行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》 JGJ 355-2015介绍

2016-03-01 09:51:58

随着装配式混凝土结构近年来在我国快速发展,钢筋套筒灌浆连接这种新型钢筋连接方式的应用逐渐增多。作为钢筋套筒灌浆连接设计、施工及验收的主要依据,《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ 355-2015已于2015年9月1日正式实施。


1、立项背景和编制过程

钢筋套筒灌浆连接作为新型装配式混凝土结构的主要钢筋连接方式,近年来在国内快速发展。由于缺少针对性的技术标准,套筒灌浆连接相当长一段时间被当做机械连接的一种形式,施工及验收仅能参照行业标准《钢筋机械连接技术规程》JGJ107(以下简称“《机械连接规程》”)的有关规定。但钢筋套筒灌浆连接接头(以下简称“接头”)由三种材料(钢筋、灌浆套筒、灌浆料)组成,其受力机理、施工操作、质量检验等方面均不同于普通机械连接。

为规范钢筋套筒灌浆连接技术的产品生产与应用,住房和城乡建设部立项编制了灌浆料、灌浆套筒两本产品标准与应用技术规程,其中行业产品标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398-2012、《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T 408-2013完成编制较早。

《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ 355-2015(以下简称“《规程》”)于2015年1月由住房和城乡建设部正式发布,自2015年9月1日起实施。《规程》编制过程中,编制组完成了国内主要产品接头的型式检验及钢筋套筒灌浆连接混凝土柱抗震性能试验(图1),对主要技术问题进行反复论证,并进行了工程调研与广泛征求意见。审查会议认为,《规程》较全面反映了我国近年钢筋套筒灌浆连接技术应用情况,为进一步规范其应用提供了依据,有利于该项技术在我国的推广应用,总体上达到国际先进水平。


▲ 图1  《规程》编制组进行的补充试验


2、适用范围及章节设置

《规程》适用于非抗震设防及抗震设防烈度为6度至8度地区,主要原因为缺少9度区的工程应用经验。因缺少接头疲劳试验数据,《规程》未包括疲劳设计要求内容。钢筋套筒灌浆连接采用金属套筒,多用于竖向构件钢筋对接,也可用于预制构件及既有建筑与新建结构相连时的水平钢筋对接。

装配式混凝土结构中还有钢筋浆锚搭接连接的连接方式,其一般不采用金属套筒,且具有单独的施工操作方法,本规程未包括此内容。对于其他采用金属熔融灌注的套筒连接,其应用应符合《机械连接规程》的有关规定。

《规程》的章节设置与《机械连接规程》基本相同,包括总则、术语、基本规定、设计、接头型式检验、施工、验收基本规定及附录。《规程》颁布实施后,将作为钢筋套筒灌浆连接施工与验收的基本技术要求。

3、材料要求

灌浆套筒应符合现行行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398的有关规定。灌浆套筒主要有两种(图1):两端均采用套筒灌浆连接的全灌浆套筒;一端采用套筒灌浆连接,另一端采用机械连接方式的半灌浆套筒。


▲ 图2  灌浆套筒示意


考虑我国钢筋的外形与工程实际情况,《规程》对灌浆套筒灌浆连接端最小内径提出了要求(表1),还规定了灌浆连接端用于钢筋锚固的深度不宜小于8倍钢筋直径的要求。如采用小于8倍的产品,可将产品型式检验报告作为应用依据。


表1  灌浆套筒灌浆段最小内径尺寸要求

《规程》规定灌浆料性能及试验方法应符合现行行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T 408的有关规定,并提出了抗压强度、膨胀率及工作性能等检验要求。灌浆料的基本强度要求为28d强度不小于85MPa。企业也可开发更高强度的灌浆料,但应以型式检验报告作为应用依据,并按更高的设计强度对灌浆料进行验收。

《规程》与《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014均未要求使用同一单位生产的灌浆套筒和灌浆料,但《规程》要求“应采用由接头型式检验确定的相匹配的灌浆套筒、灌浆料”。工程中如采购不同企业产品,应由采购方完成包括型式检验在内的所有试验,并对接头质量负责;同样,施工中如更换灌浆套筒、灌浆料,造成二者不匹配,同样要重新完成型式检验、工艺检验、套筒进场检验等检验项目。从可靠、简便及责任明确的角度出发,应采用同一企业的产品。

4、接头性能要求

《规程》要求套筒灌浆连接接头应满足强度和变形性能要求,即满足单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压的检验项目要求。

