高速公路配套收費(fèi)管理用房建筑的裝配式技術(shù)研究與應(yīng)用

張劍宇

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

S7公路作為上海市交通委預(yù)制裝配式技術(shù)應(yīng)用的試點(diǎn)項(xiàng)目，在橋梁和道路結(jié)構(gòu)上全面應(yīng)用了預(yù)制拼裝技術(shù)。同時(shí)，為加快收費(fèi)站管理用房的建設(shè)進(jìn)度，進(jìn)一步深化及完善預(yù)制裝配技術(shù)，通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的房建PC技術(shù)，對(duì)預(yù)制拼裝工藝進(jìn)行深入研究，創(chuàng)新性地使用了芬蘭Peikko新型高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)進(jìn)行裝配，取代了傳統(tǒng)的灌漿套筒和灌漿波紋管的構(gòu)件連接方式，并取得了良好的效果[1-2]。

1 工程概況

S7公路（S20—月羅公路）新建工程位于上海寶山區(qū)、嘉定區(qū)，南起S20樞紐立交（外環(huán)線），向北依次和陳富路、陳廣路、寶安公路、G1503（郊環(huán)線）、富張路相交，終點(diǎn)至月羅公路。工程在G1503南側(cè)設(shè)置主線收費(fèi)站，收費(fèi)站配套包含管理區(qū)建筑用地面積1 500 m2，1棟2層框架結(jié)構(gòu)的管理用房，建筑面積590 m2。收費(fèi)管理用房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用預(yù)制裝配式工藝技術(shù)，建筑外包平面尺寸為18.0 m 12.9 m，建筑高度7.5 m，層高3.3 m；設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震等級(jí)為框架結(jié)構(gòu)三級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。房屋為倒“T”形條形基礎(chǔ)，趾板斷面尺寸為1.55 m 0.30 m，條梁尺寸為0.85 m 0.45 m，框架柱高7.35 m，斷面尺寸為0.50 m 0.50 m，框架梁長(zhǎng)2.3～7.5 m，斷面尺寸為350 mm 700 mm、400 mm 600 mm及500 mm 350 mm，采用鋼構(gòu)輕強(qiáng)樓屋面板，厚250 mm或350 mm。條形基礎(chǔ)、框架柱、梁和樓屋面板均采用預(yù)制裝配工藝，采用芬蘭Peikko公司的新型高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)。

2 預(yù)制裝配施工技術(shù)

2.1 高強(qiáng)螺栓連接工藝介紹

混凝土框架結(jié)構(gòu)由于其空間大、空間布置靈活等特點(diǎn)，廣泛適用于公共建筑及工業(yè)建筑中，在我國(guó)現(xiàn)行的建筑裝配式領(lǐng)域內(nèi)，通常采用裝配整體式結(jié)構(gòu)的混凝土框架，通過(guò)在柱與基礎(chǔ)、柱與柱之間采用套筒灌漿或者承插式連接的方式，梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)也多采用連接區(qū)域后澆濕作業(yè)的方式。這幾種節(jié)點(diǎn)連接工藝在經(jīng)過(guò)幾年的應(yīng)用后暴露出了許多的問(wèn)題，例如套筒灌漿質(zhì)量不易控制、構(gòu)件安裝速度較慢、梁柱連接區(qū)鋼筋綁扎難度大、混凝土澆筑難度大等。

基于以上原因，本著創(chuàng)新試驗(yàn)的原則，我們?cè)赟7公路收費(fèi)管理用房項(xiàng)目中創(chuàng)新性地引進(jìn)并采用了芬蘭Peikko公司的新型高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)。作為一種新型的混凝土框架預(yù)制拼裝工藝連接技術(shù)，其原理是將預(yù)制構(gòu)件（包括預(yù)制柱與基礎(chǔ)、預(yù)制柱之間、預(yù)制梁柱等）通過(guò)高強(qiáng)螺栓擰固連接完成后，對(duì)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行灌漿封閉，最后形成剛性節(jié)點(diǎn)（圖1）。其中：預(yù)制柱的連接方式是通過(guò)在柱底預(yù)埋螺栓連接器，在基礎(chǔ)中預(yù)埋錨固螺栓，現(xiàn)場(chǎng)將預(yù)制柱底的螺栓連接器與基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋螺栓對(duì)準(zhǔn)插入，再上墊片螺母擰固連接，最后對(duì)接縫處進(jìn)行灌漿填實(shí)；預(yù)制梁與柱的連接，則是通過(guò)在預(yù)制梁端預(yù)埋螺栓連接器，在預(yù)制柱身對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋帶內(nèi)螺紋套筒的螺栓，現(xiàn)場(chǎng)先將螺栓擰入柱身位置的內(nèi)螺紋套筒，再通過(guò)梁上螺栓連接器與柱身螺栓連接，最后對(duì)接縫進(jìn)行灌漿填實(shí)。

