傳統套筒灌漿施工工藝,氣壓式補漿施工工藝流程(如圖4所示)?！朵摻钐淄补酀{連接應用技術規程》(JGJ 355—2015)[10]第 6.3.5 條規定:豎向構件宜采用連通腔灌漿,連通灌漿區域應形成密閉空腔,不應漏漿。灌漿時選擇灌漿倉段的某一中部溢漿孔作為補漿孔,待補漿孔均勻溢出漿料時,將補漿軟管端部的接頭管插入補漿孔,此時,接頭管上的控制閥處于關閉狀態。在溢漿孔全部封堵后,拔掉灌漿嘴,立即封堵灌漿孔。然后打開接頭管上的控制閥,通過加壓氣囊對補漿漏斗進行加壓,補漿漏斗內的灌漿料拌和物在壓力p的作用下進行自動補漿。補漿時間控制在3～5 min,壓力表數值達到穩定時關閉控制閥,拔掉接頭管,立即封堵補漿孔,補漿結束,進入養護階段。

圖4 氣壓式補漿工藝流程

4.3 氣壓式補漿技術施工控制要點

1)倉內清理

分倉前,應采用清掃工具清掃倉內混凝土支撐面,清理雜物垃圾,必要時可采用鋼絲刷清理,確保倉內清潔,無松動石子或水泥浮漿。

2)分倉

分倉在預制墻板吊裝前進行,分倉長度應根據場地實際條件通過樣板灌漿試驗確定,倉段長度不超過1.0 m。

在預制剪力墻吊裝前,將分倉材料固定在墻下混凝土基層上,分倉材料與灌漿套筒孔口應保持一定距離,凈距不宜小于40 mm;分倉材料可選用導熱系數低、憎水的彈性材料,聚苯乙烯泡沫條、封縫料或其他早強、黏聚性好的水泥基拌和物均可。填寫分倉記錄,記錄分倉時間,并在預制構件相應位置做出分倉標識,以便于專業灌漿班組后續灌漿施工。

3)吊裝

吊裝班組應聽從信號指揮,按吊裝順序和預制構件編號進行吊裝,預制構件準確就位后,測量垂直度,固定斜撐,最后摘除吊鉤。

4)封倉

預制剪力墻吊裝完畢后進行封倉,封倉材料應具備微膨脹、早強、和易性好的性能特點,封倉前應放置內襯,以防止封倉料進入墻下擠占倉內空間、減小灌漿料與混凝土面的接觸面積,可選擇具有一定彈性的軟管、PVC管等作為內襯,并及時抽出。

封倉應堅固封閉、不漏漿,封倉料表面應按壓平整,在墻面與樓板面間做成45°倒角。封倉完成后應及時進行不少于24 h的養護,灌漿時封倉料應能抵抗灌漿壓力。

5)灌漿

灌漿工人應經崗前培訓,持證上崗,方可進行灌漿作業,班組成員固定。灌漿料制備時應嚴格按照說明書要求進行操作,均勻攪拌、靜置后使用。

將灌漿嘴插入灌漿孔,灌漿過程控制壓力為0.2～0.4 MPa,待灌漿料從溢漿孔均勻流出后,用堵孔塞依次封堵溢漿孔,直至封堵全部溢漿孔。

6)氣壓式補漿

補漿施工前,檢查補漿漏斗、補漿軟管、控制閥、接頭管的氣密性、水密性,確認壓力表運行正常后,方可投入使用。檢查完畢后,向補漿漏斗內注入約500 mL的灌漿料拌和物,同時打開控制閥,排除補漿管內的空氣,關閉控制閥,將補漿管放置在補漿孔附近待用。

灌漿時選擇灌漿倉段的某一中部溢漿孔作為補漿孔,待補漿孔均勻流出漿料時,將補漿軟管端部的接頭管插入補漿孔。加壓數值根據現場施工條件和倉段長度進行試驗后確定,壓力值宜為0.06～0.10 MPa,補漿漏斗內的灌漿料拌和物在壓力p的作用下進行自動補漿,補漿時間3～5 min,觀察壓力表數值變化,壓力變化平穩,補漿正常,壓力表中數值不再變化時補漿結束,關閉控制閥,拔掉接頭管,封堵補漿孔;若壓力值變化突然異常,即可判斷為堵孔塞脫落或連通腔破損漏漿,連通腔內的灌漿料已大量流出。若堵孔塞脫落,可重新進行堵孔,立即進行二次灌漿;若連通腔破損漏漿,應停止補漿,隨即采用高壓水槍清理破損倉段內的灌漿料,修補封倉后重新灌漿。

5 結語

通過對裝配式剪力墻結構鋼筋套筒灌漿連接氣壓式補漿技術的應用研究,發現應用氣壓式補漿技術與傳統套筒灌漿技術及微重力補漿施工技術相比,具有以下優勢:

1)能及時發現連通腔破損或堵孔塞脫落等引起的漏漿現象,避免傳統方法中因漿液回流引起的套筒空腔,顯著提高套筒灌漿料拌和物的密實度和飽滿度,提升灌漿質量,保證裝配式建筑的結構安全。

2)在現有補漿方法中,觀察漏斗中漿料液面的下降量工作繁雜,氣壓式補漿只需通過觀察壓力表數值變化即可判斷補漿效果,該方法操作過程簡單、直觀、高效。

3)應用氣壓式補漿技術,通過調節壓力值范圍進行補漿,能縮短補漿時間,有利于補漿裝置中多余的漿料及時回收利用。

綜合比較,氣壓式補漿技術可為現有裝配式結構鋼筋套筒連接施工實踐提供借鑒,針對不同構件如何量化補漿的時間和壓力將是下一步研究的重點。