《规程》第3.2.2条的强制性条文要求“接头的抗拉强度不应小于连接钢筋极限强度标准值,且破坏时应断于接头外钢筋”。此规定主要考虑钢筋套筒灌浆连接目前主要用于装配式混凝土结构中墙、柱底部钢筋同截面钢筋100%连接处,且在框架柱中多位于箍筋加密区部位,并结合我国目前灌浆施工实际条件后提出的。此规定高于《机械连接规程》Ⅰ级接头的要求,对于半灌浆接头,为保证机械连接端满足此要求,需要在普通机械连接工艺基础上予以改进,以保证破坏时断于钢筋。

考虑到钢筋可能超强,《规程》第3.2.5条规定接头加载过程中拉力达到连接钢筋抗拉荷载标准值的1.15倍而未发生破坏时,应判为抗拉强度合格,可停止试验。此规定可作为接头产品开发的依据。

为保证接头在混凝土构件中的受力性能不低于连接钢筋,《规程》第3.2.3条要求接头的屈服强度不应小于连接钢筋屈服强度标准值,仅型式检验和工艺检验有此要求。

接头对中单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压的加载与变形要求同《机械连接规程》。

5、设计要求

《规程》要求设计应符合国家现行标准《混凝土结构设计规范》GB 50010、《建筑抗震设计规范》GB 50011、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1的有关规定,并提出构件混凝土强度等级不宜低于C30、全截面受拉构件同一截面不宜全部采用钢筋套筒灌浆连接、构件中灌浆套筒的净距不应小于25mm、灌浆套筒长度范围内预制柱箍筋与预制混凝土墙最外层钢筋混凝土保护层最小厚度分别为20mm与15mm的规定。

对于采用套筒灌浆连接的混凝土构件,《规程》第4.0.5条提出了设计需要注意的细节问题:

(1)连接钢筋的强度等级不应高于灌浆套筒产品规定的连接钢筋强度等级;

(2)连接钢筋的直径规格不应大于灌浆套筒产品规定的连接钢筋直径规格,且不宜小于灌浆套筒产品规定的连接钢筋直径规格一级以上;

(3)构件配筋方案(钢筋间距、纵筋数量、箍筋加密区长度等)应根据灌浆套筒外径、长度及灌浆施工要求确定;

(4)构件钢筋插入灌浆套筒的锚固长度应符合灌浆套筒参数要求;

(5)竖向构件配筋设计应结合灌浆孔、出浆孔位置;

(6)底部设置键槽的预制柱,应在键槽处设置排气孔。

6、接头型式检验

针对接头由三种材料组成的实际特点,《规程》在参照普通机械连接接头型式检验的基础上,提出了针对性要求。《规程》实施后,以往以《机械连接规程》为依据的接头型式检验报告均将作废,需按《规程》要求重新完成。

6.1 检验的条件

确定接头性能时,灌浆套筒材料、工艺、结构改动时,灌浆料型号、成分改动时,钢筋强度等级、肋形发生变化时,及型式检验报告超过4年,均需重新进行型式检验。

6.2 检验的试件与检验项目

考虑工程中接头连接钢筋对接的可能性很小,《规程》增加了3个偏置单向拉伸试件要求(如图2),型式检验的试件总数为12个。


▲ 图2  偏置单向拉伸接头试件


为保证型式检验试件真实可靠,且采用与实际应用相同的灌浆套筒、灌浆料,《规程》要求试件制作应在型式检验单位监督下由委托单位制作。

由于试验时需要控制灌浆料强度,《规程》建议采用灌浆料拌合物制作不少于2组强度试件。考虑到预估灌浆料抗压强度等情况,实践中建议再多留一些试件。

接头试件及灌浆料试件应在标准养护条件下养护。

6.3 灌浆料强度

型式检验时的灌浆料强度宜与工程实际情况基本一致,不应过高或过低。《规程》规定了型式检验时的灌浆料强度范围,对28d强度85MPa的灌浆料,要求接头拉伸试验当天的灌浆料抗压强度为80MPa-95MPa,否则为无效检验。满足强度区间的持续时间并不会太长,上述规定实际上也是规定了型式检验的时间范围。如试验时间过晚而造成灌浆料强度超过上限,则所有接头试件均将作废。

6.4 试验方法

除《规程》规定内容外,接头型式检验试验方法均同《机械连接规程》。考虑到偏置单向拉伸接头试件的特点,《规程》规定仅量测抗拉强度,故采用零到破坏的一次加载制度即可。在考虑接头变形特性的情况下,《规程》提出计算大变形反复拉压试验变形加载值时,灌浆套筒范围内的计算长度对全灌浆套筒连接取套筒长度的1/4,对半灌浆套筒连接取套筒长度1/2,此规定仅适用于变形加载值确定,变形量测的标距仍同《机械连接规程》。

6.5 合格判定与表格

《规程》要求12个接头试件的抗拉强度实测值均应符合《规程》第3.2.2条要求,且3个对中试件、3个偏置试件的屈服强度实测值尚应符合《规程》第3.2.3条要求。残余变形和最大力下总伸长率应符合《规程》第3.2.6条的规定。

