裝配式混凝土建筑中鋼筋套筒連接技術分析

胡倪赟 ，孫焱焱 ，馮興悅 （宿遷學院建筑工程學院，江蘇 宿遷 223800）

0 前言

建筑業的環保、節能、低碳、減排等已經成為我國國民經濟增長方式轉變和國民經濟可持續發展的主要矛盾。裝配式混凝土建筑相比傳統現澆混凝土建筑具有產品質量好、生產效率高，環境污染小、能源消耗少，生產成本低、可持續發展強等優點[1]。2016年國務院發布《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》及《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，文件要求力爭用10年左右的時間，使得裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%，裝配式建筑近年來在全國范圍內迅速發展。裝配式構件的連接是裝配式混凝土建筑的關鍵技術，影響著裝配式混凝土建筑的整體性[2]。節點區域現澆混凝土和鋼筋連接是我國現行裝配式混凝土建筑構配件連接的主要方式，在工程實踐中，裝配式混凝土建筑構配件鋼筋連接主要采用套筒灌漿，同時也是《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ1-2014）推薦采用的主要鋼筋連接技術。本文主要介紹了裝配式混凝土建筑中套筒灌漿連接的傳力機制、施工工藝和技術特點，總結裝配式混凝土套筒灌漿連接技術存在的問題，為套筒灌漿技術今后的發展提供一些參考。

1 裝配式混凝土建筑概述

裝配式建筑是指在工廠或現場生產預制建筑部品和構配件，在現場采用機械化施工技術裝配而成的建筑物，其組織過程分為三個階段：結構設計、構配件制作及工業化裝配。從結構體系上裝配式建筑主要有裝配式框架結構、裝配式剪力墻結構和裝配式框架-剪力墻結構；從材料上裝配式建筑主要分為裝配式混凝土結構、裝配式鋼結構、裝配式竹木結構和裝配式砌塊結構，其中裝配式混凝土結構應用最廣泛。

2 套筒灌漿連接

裝配式混凝土連接按施工工藝上主要分為濕式連接和干式連接。濕式連接為區域現澆配合鋼筋連接，鋼筋連接主要分為套筒灌漿、漿錨搭接等；干式連接主要為預應力連接。對于混凝土框架結構，裝配式連接的位置主要在梁-柱、柱-柱、疊合梁等部位；對于剪力墻結構，裝配式連接的位置主要在剪力墻的底部、頂部，約束邊緣等部位。鋼筋套筒灌漿連接是在預制混凝土構件中預埋的金屬套筒中插入鋼筋并灌注水泥基灌漿料而實現的鋼筋連接方式。根據鋼筋與套筒接頭連接的形式，可分為全套筒灌漿和半套筒灌漿。全套筒灌漿接頭兩端的鋼筋均采用灌漿方式，且兩端鋼筋為帶肋鋼筋。框架結構梁柱節點處預制梁的縱向受力鋼筋連接通常采用全套筒灌漿連接。半套筒灌漿則是一端鋼筋采用套筒灌漿方式，另一端采用螺紋等方式（非灌漿連接），主要用于豎向構件連接節點。

2.1 套筒灌漿機理

套筒灌漿是梁端鋼筋接頭傳力的介質，相當于鋼結構連接中的連接板。水泥基灌漿料具有強度高、齡期短、微膨脹等特點，當它受到灌漿套筒的約束作用時，在灌漿料和灌漿套筒內側筒壁之間產生較大的正向壓應力，從而在鋼筋的帶肋粗糙表面產生較大的摩擦力，實現鋼筋應力的傳遞。鋼筋套筒灌漿連接接頭的力學性能主要取決于鋼筋、灌漿套筒、水泥基灌漿料三者材料性能以及連接鋼筋錨固長度、施工時的灌漿飽滿度。

