HPC保溫一體化外墻板施工技術*

孔令宇，彭 渤，莊鳳文，楊 錚，劉盛開

(中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430064)

1 工程概況

中國人民大學通州校區(qū)西區(qū)學部樓1期項目位于北京市通州區(qū)，東至暢和西路、西至前北營街、南至明德街、北至新校區(qū)內代征綠地。項目總建筑面積為54 500m2，其中地上建筑面積25 135m2，地下建筑面積29 365m2，由新聞學院樓、藝術學院樓、未來傳播創(chuàng)新中心3個學部樓組成，如圖1所示。地上5層，地下3層，最大建筑高度24m，為鋼框架結構，采用樁筏基礎，外檐主要采用高性能混凝土保溫一體化外墻板(下文稱HPC復合墻板)。

圖1 工程項目效果

該項目外檐充分體現(xiàn)各學院特色，新聞學院樓、未來傳播創(chuàng)新中心采用傳統(tǒng)的“人大紅”，并分別配以砂巖質感、燈芯絨肌理，與周邊教學建筑風格相協(xié)調；藝術學院樓采用油畫畫布肌理和木紋清水混凝土肌理，體現(xiàn)學院文化特色，同時，大面積采用玻璃，有機融合各面層效果，彰顯莊重的高尚品味。

為達到上述效果，外檐大面積應用HPC復合墻板，在保證外立面效果的同時，通過裝配式施工方法，大大減少工作量。

2 HPC復合墻板工程概況

2.1 HPC復合墻板特點

HPC復合墻板目前暫無相應設計、施工及驗收標準與規(guī)范，本文主要優(yōu)化HPC復合墻板的面層、防水構造形式、掛裝節(jié)點等。

HPC復合墻板由板材系統(tǒng)+斷熱鋁合金窗系統(tǒng)組成，整體在工廠一次澆筑成型，運至現(xiàn)場后進行吊裝施工即可。板材系統(tǒng)由內頁高性能混凝土板、夾心巖棉、外頁高性能混凝土板、鋁合金卡槽構成，內頁板、外頁板保溫巖棉整體在工廠由高性能混凝土一次澆筑成型，不使用螺栓等連接件。高性能混凝土具有抗壓和抗拉強度高、耐久性高、防火性能好[1]、面層做法多樣等特點。HPC復合墻板剖面如圖2所示。

圖2 HPC復合墻板剖面

應用高性能混凝土作為面板材料的同時，可在內部設置連續(xù)受力的背栓體系，以保證整個板塊與主鋼架連接的安全性。

HPC復合墻板支座體系采用一體化底座及鉤掛式掛件，可保證板塊進行三維調節(jié)，消除施工及結構誤差帶來的影響，確保施工安裝的可操作性和工程質量。

2.2 HPC復合墻板工程重難點

1)外立面效果要求高 該項目外檐效果要求較高，HPC復合墻板表面需顏色豐富、肌理多樣，部分效果如圖3所示。該項目HPC復合墻板共2 800塊，需制作不同模具近500套，其中新聞學院樓模具100套、藝術學院樓模具310套、傳播中心平板模具90套。保證HPC復合墻板的生產加工效果，是本工程重難點之一。

圖3 HPC復合墻板外立面效果

2)安裝精度要求高 HPC復合墻板作為內墻、保溫、外飾面一體化的墻板，單板較大，最大尺寸達2 083mm×6 050mm×450mm，最大板塊重2.8t，尤其是三棱鏡斜柱[2]、立面轉角，女兒墻、玻璃幕墻交界及地下庭院等部位對墻板安裝精度提出較高要求，且HPC復合墻板設計有標準板和較多非標準板，如何快速精準地進行安裝和工序穿插是施工難點。

同時，鋼結構施工存在允許誤差，但HPC復合墻板允許誤差小于鋼結構允許誤差，如何解決允許誤差對鋼結構、HPC復合墻板的影響是亟需解決的問題。保證板材安裝精度，是保證工程質量最重要的部分。

