灌浆套筒施工技术在装配式公路桥梁工程中的应用研究.pdf

总655期2023年第25期（9月 上）0 引言近年来，装配式桥梁的优势进一步凸显，其工厂化、标准化、模块化的生产方式，极大提高了桥梁主体结构质量，缩短了建设工期，更是大幅降低了施工能耗，符合我国工程建设领域绿色节能的发展理念和要求。其中的装配式桥梁连接节点采用灌浆套筒施工技术，取得了良好的施工效果。作为装配式桥梁快速化拼装施工的关键，灌浆套筒施工技术在装配式公路桥梁工程中得到广泛应用，而灌浆套筒连接可靠性最关键的指标就是灌浆的密实度。本文选取山西省某装配式公路桥梁工程作为研究对象，对灌浆套筒施工技术进行了应用分析。1 装配式公路桥梁工程中灌浆套筒施工技术应用预制钢筋混凝土桥梁是指桥梁部分构件采用集中预制的方式，再统一运至工程现场进行拼装。这类桥梁具有施工周期短、对现场的干扰少以及施工质量可控的特点。由于桥梁预制构件的安装精度要求非常高，其钢筋原材均采用等离子切割方式进行下料和立柱，盖梁钢筋笼制作采用钢筋模块化精加工成型，定位体系布置要保证主要受力钢筋不变形，钢筋允许偏差值为2 mm，模板采用定型钢模，确保预制构件加工的外观尺寸、构件质量都应达到设计标准1。因此，采用灌浆套筒技术进行建设施工。1.1 灌浆套筒施工试件组装与单调拉伸山西某桥梁工程采用全装配式施工工艺，其上部结构采用简支钢-混凝土组合箱梁，下部结构采用双柱双拼大悬臂的盖梁形式，墩柱及盖梁均为预制混凝土结构；桥墩与承台、桥墩与盖梁间采用铺设高强无收缩砂浆垫层+灌浆套筒连接，灌浆连接套筒中使用高强无收缩水泥灌浆料填充，整座桥梁从墩柱到盖梁均采用灌浆套筒连接施工技术。通过对预制墩柱、盖梁底部灌浆套筒的预埋定位设计、灌浆引出管设计、出浆口设计及灌浆施工，确保连接质量及套筒灌浆饱满度，保证了桥梁整体的稳定性。设定直径为14 mm与15 mm的钢筋连接总长度为 10 d，灌浆套筒上端选用螺旋纹路，下端通过灌浆材料与套筒相连，试件的尺寸如表1所示。表1 试件尺寸试件内容灌浆套筒的长度L灌浆套筒钢筋连接试件两端之间的测试距离Ln钢筋直径d/mm尺寸实际值L+6D14、15按照施工标准要求，检查钢筋丝头螺纹直径后使用台钳夹住套筒，另一端使用长扳手夹住钢筋将螺纹旋进套筒的接头内，检查拧紧后完成旋入操作。根据设定好的灌浆料配置比进行搅拌调和，一般使用机械灌浆装置或灌浆枪进行灌浆，其中灌浆连接如图 1所示。灌浆料抗压强度测定采用35 mm35 mm162 mm规格浇筑，钢筋试件及灌浆套筒钢筋连接选用HSB510型号钢筋。为保证灌浆套筒钢筋强度与单向拉伸中的强度保持相同，需要将5 m长的钢筋截断，分成5等份的钢筋条，选择一半的钢筋进行单向拉伸，剩下一部分的钢筋作为半灌浆套筒连接钢筋使用。采用的系列套筒、钢筋材料及其加工材料都应符合行业标准。收稿日期：2022-12-10作者简介：刘强（1982），男，山西临汾人，工程师，研究方向为道路与桥梁工程。灌浆套筒施工技术在装配式公路桥梁工程中的应用研究刘强（山西路桥第二工程有限公司，山西 太原 041000）摘要：研究一种灌浆套筒施工技术，以确保套筒的安装精度和灌浆饱满度，提高桥梁连接节点的安全性和可靠性。通过组装试件对灌浆套筒钢筋连接试件循环使用并加载，根据公式运算得到应力-应变的关系数据，再利用模具定型钢筋与套筒的准确位置，保证了预埋结构的完整性。测试结果表明，灌浆套筒连接的试件刚度退化现象维持较好，桥梁的抗剪能力得到大幅优化。关键词：装配式工程；预制墩柱；灌浆套筒；施工技术中图分类号：U445文献标识码：A138交通世界TRANSPOWORLD为简化操作流程，实现对灌浆直螺纹套筒的有效对中，要将已经连接好螺纹端的套筒竖直绑定在栏杆上，然后从上部直接倒入灌浆料，最后插入钢筋并进行对中处理。