圖1 柱與基礎(chǔ)、柱與梁的高強(qiáng)螺栓連接示意

高強(qiáng)螺栓連接方式對(duì)比傳統(tǒng)連接區(qū)后澆的方式，通過(guò)把現(xiàn)場(chǎng)連接處的鋼筋綁扎的工作提前在預(yù)制廠內(nèi)完成，通過(guò)在柱身預(yù)埋帶內(nèi)螺紋套筒的螺栓，待預(yù)制梁安裝就位后，用全螺紋螺桿反擰進(jìn)螺紋套筒內(nèi)，將螺栓連接器和螺栓連接。因此預(yù)制柱無(wú)需每層分節(jié)，可以根據(jù)吊裝能力設(shè)計(jì)成多層一節(jié)，同時(shí)預(yù)制梁的縱筋也不需要伸出，只需和梁端螺栓連接器在梁內(nèi)搭接連接即可，可有效地提高構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝的效率，保證質(zhì)量控制。

2.2 BIM深化的要點(diǎn)

1）在管理用房構(gòu)件預(yù)制安裝的過(guò)程中，通過(guò)多緯度、深層次地運(yùn)用BIM技術(shù)，積極與業(yè)主、設(shè)計(jì)及連接件生產(chǎn)單位在BIM平臺(tái)上深入討論和研究節(jié)點(diǎn)碰撞、吊點(diǎn)設(shè)置和施工順序等關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)BIM技術(shù)來(lái)指導(dǎo)實(shí)際施工過(guò)程中的連接件生產(chǎn)及安裝、構(gòu)件預(yù)制和吊裝等工作。

2）在預(yù)制梁柱螺栓連接設(shè)計(jì)中，預(yù)制柱中預(yù)埋的螺栓用以連接橫縱向的梁，在深化過(guò)程中，采用BIM技術(shù)對(duì)螺栓和鋼筋骨架的定位進(jìn)行檢查調(diào)整，有效避免橫縱向螺栓和鋼筋骨架在節(jié)點(diǎn)區(qū)打架碰撞的問(wèn)題。

3）由于每根柱和梁的外形均不相同，且螺栓內(nèi)螺紋套筒連接器的型號(hào)和位置也都不同，因此，在施工過(guò)程中采用BIM技術(shù)對(duì)每一根梁柱外形及埋件位置進(jìn)行建模（圖2），使得施工人員可以清晰地知道預(yù)制構(gòu)件的外形及內(nèi)部埋件位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件鋼筋綁扎、埋件設(shè)置等問(wèn)題的有效控制。

圖2 收費(fèi)管理用房BIM模型

2.3 構(gòu)件預(yù)制技術(shù)要點(diǎn)

螺栓連接構(gòu)件的預(yù)制難度在于錨固螺栓與螺栓連接器的安裝精度，所以螺栓群的定位是整個(gè)預(yù)制過(guò)程質(zhì)量控制的要點(diǎn)。單個(gè)螺栓和螺栓連接器的定位誤差要控制在±2 mm，預(yù)制過(guò)程中應(yīng)多次測(cè)量調(diào)整、減少誤差，保證安裝精度，提高施工安裝效率。

預(yù)制梁端的螺栓連接器安裝流程如下：

1）根據(jù)圖紙上螺栓連接器的位置制作定位板，定位板的制作精度為2 mm，通過(guò)螺栓將連接器固定在定位板上，采用木模成型連接器槽口。

2）以螺栓連接器為骨架，綁扎柱身鋼筋籠及連接器所需的附加鋼筋。

3）將模板安裝調(diào)整并固定，同步安裝其他預(yù)埋件，并在澆筑混凝土之前最后檢查螺栓連接器的定位，準(zhǔn)確無(wú)誤后澆筑混凝土。

4）待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求脫模后，完成脫模并將連接器槽口處清理干凈。

柱身梁柱間的內(nèi)螺紋套筒埋件都是彎折連接件，因此在綁扎柱身鋼筋籠的時(shí)候需提前把埋件放入，待鋼筋骨架入模后，再通過(guò)柱身模板上的螺栓定位孔精確調(diào)整螺栓位置。在模板孔上穿入臨時(shí)的螺絲，既可固定預(yù)埋螺栓，又可防止混凝土流入螺栓的內(nèi)螺紋套筒內(nèi)（圖3）。

基礎(chǔ)中預(yù)埋螺栓采用定加工的螺栓定位板進(jìn)行安裝定位，所有錨固螺栓穿入定位板中并通過(guò)上下螺母進(jìn)行限位擰緊。這個(gè)過(guò)程中需要控制螺栓的外露高度，外露高度需精確，不宜過(guò)高或過(guò)低，且螺栓頂面應(yīng)在同一水平面。