3)外檐滲漏風險高 外檐滲漏因素如下，缺一不可：①幕墻表面有縫隙；②縫隙周圍有水；③有水通過縫隙進入幕墻內部的作用(即壓力差)。實際情況中，外檐表面接縫處無法消除縫隙、雨水，只能通過消除作用使雨水不通過外壁縫隙進入等壓腔內部。由于不能消除內壁縫隙、壓差，可通過雨幕原理阻止雨水進入幕墻內壁，即通過外壁內、外兩側等壓，使水無法進入內壁，則內壁不會發(fā)生滲漏。然而，實際情況中很難達到完全等壓，因為外壁壓力一般由風作用引起，風荷載在空間、時間、環(huán)境等因素影響下均會發(fā)生變化，且風壓在幕墻外表面分布不均，導致外側壓力與壓力腔中的壓力始終不等，當外側壓力大于等壓腔壓力時，在幕墻開口處有雨水滲入等壓腔的情況。在此情況下，需考慮部分雨水通過開口進入腔體的可能，需將進入等壓腔的水及時排出[3]。

基于以上原理，HPC復合墻板采用對插接縫處防水構造，即在橫向接縫外側設置披水膠條，僅在2個單元組件連接處留1個小開口，使等壓腔與室外空氣流通，以維持壓力平衡，形成自上而下、自左到右的連續(xù)外壁體系，即幕(見圖4)。披水膠條可沿接縫阻止大量雨水滲入幕墻內部，僅開口處有少量雨水滲入，然后通過U形鋁合金型材(集水槽)沿豎框空腔下落進行分層集水，最后排至室外面板表面，且排水孔遠離接縫，可避免縫隙周圍水聚集，減少外墻滲漏風險。

圖4 HPC復合墻板防水構造

3 HPC復合墻板關鍵施工技術

3.1 主體鋼結構預埋

主體鋼結構生產加工前應進行圖紙深化，以確定HPC復合墻板的分格、定位，并通過計算減重處理HPC板，以滿足保溫效果及最外側鋼框架梁的抗傾覆要求。同時，應確定HPC復合墻板定位、連接方式、埋板要求，當鋼框架梁在工廠加工時，可將14mm厚的鋼埋板一并焊接加工。

3.2 施工測量

1)主體結構三維掃描 主體結構安裝完成后，應利用三維激光掃描儀檢測結構及外墻，以獲取三維修正BIM模型(見圖5)。對比設計師的三維模型后，進行修正深化設計，通過調整各板塊尺寸，保證安裝精度[4-5]。

圖5 三維點云掃描模型

2)放線 正式施工前，采用機器人放線全站儀進行放線，完成復雜面空間點定位，提高放線精準度、放線效率，在地面輕松完成高大空間的高空點定位，減少高空作業(yè)安全隱患。

3.3 鋼底座焊接

在鋼底座中間設置15mm厚鍍鋅加勁鋼板，每2塊HPC復合墻板共用1個鋼底座。將鋼底座焊接于主體結構鋼梁的鋼埋板上。正式焊接前，再次利用全站儀復測定位鍍鋅鋼埋件位置，根據復測位置進行焊接。

3.4 轉接件安裝

選用15mm厚鍍鋅鋼板制成L形轉接件，每2塊HPC復合墻板共用1個鍍鋅鋼轉接件。

采用全站儀復測定位上掛點，將鍍鋅鋼轉接件通過不銹鋼螺栓固定在鍍鋅鋼底座上。下掛點經全站儀復測定位后，將鍍鋅鋼轉接件直接焊接至鋼底座上。

3.5 墻板掛裝

HPC復合墻板在工廠加工后，使用塑料保護膜包好，并安裝膠墊、鋼架，每6塊墻板進行裝車，運至現(xiàn)場后堆放至指定堆場，待現(xiàn)場掛裝時從堆場二次轉運至施工地點。安裝鍍鋅鋼轉接件后，使用25t汽車式起重機配合曲臂登高車吊裝HPC復合墻板。采用放線機器人和人工全站儀確定HPC復合墻板的安裝標高、位置后，利用起重機吊裝HPC復合墻板。

