港珠澳大桥是连接香港、珠海、澳门的超大型跨海通道, 全长55km, 是目前世界上最长的跨海大桥, 其设计使用寿命长、工程量巨大。在进行人工岛施工时, 以预制钢筋骨架代替现场绑扎钢筋的方式解决了施工工期紧张问题。预制钢筋骨架由于在专业钢筋加工厂制作, 其质量更可控, 尺寸精度更高, 现场施工量更少, 可有效提高施工质量、缩短施工工期, 同时符合节能减排、绿色施工的要求。对于成型预制钢筋骨架的连接, 由于钢筋无法独立转动或轴向移动, 两侧对接钢筋可能存在较大的轴向或径向位置偏差;钢筋间距过小、操作空间不足等原因将导致钢筋连接存在较大的施工难度。因此, 如何在施工现场可靠、方便地连接钢筋, 且便于质量检查成为了关键技术问题。

CABR钢筋套筒灌浆连接技术^[1]分为全灌浆连接及半灌浆连接, 具有无需钢筋转动或轴向移动、允许钢筋有较大轴向及径向位置偏差、施工作业面较小、连接性能安全可靠等特点, 能满足预制钢筋骨架现场连接要求。港珠澳大桥人工岛项目梁和柱均采用工厂预制钢筋骨架、现场吊装灌浆套筒连接并浇筑混凝土的施工方式。其中梁预制钢筋骨架长5m, 主筋采用10根28 HRB400E级钢筋, 采用CABR全灌浆连接技术;柱预制钢筋骨架长6m, 主筋采用24根32 HRB400E级钢筋, 采用CABR半灌浆连接技术。

梁预制钢筋骨架与节点预留钢筋按以下流程进行连接。

1) 标记钢筋 在梁预制钢筋骨架及节点预留钢筋上分别标记钢筋插入CABR全灌浆套筒的深度 (见图1a) 。

2) 安装橡胶密封塞及CABR全灌浆套筒 首先将橡胶密封塞套入预制钢筋骨架主筋并移动至标记位置以内;然后将CABR全灌浆套筒从带定位堵头的一端全部套入预制钢筋骨架主筋。定位堵头的作用是保证2根待连接钢筋中至少有1根与套筒基本同心, 降低钢筋偏置带来的影响, 另一端不加装定位堵头是为了使套筒能吸收较大的钢筋位置偏差。

3) 吊装预制钢筋骨架 将预制钢筋骨架吊装至安装位置 (见图1b) , 节点预留钢筋与预制钢筋骨架间的轴向、径向位置偏差应符合设计要求。

4) 将预制钢筋骨架上的CABR全灌浆套筒移动至标记位置 将CABR全灌浆套筒向节点预留钢筋移动, 直至套筒两端均位于标记位置处 (见图1c) 。

5) 将CABR全灌浆套筒两端橡胶密封塞塞紧套筒端口 (见图1d) 。

6) 安装进浆管、出浆管 在CABR全灌浆套筒上安装进浆管、出浆管 (见图1e) , 所有进浆管、出浆管管口应高于灌浆套筒外表面最高点。

7) 灌浆、养护 从进浆管缓缓灌浆, 直至灌浆料从出浆口流出并在出浆管内上升一定高度方可堵住进浆管。灌浆完成后养护24h以上且同条件灌浆料试块抗压强度>35MPa方可拆除进浆管、出浆管。灌浆并养护完成后的CABR全灌浆接头如图1f所示。

柱预制钢筋骨架与柱预留钢筋按以下流程进行连接。

1) 加工螺纹丝头、标记钢筋 提前对预制钢筋骨架的钢筋加工螺纹丝头, 并绑扎预制钢筋骨架;在柱预留钢筋上标记钢筋插入灌浆套筒的深度 (见图2a) 。

2) 将CABR半灌浆套筒安装在预制钢筋骨架上 将CABR半灌浆套筒内螺纹与预制钢筋骨架螺纹丝头紧密旋合, 旋合力矩应符合JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》^[2]的相关规定。

3) 安装橡胶密 封塞将橡胶密封塞套入柱预留钢筋并移动至标记位置以下。

4) 吊装预制钢筋骨架 将预制钢筋骨架吊装就位, 确保下方预留钢筋全部插入上方预制钢筋骨架灌浆套筒的标记位置 (见图2b) 。

5) 将橡胶密封塞塞紧CABR半灌浆套筒下端口 (见图2c) 。

6) 安装进浆管、出浆管 安装进浆管、出浆管时应保证出浆管管口高于灌浆套筒出浆口最高点 (见图2d) 。

7) 灌浆、养护 从进浆管缓缓灌浆, 直至灌浆料从出浆口流出并在出浆管内上升一定高度方可堵住进浆管。灌浆完成后养护24h以上且同条件灌浆料试块抗压强度>35MPa方可拆除进浆管、出浆管。灌浆并养护完成后的CABR半灌浆接头如图2e所示。

选用CABR套筒灌浆料^[3], 设计水灰比为1∶13, 其各项性能参数符合JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》^[4]的相关规定, 如表1所示。

