专家解读上海市建筑科学许清风教授级高工为您解读套筒灌浆缺陷整治预制混凝土剪力墙抗震性能试验

装配式混凝土建筑具有施工效率高、人工成本低、绿色环保等优点，近年来在全国范围内得到广泛应用。预制混凝土构件之间的连接方式主要有套筒灌浆连接与浆锚搭接连接，其中套筒灌浆连接的应用最为广泛。

在实际工程中，由于预制构件制作精度存在偏差、现场施工人员操作不规范、灌浆设备不配套等原因，套筒灌浆施工经常出现连通腔爆浆、套筒出浆孔不出浆、套筒内浆体回流等问题，进而导致套筒灌浆缺陷的形成。套筒灌浆缺陷对装配式混凝土结构的安全造成严重威胁。因此，有必要评估套筒灌浆缺陷对结构受力性能的影响，并采取整治措施恢复带灌浆缺陷装配式混凝土结构的受力性能。

由课题组完成的套筒灌浆缺陷整治预制混凝土剪力墙抗震性能试验研究成果，发表在《建筑结构学报》2022年第4期。文中对预制混凝土剪力墙的套筒灌浆缺陷进行整治，通过低周反复试验对比研究灌浆缺陷整治前后预制混凝土剪力墙的抗震性能，评估整治效果，以期为我国建筑工业化的健康发展提供关键技术支撑。

2.1 试件设计

为研究预制混凝土剪力墙的套筒灌浆缺陷整治效果，设计并制作了5片足尺预制混凝土剪力墙，试件几何尺寸与配筋如图1所示。预制剪力墙两侧边缘构件中分别配置4根直径16 mm的纵筋，全部采用全灌浆套筒连接。

2.2  缺陷设计与整治方法

对于所有无缺陷套筒，上段与下段连接钢筋锚固长度均严格控制为8 d （ d 为钢筋直径）。考虑在预制混凝土剪力墙边缘构件套筒中设置灌浆缺陷（图1），对于预设的“浆体回落”缺陷，在套筒一定位置钻孔，从而实现上段连接钢筋浆体达到精确回落高度，如图2所示。已有研究表明，在套筒管壁钻小孔不会影响其受力性能。

采用直接补灌法与破型修复法对灌浆缺陷进行整治，如图3所示。直接补灌法是利用外接透明软管的注射器从新钻孔注射补灌，直至出浆孔连续均匀出浆为止，透明软管外径较新钻孔内径略大。破型修复法是对带缺陷套筒附近的混凝土破型，并用切割机割断钢筋，再采用相同直径的钢筋通过双面搭接焊（搭接长度不小于5 d ）与原钢筋连接，最后浇筑灌浆料进行修复。

2.3  低周反复加载试验

预制混凝土剪力墙低周往复加载试验在上海建科集团股份有限公司上海市工程结构安全重点实验室开展。对于预设灌浆缺陷的预制混凝土剪力墙，带灌浆缺陷的套筒放置于靠近作动器的一侧。首先对试件施加竖向荷载并保持恒定，所有试件的设计轴压比为0.25。随后施加低周往复水平荷载，采用荷载-位移联合控制的加载方式。试件屈服前为荷载控制阶段，每级荷载循环1次。当荷载-位移曲线出现较明显转折时，认为试件屈服，转为位移控制模式，每级位移循环3次。试验加载装置如图4所示。

3.1 破坏形态

所有试件发生了两种破坏模式：带缺陷预制混凝土剪力墙发生了套筒连接区域破坏，无缺陷预制混凝土剪力墙与整治后预制混凝土剪力墙均发生了墙底截面破坏。对于套筒连接区域破坏，在剪力墙缺陷所在侧，0~300 mm高度区域混凝土压溃，带缺陷套筒上段钢筋发生滑移拔出，紧邻的无灌浆缺陷套筒上段钢筋在套筒顶截面处被拉断；在剪力墙无灌浆缺陷侧，角部混凝土压溃，最外侧纵筋在墙底处断裂。对于墙底截面破坏，剪力墙两端角部混凝土压溃，最外侧纵筋在墙底处屈曲并断裂。典型试件破坏形态对比如图5所示。