灌浆结束待灌浆料凝固后，再取下束带并将试件进行恒温养护，以保证灌浆料达到标准强度。单调拉伸灌浆套筒钢筋连接试件，将试件编号为TR-7，TR为灌浆套筒钢筋连接试件的单调拉伸加载方式，要设定好各种直径的钢筋编号。对灌浆套筒钢筋连接试件使用拉压循环加载方式进行加载。在钢筋的单调拉伸时，引伸计测量钢筋变形数值要控制在3%以内，并及时根据拉伸程度绘制钢筋的应力-应变曲线2。在灌浆套筒钢筋连接试件的单向拉伸和循环加载试验中，由于灌浆套筒钢筋连接试件组合材料不同，测得试件的荷载-伸长关系曲线也会随之变化，等效应力变化公式为：=PA（1）式（1）中：P为荷载；A为灌浆套筒钢筋连接试件中钢筋的面积。等效应变的变化公式为：=LL（2）式（2）中：L为灌浆套筒钢筋连接试件的伸长量；L为灌浆套筒钢筋连接试件的总长。根据公式计算得到应力-应变关系数据。1.2 模具制作与测点布置在配合灌浆料过程中，如果一次性搅拌时间过长会导致灌浆料放置时间随之变长，灌浆料搅拌后不可以再进行配比，会影响灌浆料的流动性能。设计同一批灌浆料按照预定配比进行充分搅拌，静置一定时间再次搅拌后进行灌浆作业3。其中，静置时间可设置为10 min、15 min和 20 min。配备的装置器材有应变片、引伸计、搅拌机、模具以及打磨机等。施工中要确保钢筋能竖直插入套筒内，不能晃动，要制作偏置钢筋试件、弯折钢筋试件、标准试件和流动性试件，通过模具定型后将套筒绑在支撑物上，插入材料的部分通过准确定位以确定钢筋与套筒的合理位置，最后再对钢筋进行收尾处理。采用 WAW-1000B微机电液伺服万能机作为加载设备，使上、下夹头分别夹住灌浆套筒钢筋两端直至套筒垂直固定。在测量中要将引伸计挂钩卡在接头钢筋处，另一端用扎带进行绑扎，要求力臂与标距杆之间保留0.3 mm的距离4。通过改变应变片的数值得到在钢筋和套筒上的传递效果，弯折钢筋应变片布设位置如图2所示。单位：Pa图2 弯折钢筋应变片布置图中13号为钢筋锚固段应变片位置，47号为钢筋弯折段应变片位置。调整设备开始计时，速度设定为 30 kN/min，需要根据材料的变化程度进行记录。加载速度定为15 mm/min，在试件承受不住时即停止操作，并导出数据采集仪中记录的所有时间点的位移和拉力数据。钢筋与灌浆料，套筒与灌浆料之间的黏结应力主要靠机械咬合力，先用设备将钢筋的横肋夹住，保持钢筋的位置平行，并在纵肋的顶部使用打磨机根据既定角度进行打磨，沿着纵肋打磨出要求的尺寸与大小，保证打磨面光滑平整。在套筒的灌浆口和出浆口的对侧打磨一条宽5 mm的直线，将套筒进行翻转后再沿着实际尺寸进行打磨。粘贴应变片时需要用酒精在钢筋打磨处进行消毒，贴片完成后用手按压几分钟以保证粘贴牢固并没有起泡。在应变片上方滴入配比适量的AB胶，待胶水凝固后测量应变片的电阻，数值约为125。在注浆过程中要求灌浆套筒旋转运行，通过胶管连接灌浆口和注浆筒完成注浆。浆料涌出后用橡胶塞堵住出浆口，继续注浆直至套筒上方流出浆料；若上方灌浆料未出现沉降，应拔出胶管并立即用橡胶塞堵住灌浆口5。1.3 装配式公路桥梁预制墩柱施工墩柱底部套筒的固定采用与墩柱底模直接连接的形式，这样既可以定位套筒又可作为墩柱模具底模，要求与墩柱钢筋笼整体吊装合模。预制立柱通过预埋钢筋与灌浆套筒注浆墩柱相连，预埋钢筋位置和两者之间的距离应与预制墩柱预留灌浆套筒位置相对应。安装套筒时，应将套筒底部套入密封柱塞，并使套筒端面贴紧墩柱底膜，用活动扳手拧紧尾部底膜外侧螺母，使橡胶柱塞在螺栓的拉力作用下向外膨胀与套筒图1 灌浆连接示意图排浆口灌浆口钢筋套筒接头灌浆材料钢筋139总655期2023年第25期（9月 上）内壁贴合压紧，保证套筒安装牢固且位置准确。