按以下流程制备灌浆料拌合物: (1) 向搅拌设备中倒入适量清水并启动搅拌设备, 搅拌设备湿润后倒掉清水, 不能有明水残留; (2) 向搅拌设备中倒入1袋 (25kg) CABR钢筋连接用套筒灌浆料; (3) 用电子秤称取3.25kg清水并倒入搅拌设备; (4) 启动搅拌设备, 搅拌3min; (5) 搅拌完成后将灌浆料拌合物静置1～2min, 以消除气泡; (6) 将搅拌完毕并静置排出气泡后的灌浆料拌合物倒入干净桶中备用; (7) 重复上述操作, 继续搅拌下桶灌浆料, 从而保证灌浆设备可持续灌浆。

灌浆料应储存于通风、干燥、阴凉处, 应注意避免阳光长时间照射。CABR套筒灌浆料可在5～35℃下使用, 拌合用水温度应尽量控制在5～25℃, 灌浆时浆体温度应为5～30℃。灌浆时及灌浆后48h内施工部位及环境温度应≥5℃, 环境温度<5℃时需加热养护, 并单独制订低温施工方案。

制备完成的灌浆料拌合物随存放时间延长其流动性降低。如果制备完成后未能及时使用, 存放时间过长时需再次搅拌使其恢复流动性后才可使用。一般情况下, 灌浆料拌合物应尽可能在加水搅拌后30min内灌完。严禁在套筒灌浆料中加入任何外加剂或外掺剂。

一个连接区段的灌浆接头所需灌浆料用量较多 (>25kg) 时, 应考虑分次搅拌、灌浆, 否则可能因搅拌、灌注时间过长使浆体流动度下降, 从而造成灌浆失败。

选用CABR灌浆机按以下流程进行灌浆作业: (1) 将灌浆料拌合物倒入灌浆桶, 并盖紧灌浆桶盖; (2) 关闭排气阀门, 打开气泵, 对灌浆桶进行加压; (3) 待出浆管中有圆柱状灌浆料连续冒出后, 将出浆嘴对准进浆管开始灌浆; (4) 待灌浆料从出浆口冒出后, 拔出出浆嘴并封堵进浆管; (5) 按照第 (3) , (4) 步操作依次对每个灌浆套筒进行灌浆; (6) 所有灌浆套筒全部灌浆完毕后关闭气泵, 打开灌浆桶排气阀门进行放气降压; (7) 倒掉多余灌浆料, 并用大量水冲洗灌浆桶, 直至清水从出浆嘴中冒出, 且灌浆桶壁无任何灌浆料残留。

钢筋套筒灌浆连接相关的检验验收分为灌浆接头型式检验、施工前灌浆接头工艺检验、灌浆套筒及灌浆料进厂 (场) 检验、灌浆施工中灌浆料试块抗压强度检验及灌浆质量检验。

灌浆接头型式检验是为了认证目的进行的, 对若干具有生产代表性的灌浆套筒、灌浆料产品样品利用检验手段进行合格评价, 型式检验主要适用于鉴定产品综合定型和评定企业产品质量是否全面达到标准和设计要求。灌浆接头工艺检验的目的是确保具体工程项目的进厂 (场) 钢筋与接头技术提供单位提供的且通过型式检验的灌浆套筒、灌浆料相适应, 保证匹配后的灌浆接头性能满足相关要求。灌浆套筒及灌浆料进厂 (场) 检验的目的是确保每批进厂 (场) 的灌浆套筒、灌浆料产品质量满足相关要求。灌浆施工中灌浆料抗压强度检验的目的是确保实际施工中制备的灌浆料拌合物满足相关要求。灌浆质量检验的目的是确保实际灌浆质量满足相关要求。

港珠澳大桥人工岛预制钢筋骨架套筒灌浆连接, 由于灌浆套筒未埋入预制构件, 可在灌浆施工过程中制作平行加工灌浆接头试件, 在灌浆施工前应确认接头试件检验合格。为不影响施工进度, 可适当提前制作接头试件并完成检验。

CABR钢筋套筒灌浆连接技术可应用于预制钢筋骨架的钢筋连接, 其操作简便、连接性能可靠, 且可吸收一定的钢筋位置偏差。灌浆料拌合物的制备及灌浆施工是预制钢筋骨架采用套筒灌浆连接的关键环节, 应严格按照相关规定储存、使用灌浆料, 并按照科学的流程及方法进行灌浆作业, 同时加强灌浆施工质量控制及灌浆质量检验, 从而保证钢筋套筒灌浆连接的最终性能。通过总结CABR钢筋套筒灌浆连接技术应用于港珠澳大桥人工岛预制钢筋骨架连接的相关工艺及技术要点, 为类似工况提供参考, 同时对预制钢筋骨架采用套筒灌浆连接起到了示范作用, 有效推动钢筋部品化、预制化及装配式建筑多元化的发展, 符合我国节能减排、绿色施工、建筑工业化的政策导向及发展趋势。