《规程》附录A给出了型式检验报告的格式,检测机构出具的检验报告应符合此要求。报告排版可以修改,但内容要符合附录A的规定,不得少项。

7、施工要求

7.1 基本要求

套筒灌浆连接施工应编制专项施工方案,施工方案应包括灌浆套筒在预制生产中的定位、构件安装定位与支撑、灌浆料拌合、灌浆施工、检查与修补等内容。灌浆施工的操作人员应经专业培训后上岗,培训一般宜由接头提供单位的专业技术人员组织。对于首次施工,宜选择有代表性的单元宜在正式施工前通过试制作、试安装、试灌浆验证施工方案、施工措施的可性能。施工现场灌浆料宜存储在室内,并应采取防雨、防潮、防晒措施。

7.2 构件制作

(1)预制构件钢筋及灌浆套筒的安装应采取可靠措施,以保证连接钢筋在全灌浆套筒中的插入深度、灌浆套筒与构件底部模板的垂直、灌浆套筒的可靠密封、灌浆管与出浆管的准确定位等。

(2)对半灌浆连接,机械连接端的钢筋丝头加工、连接安装、质量检查应符合《机械连接规程》的有关规定。

(3)构件混凝土浇筑前,应参考现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204(以下简称“《验收规范》”)的有关规定进行隐蔽工程验收。

(4)预制构件制作及运输过程中,应对外露钢筋、灌浆套筒分别采取包裹、封盖措施。

(5)预制构件出厂前,应对灌浆套筒的灌浆孔和出浆孔进行透光检查,并清理灌浆套筒内的杂物。

7.3 偏差控制

预制构件及后续施工偏差控制是影响接头施工质量的重要因素,规程对预制构件及现浇结构施工后的尺寸偏差要求如表2。表2远高于常规预制构件、现浇结构的要求,施工中应采取可靠措施以满足要求。《规程》第7章主要规定与灌浆套筒有关的验收要求,预制构件进场及现浇结构施工后,应按表2及《验收规范》的要求进行允许偏差验收。


表2  预制构件及现浇结构施工后的允许偏差要求

7.4 安装施工准备

(1)连接部位现浇混凝土施工过程中,应采取设置定位架等措施保证外露钢筋的位置、长度和顺直度,并应避免污染钢筋。

(2)预制构件吊装前,应检查构件的类型与编号。当灌浆套筒内有杂物时,应清理干净。

(3)预制构件就位前,应检查现浇结构与预制构件的结合面;且外露连接钢筋的表面不应粘连混凝土、砂浆,不应发生锈蚀;当外露连接钢筋倾斜时,应进行校正。

(4)预制柱、墙安装前,应在预制构件及其支承构件间设置垫片。宜采用钢质垫片。可通过垫片调整预制构件的底部标高和构件垂直度;《规程》还提出了垫片处混凝土局部受压验算方法。

7.5 灌浆施工准备

(1)应根据构件类型合理选择灌浆施工及构件安装方式。钢筋水平连接时,灌浆套筒应各自独立灌浆;竖向构件宜采用连通腔灌浆,并应合理划分连通灌浆区域;竖向预制构件不采用连通腔灌浆方式时,构件就位前应设置座浆层。

(2)预制柱、墙的安装的临时固定措施设置应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666的有关规定;

(3)采用连通腔灌浆方式时,灌浆施工前应对各连通灌浆区域进行封堵,且封堵材料不应减小结合面的设计面积。

(4)水平灌浆套筒连接主要用于预制梁和既有结构改造现浇部分的钢筋连接,《规程》第6.3.7条提出了详细的施工措施要求。

7.6 灌浆施工

(1)《规程》第6.3.8条对灌浆料用水、加水量、搅拌作出规定,并要求灌浆施工中每工作班应检查灌浆料拌合物初始流动度不少于1次,灌浆料强度检验试件的留置数量应符合验收及施工控制要求。

(2)《规程》第6.3.9条对灌浆施工提出了详细的要求:灌浆操作全过程应有专职检验人员负责现场监督并及时形成施工检查记录,检查记录应包括可以证明灌浆施工质量的照片、录像资料;环境温度应符合灌浆料产品使用说明书要求,不宜低于5℃且不得低于0℃,高于30℃时应采取降温措施;竖向钢筋连接应采用压浆法从灌浆套筒下灌浆孔注入;连通腔灌浆宜采用一点灌浆的方式,当一点灌浆遇到问题而需要改变灌浆点时,已封堵灌浆孔、出浆孔应重新打开,待灌浆料拌合物再次流出后进行封堵;灌浆料宜在加水后30min内用完;散落的灌浆料拌合物不得二次使用;剩余的拌合物不得再次添加灌浆料、水后混合使用。