全/半套筒灌漿圖

2.2 套筒灌漿施工工藝

套筒灌漿連接是確保受力構件連接可靠的重要因素，主要施工流程為：灌漿孔檢查→預制構件底部接縫四周封堵→灌漿料灌漿[3]。

①灌漿孔檢查

灌漿前，露出混凝土樓面連接鋼筋的長度偏差控制在0～10mm，中心位置偏差控制在0～2mm，保證鋼筋傾斜度，檢查灌漿孔和排漿孔是否暢通。

②接縫四周封堵

預制柱定位后，將預制構件接縫的四周用坐漿料進行密封；預制墻板構件則在吊裝前沿長度方向進行分倉，每個分倉長度控制在1.2m左右，坐漿料強度不低于墻體混凝土強度，確保灌漿連接倉能夠承受至少1MPa的壓力。

③灌漿料灌漿

采用壓降法進行灌漿作業，從套筒下方的灌漿孔處向套筒內壓力灌漿，待上方的排漿孔連續均勻流出灌漿料后，用專用的橡膠塞對灌漿孔、排漿孔進行封堵，封堵時灌漿泵持續保持壓力。灌漿之后，灌漿料試塊在同等條件下，強度達到35MPa后方可進入下一道工序。通常情況下構件和灌漿層在灌完漿24h不能有振動或碰撞，溫度較低時應采取措施加熱鋼筋套筒連接處。

2.3 套筒灌漿技術特點

灌漿套筒通常采用金屬鋼材料機械加工或碳素鋼而成，與傳統鐵鑄產品相比，性能可靠穩定。套筒內部溝槽設置肋紋，正反向傾斜，受力合理。高強水泥基灌漿料流動性大、操作簡單、早期性能好、終期強度高。套筒連接技術廣泛應用于裝配式混凝土建筑中。與此同時，套筒灌漿連接筒內灌漿料密實度缺乏有效檢測手段，且試驗研究表明套筒灌漿連接的韌性不足，易出現爆裂現象，質量難以保證。

近年來部分學者從三個方面提高鋼筋套筒連接的力學性能：

①文獻[4]以鋼筋直徑、錨固長度、套筒內徑和套筒壁厚等主要影響參數為因變量，進行灌漿套筒中鋼筋與灌漿料的黏結試驗，提出了基于響應面法的黏結強度計算表達式，同時運用ABAQUS有限元軟件對有環形凹槽的鋼套筒的受力性能進行數值模擬分析，結果表明對于HRB500級以下鋼筋的錨固長度取7d可滿足設計要求；

②文獻[5]在水泥基灌漿料中摻入聚乙烯醇纖維，通過不銹鋼鋼筋拉伸試驗，結果表明：摻入聚乙烯醇纖維的灌漿料流動度下降，抗壓強度變化不明顯，抗折強度增大，韌性增加；

③文獻[6]設計制作了4組不同強度的套筒灌漿料試件并進行表面里氏硬度和抗壓強度試驗，結果表明：套筒灌漿料標準試件表面里氏硬度較好地服從正態分布；兩次測試或對稱側面測試的結果具有重復性；通過擬定的數據處理方法，里氏硬度離散性顯著減小，灌漿料表面里氏硬度與其抗壓強度具有顯著相關性，其中采用指數回歸擬合綜合效果最好。對于現有的套筒灌漿連接技術研究，多為考慮套筒內部構造、鋼筋的錨固長度及直徑等參數，分析套筒灌漿連接的力學性能，且水泥基灌漿料脆性大、韌性低，拉拔過程中易產生爆裂。在灌漿料摻入聚乙烯醇等以提高其韌性，但同時灌漿料的流動性能下降。在保證套筒灌漿連接強度的同時，通過有效措施提高套筒灌漿連接的韌性和流動性，從而保證套筒灌漿連接的可靠性，是套筒灌漿連接研究的主要方向。

3 總結

在裝配式混凝土建筑中，鋼筋套筒灌漿連接是裝配式混凝土結構中鋼筋連接中最核心的技術，是裝配式混凝土結構等同現澆的重要保證。套筒的構造、灌漿材料性能、施工工藝等對套筒灌漿連接有重要影響。在國家大力發展裝配式混凝土建筑的背景下，如何保證套筒灌漿連接的可靠度是裝配式混凝土建筑研究應用的主要方向。