套筒灌浆饱满度监测技术研究与应用分析

杨旭辉，杨春白雪

（1.北京市住房和城乡建设委员会，北京 101107；2.北京建筑大学，北京 100044）

0 引言

装配式混凝土建筑预制构件之间的连接主要通过钢筋套筒灌浆连接技术实现，灌浆质量是此种连接施工的决定性因素，关系到建筑主体结构的安全性，国家及各省市出台了多种标准加以规范，如：“灌浆质量的好坏对结构的整体性影响非常大，应采取措施保证孔道的灌浆密实”［1］；“灌浆质量是钢筋套筒灌浆连接施工的决定性因素，灌浆应密实饱满，所有出浆孔均应出浆”［2］；部分省市还编制了相关从业人员职业技能培训考核教材［3］。但是，在套筒灌浆施工过程中，或由于工人技术不熟练、操作不当、责任心不强，由于质量监管不到位，可能会出现灌浆不饱满的情况，严重影响灌浆质量，进而影响装配式建筑结构安全。2018年，南京发生了“空套筒”事件，一定程度上影响到全国装配式建筑的健康发展。套筒灌浆质量已成为业内关注的焦点，其饱满度检测方法也一直是各方亟待研究解决的重点和难点。目前，常见的检测方法主要有预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法、X 射线成像法及后成孔内窥镜法等，实际应用中或因准确度不高或因成本过高或因操作不便，均没有得到广泛使用，且这些方法多侧重于灌浆料凝固后的检测，即便发现了不饱满，也难以补救处理。

本文研究一种旨在加强灌浆施工过程中质量控制的新技术——套筒灌浆饱满度监测器（以下简称“监测器”），并以北京城市副中心职工周转房项目实际应用为例，详细分析该监测器的功能特点，为套筒灌浆施工质量控制提供参考。

1 监测器的设计原理

套筒在墙（柱）内，从外到里为多层介质交替：混凝土墙体-套筒-砂浆-钢筋，加之灌浆料在径向厚度很薄，现有的工程无损检测技术难以对其进行有效检测，致使无法判断套筒内部浆料是否饱满（见图 1），给建筑结构安全埋下隐患。

基于此，利用物理学中的连通器原理研发了监测器：由透明塑料制成，呈“L”型，横支为连接端，插入出浆口；竖支为监测端，内置弹簧和观测杆（见图 2）。灌浆前将监测器连接端插入上出浆口，透明塑料堵头插入下出浆口，浆料灌满套筒后，会从上出浆口注入监测器，当监测端浆料的高度高于套筒内部空间最高点时，表示套筒内已灌满。如有漏浆，工人可以第一时间发现，待修补漏浆部位后补灌浆，直至灌满（见图 3）。这相当于给墙（柱）内的套筒安装了一扇透明“天窗”，人们可以直观地“看到”套筒内部浆料是否饱满（见图 4）。

图1 套筒内部未知

图2 实物图

图3 灌浆示意图

图4 现场应用效果图

2 监测器的实践应用

2.1 应用案例概况

北京城市副中心职工周转房位于通州区潞城镇，建筑面积约为 139.3 万 m2，包含有 104 栋职工宿舍楼，地下为现浇混凝土结构，地上为装配式整体剪力墙结构，全部为钢筋套筒灌浆连接，项目装配率达到国标 AA 级要求，具有规模大、标准高、工期紧等特点。该项目是北投集团为副中心公务员设计建设的住宅项目，公司对套筒灌浆质量非常重视，为了保证灌浆饱满，在部分标段使用了监测器。

2.2 监测重点和难点

在装配式混凝土建筑现场施工中，由于钢筋定位难度大、现浇部位平整度差等原因，转换层是最难以保证套筒灌浆质量的，且转换层是上部楼层“生根”的地方，是装配式建筑结构安全的重点控制层；其次是外墙，工人在室内操作，不容易发现室外漏浆，灌浆难度大于内墙，所以，转换层和外墙是套筒灌浆饱满度监测的重点和难点。