3.2 滞回性能

试件滞回曲线与骨架曲线如图6所示，可以看出，带灌浆缺陷试件PW-2、PW-5的滞回曲线捏缩现象较严重，弱于无灌浆缺陷对比试件PW-0，且其正、负向具有明显的不对称性。灌浆缺陷整治后试件PW-2-R、PW-5-R的滞回曲线较饱满，正、负向对称性较好，与无灌浆缺陷对比试件PW-0相近，滞回性能基本得到恢复。这表明所采用的整治方法对恢复带灌浆缺陷预制混凝土剪力墙的抗震性能有效。

经过比较和分析，灌浆缺陷整治后试件PW-2-R、PW-5-R的峰值荷载、破坏位移、刚度、耗能能力等均恢复至无灌浆缺陷对比试件PW-0的水平。

带灌浆缺陷试件PW-2、PW-5的正向峰值荷载受缺陷的不利影响比负向更加严重，这是由于带灌浆缺陷套筒连接在试件正向加载时处于受拉状态、在负向加载时处于受压状态，而灌浆缺陷对套筒连接受拉性能的不利影响大于受压性能。

上海建科集团股份有限公司率先系统研发了钻孔内窥镜法、预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法和X射线数字成像法等四种套筒灌浆检测方法，并主编了全国首部套筒灌浆连接检测专项技术标准——中国工程建设标准化协会标准T/CECS 683—2020《装配式混凝土结构套筒灌浆质量检测技术规程》，可满足装配式混凝土结构施工及验收阶段、使用阶段全过程的套筒灌浆检测需求。同时，上海建科集团股份有限公司还研究了各类套筒灌浆缺陷对套筒接头、预制构件、装配式整体结构受力性能的影响，揭示了不同位置、类型、大小的套筒灌浆缺陷对试件受力性能的影响规律。研制的套筒灌浆检测和整治方法在全国得到了广泛应用。

对直接补灌法与破型修复法等两种套筒灌浆缺陷整治方法进行了试验研究，验证了整治方法对套筒接头、预制构件、装配式整体结构受力性能恢复的有效性。

5.1 直接补灌法

直接补灌法在实际使用时，可先结合钻孔内窥镜法或X射线数字成像法检测套筒灌浆缺陷。若套筒内完全无灌浆料，则直接用灌浆机从灌浆孔补灌。若由于漏浆或封堵不严造成套筒内灌浆料液面回落，优先从出浆孔钻孔并检测后，再从检测孔道补灌；补灌时选用注射器外接透明软管，钻孔内径与透明软管外径之差不小于4 mm，以便于气体排出。若由于异物堵塞或钢筋偏位导致套筒灌浆中段存在缺陷时，可先检测确定灌浆缺陷的范围和位置，然后在灌浆缺陷下沿位置的套筒管壁外钻孔并补灌。直接补灌法操作简单有效，在实际工程中优先推荐。

5.2 破型修复法

当实际工程中的套筒灌浆缺陷情况较复杂或存在争议不便进行直接补灌时，也可采用破型修复法。当采用破型修复法时，搭接竖向钢筋的强度等级、直径均不应小于原竖向钢筋。当采用搭接焊连接时，混凝土应凿除至原套筒顶部以上一定高度处，以保证不小于5 d （ d 为原竖向钢筋直接）的焊接搭接长度所需要的最小施焊空间；同时采用双面搭接焊连接，并应保证焊接质量；同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率应符合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的规定。为浇捣密实，应采用微膨胀细石混凝土、高强无收缩灌浆料、高延性水泥基复合材料或超高性能混凝土修复破型后的混凝土，其强度等级不应低于原混凝土。由于破型修复法对结构影响较大，对附近混凝土造成明显扰动，应严格保证整治工序与施工质量。

5.3  施工工法与智能化设备

上海建科集团股份有限公司将直接补灌法形成了企业工法，即SHJK-GF-01—2020《钻孔注射补灌修复套筒灌浆缺陷施工工法》，并研制了便携式智能补灌仪。该补灌仪由电机驱动活塞将灌浆料推出，自动实现套筒灌浆补灌作业，具有自动化、智能化、可变流速、小灌注量等特点，灌浆速度可调节、各元件便于拆装，保证了补灌质量，提高了工作效率。目前，已在多项装配式混凝土结构工程中成功应用，取得了良好的套筒灌浆缺陷整治效果。

便携式智能补灌仪