在工廠加工HPC復合墻板時，將頂部板材內預留2組(每組2個)M20螺栓套筒，并在鋁合金卡槽相應位置開槽。將板材運至現(xiàn)場后，使用不銹鋼卡槽將12mm厚特質精密不銹鋼吊耳鎖緊在鋁合金卡槽內，并使用M20×80螺栓擰緊至板材頂部。安裝完板材后，及時拆下吊耳，吊耳可周轉使用。

由于最大的HPC復合墻板塊重2.8t，故選用18號鋼絲繩和3.3t規(guī)格的卸扣，將卸扣安裝在HPC復合墻板預制吊裝耳板上，使用起重機垂直吊運整塊墻板至安裝部位，豎直將墻板落入鋁合金卡槽內，如圖6所示。

圖6 HPC復合墻板吊裝示意

各HPC復合墻板間采用鋁合金卡槽相連，僅能通過公卡槽插入母卡槽的形式連接，因此水平安裝順序需保證整樓外檐由起始安裝點向另一側方向安裝，豎向安裝為完成下層安裝后，方可安裝上一層的HPC復合墻板。在施工電梯等需要中間預留HPC復合墻板的部位，應反裝左右兩側的鋁合金槽，以保證現(xiàn)場安裝。

HPC復合墻板掛裝到位后，將墻板鍍鋅鋼掛件插入鍍鋅鋼轉接件中，在墻板鍍鋅鋼掛件上設置不銹鋼調節(jié)螺栓并擰緊，再將HPC復合墻板從鍍鋅鋼轉接件上頂出，微調墻板定位并經全站儀復測，確定墻板安裝到位后，擰緊上下掛點所有鍍鋅鋼轉接件與HPC復合墻板鍍鋅鋼掛件間的固定螺栓，完成墻板安裝與固定。鍍鋅鋼底座、鍍鋅鋼轉接件、鍍鋅鋼掛件與HPC復合墻板整體組裝如圖7所示。

圖7 HPC復合墻板掛接組件

安裝完一整面墻體后，采用全站儀復核各墻板拼縫處及整面墻體的平整度，及時調整有問題的墻板板塊。通過驗收后，應在墻板拼縫處按照設計要求進行打深膠處理，并清洗、保護墻面。

3.6 質量控制措施

1)安裝質量要求 HPC復合墻板內頁板內面與預制混凝土結構凈距應≥40mm，與現(xiàn)澆混凝土結構凈距應≥50mm，與鋼結構凈距應≥40mm；HPC復合墻板與主體結構連接點在上下、左右、前后方向內的調節(jié)空間凈距應≥25mm。

安裝后的HPC復合墻板外立面線條應清晰、層次分明、表面平整、曲面過渡光滑，整體效果應達到建筑設計要求，表面應潔凈，顏色、質感應符合樣板要求。豎向構件應保證垂直度，HPC復合墻板立面3m高度垂直度偏差應≤5mm，立面15m高度垂直度偏差應≤10mm，立面30m高度垂直度偏差應≤20mm。橫向構件應保證平直度，單個HPC復合墻板頂部標高與設計標高偏差應≤10mm，相鄰構件頂部標高偏差應≤5mm。HPC復合墻板間的接縫應平直、均勻，不得有歪斜、錯臺及邊角損壞。HPC復合墻板長度≤6m時，接縫寬度與設計寬度偏差應≤5mm，HPC復合墻板長度>6m時，接縫寬度與設計寬度偏差應≤10mm。相鄰HPC復合墻板面內錯臺偏差應≤5mm，與主體結構相連的連接件定位偏差應≤5mm。