2.3 监测过程分析

建设单位选择 7 #、9 # 两栋完全相同的楼做对比，单体建筑均为 10 层，1～3 层为现浇，4 层以上为装配式，建筑面积为 6 090 m2，其中装配式部分建筑面积为 4 263 m2，套筒数量为 5 488 个。7 # 楼使用监测器灌浆，9 # 楼使用橡胶塞灌浆，在同样施工环境和作业条件下，采集统计两栋楼在发现漏浆数量、综合工时、材料损耗等方面的数据。

灌浆施工从 2019 年 4 月 26 日开始，7 月 3 日结束，历时 60 多天，经历了春、夏两季。4、5 月份，气温适中，工人严格按监测器使用手册操作，及时发现漏浆并处理，套筒灌浆饱满度显著提升。进入 6、7 月份后，气温升高，研究人员发现监测器内浆料比套筒内浆料凝结的速度快，在灌浆完成 15 min 时，套筒内浆料仍具有流动性，而监测器内的浆料已失去了流动性，若此时发生漏浆，监测器内浆料不回落，不但无法发现漏浆，还会误导工人。研究人员经过反复试验、试用，在监测端加装了弹簧和观测杆，给予浆料一定的回流压力，在 39 ℃ 高温下，保证 30 min 内如有漏浆监测器内浆料仍能回落，起到了很好的监测和保压作用，不但保证了灌浆密实，还提高了工作效率。

在使用监测器灌浆过程中，除发现正常的漏浆之外，还发现一种尚未被人提及的现象：在没有发现漏浆的情况下，监测器内浆料仍然下降，研究人员称之为“浆料自然回落”。分析其原因主要有四个：一是封仓前连通腔内混凝土表面润湿不充分，吸收浆料水分，浆料因失水而收缩，造成套筒内浆料下降；二是连通腔内有积水，浆料被稀释，水分挥发后造成套筒内浆料下降；三是搅拌机、灌浆机在搅拌浆料时产生过多的气泡，如果静置时间不够，气泡会随着浆料进入连通腔和套筒，气泡破裂后造成套筒内浆料下降；四是灌浆过程中工人操作不规范，一出浆便封堵，加之缺少保压过程，浆料量不足，造成套筒内浆料下降。封堵橡胶塞的方式，根本无法发现这种自然回落，如果回落量大，钢筋的锚固长度便达不到 8 d，进而影响建筑的结构安全，应该引起足够的重视。使用监测器后，能及时发现套筒内浆料回落，并给予回补，如果回补量不足，可以补灌浆，很好地解决了这一安全隐患。

2.4 监测控制要点

1）灌浆前，将监测器连接端插入上出浆口、透明塑料堵头插入下出浆口，监测端垂直向上；当上出浆口紧挨或上下重叠时，应保证监测端向上角度≥ 45°；确保监测器和透明塑料堵头插入牢固，防止灌浆过程中脱落（见图 5）。

2）灌浆过程中时刻观察监测端，等监测器全部灌满后，须再保压一段时间：如果构件较小须保压 30 s，如果构件较大须保压 60 s（见图 6）。

图5 安装监测端

图6 观察监测端

3）灌浆完成 5 min 后，观察监测器内浆料液面是否下降，并对液面下降的监测器做标记。认真检查墙体周围，发现漏浆（见图 7）及时封堵，待封堵浆料凝固后立刻补灌浆，5 min 后再观察监测器内浆料液面，如未下降，则视为补浆合格；如下降，重复上述操作。如果未发现漏浆部位，且浆料不低于监测端二分之一处（观测杆变径处），待 5 min 后再次观察，若液面和 5 min 之前一致，则证明套筒内浆料饱满；若不一致，则可能是浆料自然回落引发补偿，须从相应套筒灌浆孔进行补灌浆，直至灌满（见图 8）。

