汪 博 邢崴 崴 田 收

1. 南京地铁建设有限责任公司 南京 210017；2. 南京工大建设工程技术有限公司 南京 211816

钢管混凝土通过在钢管中填充混凝土，使之处于三向受压状态之下，从而使混凝土抗压强度大幅度提高，钢管—混凝土这一组合结构的总体承载能力亦大大提高。通过提高柱的承载能力，可以减小构件尺寸、扩大可用空间，目前已在各类大型建筑结构中得到广泛应用[1]。

钢管混凝土柱要求所填充的混凝土填满钢管，从而保证混凝土的变形可以有效地被钢管约束，但实际施工中，由于混凝土配合比不当、搅拌不均匀、内部气体无法排出、钢管和混凝土的热膨胀系数及导热系数不同等因素，钢管混凝土内部常形成蜂窝、孔洞、脱黏等问题[2]。为了保证工程质量，要求对钢管混凝土成型质量进行检测。

本文采用超声回波技术对于某工程的矩形钢管混凝土的成型质量进行了检测[3]，发现少量钢管混凝土存在不密实问题。根据规范要求，采用压浆法对其进行了加固。根据超声检测结果，本文优化了注浆孔、出气孔的位置，取得了不错的效果，加固后采用超声检测结果证明了这点。本文所采用的方法可以为矩形钢管混凝土施工提供参考。

2 缺陷检测及结果

2.1 测点布置

钢管混凝土的超声波检测与一般混凝土检测有所不同，测点不能过于靠近钢管外壁。这是由于超声波在钢材中的声速较快，若是测点过于靠近外壁，超声波会直接通过钢管壁被接收头接收到，无法判断中间混凝土的实际情况，因此，本文根据钢管混凝土的实际情况，将测点适当内移了233 mm。为充分了解钢管混凝土的内部密实度情况，采用了双面检测的方法，如图1所示，x方向和y方向上测点布置方式相同，测点左右间距233 mm，上下间距200 mm，均匀分布于钢管混凝土表面。

图1 试件测点及注浆孔（加固用）布置

2.2 检测结果

图2为被测试件的声速分布，试件边缘的声速实际是根据相邻测点声速值外推得到的，并不是该位置的真实声速，受限于测试方法，实际检测工程中只能采用这一方法。由检测结果可以看到，柱在两方向上均存在大面积的不密实区域，其中x轴方向上约有4/5的区域密实度较差，y轴方向则有1/3的区域密实度较差。

结合2 个方向的结果进行综合判断，该钢管混凝土柱存在严重的密实性问题，需要进行加固处理。

图2 某柱声速分布

3 加固方案

3.1 参数要求

压浆参数主要包括压浆水灰比、压浆量以及注浆压力。由于钢管混凝土密实缺陷的不同，不同的钢管混凝土柱参数略有不同，在保证注浆效果的前提下，现场应根据实际情况做灵活调整。

（a）水灰比一般不宜过大和过小，过大会造成压浆困难，过小会使水泥浆在压力作用下形成离析，一般采用0.15～0.17。

（b）压浆量是指钢管混凝土加固用的水泥用量，它与钢管中混凝土密实度缺陷的程度有关。故在压浆之前，应对将被加固的钢管混凝土柱进行双向超声波检测，根据检测结果估算其缺陷的大小，并配以略大于缺陷量的水泥砂浆。

（c）注浆压力应保证水泥砂浆能够将含缺陷的钢管混凝土柱填充密实。对于含缺陷柱，其内部情况异常复杂，应根据压浆量和注浆压力综合判断。本文根据一般土木施工要求，注浆压力低于0.2 MPa。

3.2 钻孔压浆施工工艺

钻孔压浆施工工艺的一般流程为：注浆口位置选择→钻孔→准备注浆混凝土→安装注浆管→实施注浆→封闭注浆孔→检查注浆质量。

3.2.1 压浆口位置

根据绘制的声速分布图，其中声速较低的区域即为可能存在缺陷的位置。在矩形钢管混凝土的2 个方向上，以较大红色区域为面积，另一方向上深色区域宽度为深度，总压浆量即为面积×深度。注浆口位置宜选择在红色区较大面的中上部，并在其下部钻直径较小的孔作为出气孔。如图1所示，根据声速分布图，在柱中部x轴方向沿竖向设了3 个注浆孔，孔径30 mm；另设气孔4 个，用于排除压浆过程中的空气，并可根据气孔中的溢浆量判断砂浆是否已经填满空隙。

3.2.2 压浆管

压浆管内径应不小于25 mm，端头建议采用钢管制作，其端头5 cm左右，建议做成压浆喷头，在该部分采用钻头均匀钻出2～3 排（每排4 个）、间距2 cm、Φ3 mm的压浆孔作为压浆喷头。端头的总长度不宜低于1 m，端头与泵通过软管连接。

3.2.3 压浆施工顺序

压浆管在伸入柱体内部后，应首先保证钢管与混凝土柱体之间保持密封状态。可在缺陷的最下部用电钻钻出出气孔（出气孔直径小于14 mm），压浆应尽量一次性施工完毕。

如在确认出气孔有少浆溢出后，砂浆还有大量剩余，应反复检查、敲击钢管壁，确认已经密实；如在增加注浆压力后，压浆口已经开始冒浆，而出气口仍未见砂浆溢出，说明注浇孔与出气孔也不连通，此时应适当增加出气孔和压浆孔，分多次注浆。

3.2.4 注浆结束

出气口有砂浆溢出，同时砂浆剩余不多，此时可以认为钢管混凝土中的不密实区域基本已经被砂浆填满，可以将钻孔补焊封固，注浆结束。

3.2.5 复测

压浆加固结束2 周以后，应再次对回固柱进行超声波检测，确认其不密实区域已被填满。

4 结果分析

在对试件注浆完毕后，经过14 d凝固，对该钢管混凝土重新进行了超声波检测。图3为复测后的结果，对比原有结果可以发现，钢管混凝土柱整体的密实度得到了较大的改善。原有声速较低的位置已经大幅度提高，说明大体积的空洞基本已经被消除。

压浆后，还有少部分区域声速偏低，实测其声速在3.5～3.8 km/s之间，略微低于平均值，但考虑到钻孔会破坏钢管，因而不再进行第二次加固。

图 3 加固后某柱声速分布

5 结论

本文采用超声波法对钢管混凝土进行了检测，并对不密实区域进行了压浆加固，主要得到以下结论：

采用超声波方法难以确定钢管混凝土边缘的密实度情况，现有技术方案仅能由柱中部密实度情况，对其情况进行推测；压浆法作为对存在密实度问题的钢管混凝土柱的补充加固方案，关键仍是施工过程的控制，而不依赖最终的手段。

本文所采用的压浆方法较好地改善了缺陷柱的密实度，但不同钢管混凝土柱的工程条件有很大的差异，不可能有相同的压浆参数，预先设定的压浆参数往往参考相似工程的经验，压浆参数的最终确定要依赖于试验的结果，而全国可以借鉴的经验并不多，有待进一步的积累，再加上理论的探讨，最终形成一个成熟的技术。