钢筋套筒灌浆连接是装配整体式混凝土结构竖向构件重要连接方式, 目前在我国被广泛应用。大量实际工程调研表明, 由于灌浆孔封堵不及时或预制构件底部接缝漏浆, 套筒内浆体回流现象较普遍^[1,2]。浆体回流导致套筒灌浆不饱满, 具体表现为:处于竖向状态的套筒内部浆体直接回落, 液面可能低于钢筋最小锚固长度 (8d) 要求的高度;处于水平状态的套筒出浆孔管道内浆体回流不明显, 易造成套筒灌浆饱满的错觉。针对上述套筒内浆体回流特点, 目前已研发的套筒灌浆饱满度检测方法主要有预埋传感器法^[3]、预埋钢丝拉拔法^[4]、预成孔法^[5]、电阻法^[6]等, 这些方法共同特点是需事先预埋检测元件。如不事先预埋检测元件, 可采用便携式X射线仪探伤法^[7], 但该法对现场安全防护措施要求较高, 对受检墙体厚度具有严格限制, 一般只适用于厚度≤200mm预制剪力墙。也可现场直接破开取样并通过单向拉伸试验验证套筒灌浆质量^[8], 该法直接可靠, 但对原结构造成的损伤较大。

在室内试验和工程实践基础上, 提出钻孔结合内窥镜法^[9,10]检测套筒灌浆饱满度。该法在套筒出浆孔管道钻孔, 然后沿孔道底部伸入内窥镜观测套筒顶部灌浆是否饱满;或在套筒出浆孔与灌浆孔连线任意位置钻孔并钻透套筒壁, 然后沿孔道底部伸入内窥镜观测套筒内部灌浆是否饱满。

钻孔利用手电钻配空心圆柱形钻头^[11]和冲击钻配实心螺旋式钻头2种设备。手电钻和冲击钻配置要求为:额定电压220kV、功率>1 000W;空心圆柱形钻头和实心螺旋式钻头外径均≥10mm且不超过套筒出浆孔管道内径;钻头有效工作长度均不小于构件表面出浆孔至套筒内壁 (较远侧) 的距离;空心圆柱形钻头壁厚一般≤1.3mm;钻孔端头≥10mm范围内为金刚石材料。实心螺旋式钻头为常规冲击钻头。

1) 将空心圆柱形钻头对准构件表面的出浆孔, 用手电钻配空心圆柱形钻头钻至套筒内钢筋或套筒内壁位置。

2) 开启手电钻, 钻头行进方向始终与套筒出浆孔管道保持一致, 当钻头碰触套筒内钢筋或套筒内壁时, 出现钢-钢接触异样声音时停止钻孔。

3) 沿钻孔孔道底部伸入内窥镜探头, 观测是否存在灌浆缺陷, 如存在缺陷则测量缺陷深度。

1) 将实心螺旋式钻头对准构件表面待钻点, 待钻点位于灌浆孔与出浆孔连线上。先用冲击钻配实心螺旋式钻头钻至套筒表面 (根据设计图纸及现场钻进声音判断) , 然后改用手电钻配空心圆柱形钻头钻透套筒壁并钻至套筒内钢筋位置。

2) 开启冲击钻, 钻头行进方向始终与构件表面垂直, 当钻至套筒表面时, 出现钢-钢接触异样声音时停止钻孔并改用手电钻;继续钻孔至钻透套筒壁, 因接触灌浆料或空隙, 钻进出现的声音有所改变;之后钻头碰触套筒内钢筋, 再次出现钢-钢接触异样声音时停止钻孔。

3) 沿钻孔孔道底部伸入内窥镜探头, 观测是否存在灌浆缺陷, 如存在缺陷则测量缺陷深度。

试验选择3个GTZQ4-25型套筒及配套灌浆料, 套筒预埋在混凝土试件中, 试件高度同套筒高度, 试件厚200mm, 套筒在厚度方向上居中布置。灌浆后, 1号套筒不做放浆处理, 2, 3号套筒均放掉部分浆体, 且3号套筒放浆多于2号。在1～3号套筒出浆孔管道用手电钻配空心圆柱形钻头钻孔 (见图1) 。为验证内窥镜测量灌浆缺陷深度的准确性, 根据内窥镜测量结果, 在2, 3号套筒相应位置先用冲击钻配实心螺旋式钻头钻至套筒表面, 再改用手电钻配空心圆柱形钻头钻透套筒壁并钻至套筒内钢筋位置 (见图2) 。钻孔后试件如图3所示。