4）灌浆完成 24 h 后，拆除监测器和透明塑料堵头，并检查出浆口饱满情况（见图 9）。

图7 发现漏浆

图8 补灌浆

图9 拆除并检查灌浆饱满情况

3 监测器的应用效果分析

3.1 项目应用效果

灌浆施工过程中，灌浆工人详细记录相关数据（见表 1）。

表1 数据统计表

续表 1

对比上述统计数据及现场施工的具体情况，可以得出以下结论。

1）使用监测器后，套筒灌浆饱满度达到 100 %。经灌浆工人自查，7 # 楼所有的套筒出浆口均饱满密实。7 月 15 日，建设单位请中国建筑科学研究院国家建筑工程质量监督检验中心对 7 # 楼灌浆饱满度情况进行了检测，分别从转换层、标准层的外墙、内墙、楼梯间随机抽取了 10 个套筒，采用“后成孔内窥法”检测，结果显示100 % 饱满（见表 2）。

2）使用监测器后，工人更容易发现漏浆。数据显示，7 # 楼发现了 11 面墙漏浆（其中：内墙 5 面、外墙 6 面），9 # 楼发现了 3 面墙漏浆（其中：内墙 2 面、外墙1面）。如果漏浆，监测端液面会下降，工人可以第一时间发现，基本做到了“有漏必现”。

3）使用监测器后，节省了灌浆料、灌浆工人和灌浆时间。传统方法需要 2～3 个工人配合封堵橡胶塞，使用监测器后只需 1 人即可。同时，使用监测器后，灌浆料节省 9.1 %、坐浆料节省 13.8 %、灌浆时间节省 13.8 %。

表2 检测结果

续表 2

4）使用监测器后，降低了质检人员的工作难度。传统方法需要质检人员低头逐个查看套筒出浆口有无浆料，一般只抽查 10 %［3］；使用监测器后，工人和质检人员可以直观便捷地看到套筒灌浆情况，且迅速完成100 % 的饱满度检查。

5）使用监测器后，灌浆施工现场干净整洁，提高了文明施工水平。

3.2 所获荣誉

监测器已获得国家发明专利 14 项，其中：发明 1 项、实用新型 10 项、外观设计 3 项；另，申请 PCT 国际专利 1 项。

2019 年 11 月，北京市住建委发布《北京市绿色建筑和装配式建筑适用技术推广目录（2019）》，将监测器列入第 84 项。同月，住房和城乡建设部组织“碧桂园杯第二届全国装配式建筑职业技能竞赛”，指定监测器作为评判参赛选手灌浆成绩的工具。2020 年 5 月，住房和城乡建设部发布《2019 装配式建筑发展概况》，将监测器写入报告，评价其“有效解决了套筒灌浆操作过程中灌不满、漏浆的问题”。

截至目前，监测器已在北京及全国多个省市的近百个装配式建筑工程项目中使用，建筑面积超过 200 万 m2，得到了使用单位的一致认可。住建部门领导评价其“小发明解决了大问题”，行业内知名专家评价其“简单的产品解决了许多高科技没有解决的问题”，建筑企业评价其“花点小钱办了大事”，灌浆工人称之为“灌浆神器”。

4 结语

通过工程项目实际应用，验证了监测器具有非常好的功能效用：一是加强了套筒灌浆施工过程中的质量控制，使这项隐蔽工程可视化，大大降低了灌浆难度、提高了灌浆质量，基本可实现 100 % 灌浆饱满；二是它像镜子一样照见了目前套筒灌浆施工的现状，堵橡胶塞的方法存在先天缺陷，难以做到灌浆饱满，需要改进；三是拉近了中国普通工人和国外产业工人之间的技能差距，用实践证明中国普通工人也能灌好浆。

监测器很好地解决了套筒灌浆难以饱满这一行业难题，有助于提升装配式混凝土建筑的工程质量，有利于全国装配式建筑的健康发展。