2)安裝質量控制措施 由于鋼結構與HPC復合墻板均存在多種類型的構件，預制完鋼結構構件與HPC板后，應在每塊構件或板上貼二維碼作為唯一標識。二維碼包含構件或板的編號、位置、生產安裝等信息。嚴格實行樣板引路制度，推行樣板墻制度。進場初期，制作HPC復合墻板大樣，并對墻板進行相關試驗，直至墻板質量滿足外墻要求，當確定墻板材料配合比后，應出具檢驗報告。同時，同步啟動墻板外立面效果認樣工作，通過調整外立面細節(jié)，達到建筑要求的效果。確定墻板材料后，應在施工現(xiàn)場選定樣板區(qū)域安裝樣板，并調整樣板墻面平整度，最后邀請業(yè)主單位、設計單位、監(jiān)理單位等共同進行驗收，確定工藝做法。樣板引路制度便于在施工前就確定新工藝，經過檢查監(jiān)督，把問題解決在大面積施工前，樣板做好并經各單位聯(lián)合驗收后方可進入大面積施工。

對整個施工過程實行工序操作掛牌制，各工序堅持自檢、專業(yè)檢、交接檢制度，做到工前有交底、過程有檢查、工后有驗收的操作管理方式，以確保工程質量，避免返工。嚴格執(zhí)行施工員、質檢員旁站制度，安裝過程中應確保每道工序都滿足質量要求。建立質量過程控制系統(tǒng)，要求全部管理人員深入理解、無條件執(zhí)行質量管理程序。

3)質量信息專項反饋制度 質量信息專項管理工作由質檢部具體負責，做好收集、匯總、分析質量信息等工作。在設置專門施工員、質檢員旁站的同時，組織專項檢查小組抽查各施工作業(yè)面，及時將信息反饋到相關部門，并督促整改。此外，組織專人負責材料運輸、堆放等，并匯總分析信息資料。在做好質量反饋記錄的同時，應進行研究處理、統(tǒng)計分析，以找出問題，并提出改進、攻關方案，使反饋的信息及時發(fā)揮作用。

3.7 成品保護

1)出廠包裝保護 HPC復合墻板角部均設有專門的護角，在底部墊有木方或其他皮質墊塊，墻板表面應全部覆蓋包裝膜，墻板運輸架應安裝牢靠。

2)超大墻板運輸保護 運送HPC復合墻板時，需用專用保護制品保護四角等露出部件，使用繩子進行固定，防止倒塌。

3)工地現(xiàn)場成品保護 將HPC復合墻板運至現(xiàn)場后，應設置專用堆放場地，方便周轉架運輸、裝卸、存放，專用堆放場地應設在雨水淋不到且通風良好的位置。將HPC板塊依照先出后進的原則進行排列放置，防止多次搬運導致HPC板塊發(fā)生損壞、變形。HPC板塊應避免直接疊層堆放，防止因重力作用導致變形或損壞。使用塑料保護膜，同時在內、外表面涂刷保護膜。

4)安裝后成品保護 當板塊安裝就位后，在室內表面貼上警告標識，并派專人反復巡視板塊安裝完工層，阻止破壞及污染行為，并及時修復表面痕跡。

4 結語

1)HPC復合墻板作為裝配式一體化外墻板，為裝配式混凝土構件發(fā)展提供新方向，通過幕墻系統(tǒng)掛接組件，將傳統(tǒng)預制剪力墻構件轉換為幕墻系統(tǒng)，并借鑒雨幕設計原理，優(yōu)化HPC復合墻板的風壓變形性能、雨水滲透性能、空氣滲透性能，使其滿足外圍護結構要求。

2)HPC復合墻板通過整合外檐裝飾系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、窗系統(tǒng)等，大大減輕幕墻工程質量對工人技能、施工環(huán)境的依賴性。相比單元幕墻系統(tǒng)，HPC復合墻板的外飾面效果更好，多樣性與選擇性更多，更具生命力。相比裝配式混凝土外墻板和傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土剪力墻，HPC復合墻板一體澆筑成型，整體性、防滲漏、抗風壓性能更好，工程質量較高。

3)通過鋼埋板、鍍鋅鋼埋件、鍍鋅鋼L形轉接件與HPC復合墻板鍍鋅鋼掛件相焊接、栓接，并通過各鋼構件間的定位調整及螺栓調節(jié)作用，對HPC復合墻板進行三維調節(jié)。在工廠內預制HPC復合墻板，大大降低現(xiàn)場施工難度，提升施工效率、縮短工期。