(3)灌浆质量是影响接头连接性能的主要因素。《规程》第6.3.10条规定了灌浆施工无法出浆时的建议措施:对于未密实饱满的竖向连接,当在灌浆料加水30min内时,应首选在灌浆孔补灌;当灌浆料拌合物已无法流动时,可从出浆孔补灌,并应采用手动设备结合细管压力灌浆;补灌应在灌浆料拌合物达到设计规定的位置后停止,并应在灌浆料凝固后再次检查其位置符合设计要求;对竖向连接灌浆施工,当灌浆料拌合物未凝固并具备条件时,宜将构件吊起后冲洗灌浆套筒、连接面与连接钢筋,并重新安装、灌浆。

(4)灌浆料同条件养护试件抗压强度达到35MPa后(一般为24h),方可进入下一道工序施工;临时固定措施的拆除应在灌浆料抗压强度能确保结构达到后续施工承载要求后进行。

8、验收要求

装配式混凝土结构验收应符合《验收规范》的有关规定,可划入装配式结构分项工程。具体验收内容如下:

(1)型式检验报告核查。施工前及工程验收时均应核查型式检验报告:应由接头提供单位提交所有规格接头的有效型式检验报告;型式检验报告应在4年有效期内,可按灌浆套筒进厂(场)日期确定;型式检验报告的内容应符合《规程》附录A的规定,并与现场灌浆套筒、灌浆料应用情况一致。

(2)灌浆套筒进厂(场)应验收外观质量、标识和尺寸偏差。

(3)灌浆料进场验收。灌浆料进场时,应对灌浆料拌合物30min流动度、泌水率及3d抗压强度、28d抗压强度、3h竖向膨胀率、24h与3h竖向膨胀率差值进行检验。

(4)接头工艺检验。灌浆施工前,应对不同钢筋生产企业的进场钢筋进行接头工艺检验:应模拟施工条件制作3个对中接头试件和不少于1组的灌浆料强度试件,接头试件及灌浆料试件均应标养28d;接头工艺检验的内容为接头试件的抗拉强度、屈服强度及残余变形,灌浆料抗压强度;工艺检验可复检。

(5)灌浆套筒进厂(场)接头力学能能检验。灌浆套筒进厂(场)时,按不超过1000个灌浆套筒为一批,每批随机抽取3个灌浆套筒制作对中连接接头试件标养28d,并进行抗拉强度检验。此项为强制性条文,且不可复检。

(6)预制构件进场验收。按《验收规范》第9章的有关规定执行。对于专业企业生产的预制构件,进场时应按《规程》的有关规定提供验收资料:套筒灌浆接头型式检验报告;套筒进场外观检验报告;第一批灌浆料进场检验报告;接头工艺检验报告;套筒进场接头力学性能检验报告;等等。

(7)灌浆施工中灌浆料按批检验。灌浆施工中,每工作班取样不得少于1次,每楼层取样不得少于3次,每次抽取1组试件标养28d后进行抗压强度试验。

(8)灌浆质量检验。灌浆应密实饱满,所有出浆口均应出浆。

对于装配式混凝土结构,当灌浆套筒埋入预制构件时,以上2~5项检验应在预制构件生产前或生产过程中进行(其中第3项灌浆料进场为第一批),此时安装施工单位、监理单位应将部分监督及检验工作向前延伸到构件生产单位。第4、5项检验的接头试件可在预制构件生产地点制作,也可在灌浆施工现场制作,并宜由现场灌浆施工单位(队伍)完成。如工艺检验在构件生产地点完成,而接头不是由现场灌浆施工单位(队伍)制作完成,则在现场灌浆前应再次进行一次工艺检验。

9、小结

《规程》实施后,将作为钢筋套筒灌浆连接设计、施工及验收的主要依据

《规程》与《机械连接规程》的主要不同之处总结如表3。

表3  JGJ355与JGJ107规定的主要不同之处


《规程》的贯彻实施,将对促进钢筋套筒灌浆连接施工质量提高及装配式混凝土结构发展发挥重要作用。欢迎读者对《规程》提出意见和建议,以便不断修订完善。

作者简介

王晓锋,工学博士,中国建筑科学研究院研究员,建筑工业化产业技术创新战略联盟秘书长,中国混凝土与水泥制品协会预制混凝土构件分会秘书长。电邮:wxf77@139.com  电话:010-64517611

沙安,中国建筑科学研究院教授级高工。

洪洁,云南建工第二建设有限公司总工、教授级高工。

蒋勤俭,北京预制建筑工程研究院院长、教授级高工,中国混凝土与水泥制品协会预制混凝土构件分会理事长。

赵勇,同济大学副教授,中国混凝土与水泥制品协会预制混凝土构件分会副秘书长。(来源:工程建设标准与实践)