安装预埋段钢筋时，应将套筒密封环套入钢筋插入套筒直至套筒中部的定位肋处。为保证套筒内部空腔的严密性，要求套筒内部干净无杂质并加涂密封胶进行空隙封堵。安装钢筋定位时，要通过测量放线确定预埋钢筋平面位置和高程，四角位置绑扎钢筋，固定后测量胎架标高，应与围护设施进行绑定以保证预埋结构的整体性和稳定性。桥梁墩柱预制施工完成后，再根据浆料指标完成注浆，其技术指标如表3所示。表3 高强无收缩水泥浆体材料技术指标项目抗压强度/MPa流动度/min膨胀程度（%）Cl-含量泌水率（%）技术指标363500.030.050.040由于预制墩柱体积大且质量相应增加，因此在施工现场吊装时，需要翻转支座辅助吊装作业。同时，注浆施工时要注意气温的变化情况，如果气温突然下降，要对注浆材料采取保温措施，使温度控制在510。灌浆施工过程中，设置的L形弯管应高于套筒顶部出浆口顶面，留有封堵底部注浆孔的作业时间，通过弯管内的浆液回流，依靠浆液的微重力回灌，确保套筒的灌浆饱满度。2 应用与分析2.1 单墩柱试件刚度测试由于裂缝发展及接缝面张开等因素的影响，会导致构件的刚度逐渐降低，可以通过初始刚度分析试件刚度退化现象。计算每一位移幅下的刚度，根据观察构件随加载位移幅增加的刚度退化现象绘制出刚度退化曲线，具体结果如图3所示。图3 单墩柱试件刚度退化曲线由图3可知，带有灌浆套筒连接的试件刚度退化现象维持良好，初始刚度始终比传统技术高，在加载位移幅为60 mm时，其初始刚度仍能保持在0.6 N/m以上，说明应用灌浆套筒技术的试件抑制了接缝面转角的张开幅度，使接缝面处的受力特征不明显，可以有效减少钢体转动变形程度。2.2 桥梁伸缩装置受应力测试因为装配式桥梁伸缩装置需要直接承受车辆荷载作用，受到的正应力会对底板厚度变化产生较大影响，增大底板厚度可以增加装置的抗弯能力。测试对象选择80 kN静轴载分别作用在不同厚度的装配式桥梁伸缩装置上进行受力计算，得到结果如表4所示。表4 测点随厚度变化的应力值厚度/mm56789底板应力值/MPa25.1225.1425.1625.1825.19底板孔应力值/MPa35.2135.2135.2235.2235.23侧板应力值/MPa-15.2-12.5-10.62-8.84-6.58由实验结果可知，随着底板厚度的增加，其底板和底板孔的应力值结果出入不大，而侧板的应力值则下降明显，说明通过提升侧板的厚度，可以增强装配式桥梁伸缩装置的抗剪能力。3 结束语本文结合装配式公路桥梁工程，从灌浆套筒的预埋安装、套筒灌浆、引出管设计以及灌浆施工操作等方面探讨了灌浆套筒施工技术的具体应用。通过在装配式公路桥梁工程中采用的全灌浆套筒连接技术，确保了桥梁墩柱灌浆套筒的定位安装精度及灌浆饱满度，保证了装配式桥梁节点的施工质量，可为同类工程提供参考。参考文献：1 吴顺.基于灌浆套筒式的装配式钢筋混凝土桥墩施工技术及应用研究J.公路工程，2020，45（3）：134-138.2 史喜亭，曹峰，班浩，等.装配式混凝土结构套筒灌浆冬期施工技术应用研究J.建筑技术，2020，51（8）：1001-1004.3 姜凡，刘文晓，李淼.基于灌浆套筒连接装配式混凝土柱抗震性能研究J.混凝土，2020（11）：121-124，128.4 周冲，苏衍江，薛守斌，等.套筒灌浆连接质量控制与检测技术应用研究J.施工技术，2020，49（5）：12-16.5 刘超，卢博杰，张良，等.新式组合套筒在墩柱施工中的应用J.公路，2022，67（2）：122-124.140