圖3 預(yù)制柱鋼筋綁扎

預(yù)埋螺栓組件在基礎(chǔ)鋼筋綁扎完成后放入鋼筋骨架中，精確測(cè)量定位預(yù)埋螺栓組件的位置，對(duì)組件的垂直度、空間位置、水平高度等進(jìn)行定位，防止在拼裝過(guò)程中使立柱產(chǎn)生傾斜、扭轉(zhuǎn)、相對(duì)間距過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短等問(wèn)題。

在組件定位完成后，將其與鋼筋骨架及基礎(chǔ)側(cè)模連接固定，防止在澆筑混凝土的過(guò)程中預(yù)埋螺栓跑位、傾斜?；炷翝仓B(yǎng)護(hù)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)外露螺栓，通過(guò)抹黃油、保鮮膜塑封及套保護(hù)管等方式對(duì)螺栓進(jìn)行保護(hù)，防止螺栓生銹、絲牙斷裂、扭轉(zhuǎn)傾斜（圖4）。

圖4 基礎(chǔ)埋件

2.4 構(gòu)件安裝技術(shù)要點(diǎn)

2.4.1 預(yù)制條形基礎(chǔ)安裝

1）預(yù)制基礎(chǔ)吊裝之前做好場(chǎng)地處理工作，澆筑厚墊層，并進(jìn)行坐漿層分倉(cāng)。

2）預(yù)制基礎(chǔ)吊裝就位過(guò)程中，精確測(cè)量基礎(chǔ)標(biāo)高及相對(duì)位置，柱埋件與柱埋件之間相對(duì)高程及距離，微調(diào)預(yù)制基礎(chǔ)。

3）預(yù)制基礎(chǔ)就位完成后，坐漿層內(nèi)壓入高強(qiáng)砂漿。

2.4.2 預(yù)制框架柱安裝

1）預(yù)制柱吊裝之前，拆下基礎(chǔ)螺栓上的保護(hù)措施，檢查螺栓和預(yù)制柱螺栓連接器底板孔的相對(duì)距離。

2）提前把螺栓的螺桿涂油，并試裝上下層螺母和墊片，根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)整好螺母墊片的標(biāo)高。

3）提前將下層螺母墊片安裝至要求標(biāo)高，起吊立柱，將柱底連接器孔對(duì)準(zhǔn)基礎(chǔ)頂部螺栓，垂直下放至螺栓冒出，安裝上層螺母墊片，柱身繼續(xù)下放至停穩(wěn)在下層螺母上，測(cè)量柱身垂直度并調(diào)直，擰緊上層螺栓固定立柱，在 預(yù)制柱校正完成后，采用扭矩扳手?jǐn)Q緊螺栓（圖5）。

2.4.3 預(yù)制框架梁安裝

1）提前在牛腿上放置調(diào)平墊板，調(diào)平使得梁端螺栓連接器的孔和柱身預(yù)埋的螺栓套筒位置對(duì)應(yīng)。

圖5 預(yù)制柱安裝過(guò)程

2）用吊機(jī)將預(yù)制梁吊至安裝位置，落在已經(jīng)調(diào)平后的墊板上。

3）把螺栓配套的全螺紋桿反擰進(jìn)套筒中，并用螺母墊片擰緊。

4）對(duì)接縫合模灌漿，使得接縫和螺栓連接器凹口全部灌滿填實(shí)（圖6）。

圖6 框架梁安裝過(guò)程

3 結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)螺栓連接技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用尚屬國(guó)內(nèi)首次。采用螺栓連接方式時(shí)，立柱吊裝通常需要3～4名工人，吊機(jī)把預(yù)制柱吊裝就位后，由工人擰緊螺栓后即可脫鉤，無(wú)需安裝臨時(shí)支撐。吊裝1根預(yù)制柱約需要10 min，對(duì)比傳統(tǒng)的預(yù)制柱連接方法，高強(qiáng)螺栓連接技術(shù)的施工速度非?？?。在預(yù)制柱校正完畢后，用模板將接縫一圈支模，進(jìn)行倒?jié){作業(yè)，整個(gè)過(guò)程不需要壓力灌漿工藝，僅簡(jiǎn)單的傾倒灌漿即可。

該技術(shù)在S7收費(fèi)廣場(chǎng)管理用房工程中成功應(yīng)用，2層框架結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)只需8名操作工人，安裝工期僅12 d，既節(jié)省了人力資源，又縮短了工程工期。同時(shí)，安裝施工不需要附加臨時(shí)支撐，也節(jié)省了支撐設(shè)備周轉(zhuǎn)的費(fèi)用。另外，采用該技術(shù)安裝時(shí)釋放了更多的施工空間，減少了施工工序，不僅安裝方便，而且質(zhì)量也得到了保證。這一預(yù)制拼裝施工技術(shù)，豐富了建筑預(yù)制裝配施工工藝，使建筑物采用預(yù)制裝配工藝建造的優(yōu)勢(shì)得到了進(jìn)一步的發(fā)揮。