套筒出浆孔管道钻孔完成后, 沿孔道底部伸入内窥镜观测实际灌浆情况。选用2种类型内窥镜, 即仅带前视镜头的Avanline3.9型内窥镜和带侧视镜头及测距功能的GE Mentor Visual i Q4.0型内窥镜, 观测结果如图4所示。由图4可知, 1号套筒灌浆饱满;2, 3号套筒前视图和向下侧视图均显示灌浆不饱满。2号套筒测距图显示灌浆缺陷深度为44.38mm、3号为86.55mm, 这与试验时3号套筒放浆多于2号套筒一致。另外, 图4中显示钻孔后只有极少量杂质落入2, 3号套筒内部, 不影响后期补灌处理。

为验证图4中内窥镜测量灌浆缺陷深度的准确性, 在内窥镜测量得到的套筒灌浆不饱满位置下沿处钻孔, 然后用内窥镜进行校核 (见图5) 。在距2号套筒出浆孔底部约44.4mm位置处钻孔, 使用GE Mentor Visual i Q4.0型内窥镜观测。由图5a可知, 向下侧视图显示灌浆料顶面位置, 向上侧视图则显示不存在灌浆料, 验证了GE Mentor Visual i Q4.0型内窥镜测量灌浆缺陷深度的准确性。在距3号套筒出浆孔底部约86.6mm位置处钻孔, 使用内窥镜观测。由图5b可知, 向下侧视图显示灌浆料顶面位置, 向上侧视图则显示不存在灌浆料, 再次验证了GE Mentor Visual i Q4.0型内窥镜测量灌浆缺陷深度的准确性。

为进一步验证钻孔结合内窥镜法检测套筒灌浆饱满度的实用性, 在某实际工程套筒出浆孔管道用手电钻配空心圆柱形钻头钻至套筒内钢筋位置, 然后沿钻孔孔道底部伸入Avanline3.9型内窥镜进行观测, 观测结果显示该套筒灌浆不饱满 (见图6) 。如需检测套筒内灌浆缺陷深度可结合GE Mentor Visual i Q4.0型内窥镜进行。该实测案例进一步表明用钻孔结合内窥镜法检测套筒灌浆饱满度合理可靠, 且操作简单易行。后续还将进一步制定现场实测操作指南, 便于推广应用该方法。

灌浆饱满度计算简图如图7所示。

图7中, 设套筒内钢筋锚固长度为8d (d为钢筋公称直径) ;锚固长度最高点相对于钻孔孔道底部位置的深度记为y, 如果锚固长度最高点低于钻孔孔道底部位置则y为正值, 反之为负, 且可通过产品手册具体参数求出每种规格套筒y值;x为通过内窥镜测得的灌浆缺陷深度。

灌浆饱满度计算公式为:

当x=0时, 取P=100%, 直接判断该套筒灌浆饱满;当P>100%时, 取P=100%, 可判断该套筒灌浆饱满。该计算方法适用于全灌浆套筒内上段钢筋和半灌浆套筒内下段钢筋灌浆饱满度的计算。

本试验选用GTZQ4-25型套筒, y=-4.5mm。通过内窥镜测得2号套筒缺陷深度x=44.4mm, 3号套筒x=86.6mm, 由式 (1) 可得2号套筒灌浆饱满度P=75.6%, 3号套筒P=54.5%。

1) 在室内试验和工程实践基础上, 提出钻孔结合内窥镜法检测套筒灌浆饱满度。该法无需事先预埋元件, 可广泛应用于在建或已建装配整体式混凝土结构套筒灌浆饱满度检测与评估中。

2) 基于钻孔结合内窥镜法检测套筒灌浆饱满度检测结果, 提出套筒灌浆饱满度计算公式, 实现套筒灌浆缺陷定量评估。