預(yù)制裝配式混凝土住宅施工關(guān)鍵技術(shù)研究

任程云

（濟南一建集團有限公司，山東 濟南 250000）

引言

裝配式建筑將建筑物拆解為不同部分，按照標準化的生產(chǎn)方式在工程進行預(yù)制造，將成品運輸?shù)浆F(xiàn)場后采用拼裝的方式將各個構(gòu)件組成建筑整體，因此具有現(xiàn)場安裝快速、施工簡單、對人員素質(zhì)要求較低等優(yōu)點，使得裝配式建筑的比例日益提升[1-2]。盡管如此，制約裝配化建筑發(fā)展的因素仍眾多，比如裝配式構(gòu)件的連接工藝、連接節(jié)點的抗震性能、結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接位置的防火性能等。由此，研究和控制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的質(zhì)量顯得尤為重要[3]。

1 工程概況

山東省濟南市某房地產(chǎn)項目總用地面積111 411.5 m2（約合167.11 畝），總建筑面積323 247.82 m2。其中：住宅建筑面積221 670.65m2，商業(yè)用房建筑面積15 504.66 m2，幼兒園建筑面積3 575.5 m2，社區(qū)公共服務(wù)用房面積1 526 m2，物業(yè)用房建筑面積為948 m2，地下建筑面積79 833 m2。本項目建設(shè)內(nèi)容為26 棟高層住宅樓、7 棟多層住宅樓、10 棟商業(yè)裙房、2棟3 層幼兒園用房、1 棟3 層社區(qū)服務(wù)用房及物業(yè)管理用房、地下車庫等配套設(shè)施的建設(shè)。高層住宅樓采用裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配率≥60%。

2 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工過程關(guān)鍵技術(shù)分析

如圖1 所示，預(yù)制裝配式混凝土建筑施工是通過在工廠將建筑結(jié)構(gòu)分成柱體、梁體、墻體、樓梯、陽臺等構(gòu)件進行預(yù)制，隨后運輸至現(xiàn)場按照設(shè)計圖紙進行吊裝拼接，連接方式有套筒灌漿連接、現(xiàn)澆連接等方式，達到“等同現(xiàn)澆”的效果，以形成整體的建筑結(jié)構(gòu)[4]。

圖1 預(yù)制裝配式混凝土建筑的拆解

預(yù)制構(gòu)件的連接質(zhì)量是控制建筑結(jié)構(gòu)受力以及抗震性能的關(guān)鍵，現(xiàn)場拼接的施工工藝主要關(guān)鍵節(jié)點為柱與基礎(chǔ)的裝配連接、柱與柱的裝配連接、柱與梁的裝配連接[5]。在柱與基礎(chǔ)的裝配連接中，目前比較成熟的連接方式多樣，最為常用的形式有2 種。其一，采用杯形基礎(chǔ)作為承接口，將預(yù)制框架柱插入承接口中，然后澆筑水泥砂漿進行固結(jié)；其二，密封鋼管插筋法，其具體的施工方式是通過柱子預(yù)留搭接長度的受力主筋，插入基礎(chǔ)預(yù)埋的密封鋼管中，密封鋼管的直徑大于主筋約10 mm 左右，以便于其插入，隨后便采用高強砂漿進行灌注。

在柱與柱的裝配連接中，按連接節(jié)點的剛度大致可以分為2 種連接方式，即剛性連接和鉸接連接（包括鋼筋套筒灌漿連接，見圖2）[6-7]。一般而言，對于低層的預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)可以采取砂漿現(xiàn)澆的方式將預(yù)制柱連接起來，這種接頭的構(gòu)造適用于柱的受力為小偏心情況，不會出現(xiàn)拉應(yīng)力導(dǎo)致節(jié)點受拉破壞；而對于多層預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)則需要對柱連接節(jié)點進行加強，可采取卯榫式連接、杯口填充高強砂漿式連接和砂漿配合錨固件連接。

圖2 預(yù)制裝配式混凝土建筑柱與柱之間的灌漿套筒連接

在梁與柱的裝配連接中，其鋼筋套筒灌漿連接的施工流程[8]：①將預(yù)制的混凝土框架梁采用起重機調(diào)放到設(shè)計位置，并在柱子上設(shè)置臨時支撐點；②設(shè)置普通消能鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋，為了保證普通消能鋼筋梁柱安裝完成前具有一定的自由段長度，需要采取一定的施工措施確保其能夠在受荷作用下自由伸縮；③采用高強灌漿料將梁柱的接縫進行填充澆筑，也可以采用纖維砂漿進行接縫澆筑，無論何種填充材料，梁柱之間均需預(yù)留約2 cm 的空隙，以便砂漿的流入，也方便安裝出現(xiàn)偏差時進行調(diào)整；④對預(yù)應(yīng)力鋼筋進行張拉，張拉工藝與一般預(yù)應(yīng)力混凝土框結(jié)構(gòu)張拉施工一致。本研究中的預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制板之間的連接節(jié)點，按照高效可靠的原則均采用鋼筋套筒灌漿連接，施工材料采用單組分水泥基灌漿料，灌漿料的物理、力學(xué)性能見表1。

表1 與灌漿套筒匹配的灌漿料性能要求

3 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點連接質(zhì)量施工檢測

3.1 阻尼振動法灌漿缺陷檢測的基本原理

阻尼振動法是通過在灌漿鋼筋套筒內(nèi)預(yù)先埋設(shè)阻尼傳感器，并給灌漿鋼筋套筒激勵一定的振動，阻尼傳感器與鋼筋套筒、固結(jié)灌漿組成的系統(tǒng)產(chǎn)生振動響應(yīng)，由于系統(tǒng)內(nèi)部存在摩擦和阻力，受到灌漿飽和度的不同的影響，阻尼傳感器與鋼筋套筒之間的振動頻率和振幅將產(chǎn)生明顯差異。當灌漿鋼筋套筒沒有充填水泥漿液時，阻尼傳感器監(jiān)測到的波形就出現(xiàn)反復(fù)震蕩，振動周期較小，存在多個振動波幅，衰減速度較慢；當灌漿鋼筋套筒充滿水泥漿液時，阻尼傳感器與鋼筋套筒、固結(jié)灌漿組成的系統(tǒng)可以認為是一個均勻連續(xù)的固體介質(zhì)，不存在固體與空氣的界面，因此當鋼筋套筒受到激發(fā)后，阻尼傳感器監(jiān)測到的波形會迅速收斂，振動周期相對較大，存在少量振動波幅，衰減速度迅速；當灌漿鋼筋套筒的充填飽和度介于無灌漿和完全灌漿之間時，阻尼傳感器監(jiān)測到的波形振幅、頻率衰減等變化也介于兩者之間。在實際灌漿質(zhì)量控制中，可以建立振動波幅-時間與灌漿飽和度之間的對應(yīng)關(guān)系，達到判別灌漿施工質(zhì)量的目的。

3.2 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點連接質(zhì)量施工檢測效果驗證

圖3 為現(xiàn)場實測灌漿鋼筋套筒節(jié)點無灌漿和灌漿飽和的阻尼振動曲線。從圖中可以看出，在鋼筋套筒無灌漿時，其振動幅度出現(xiàn)反復(fù)震蕩，無量綱振幅呈現(xiàn)正負對稱，持續(xù)較長的時間（t=5 s）才能達到趨于0 振幅，連接正負波幅的極值，可以發(fā)現(xiàn)其波幅的衰減規(guī)律符合指數(shù)衰減規(guī)律；在鋼筋套筒灌漿飽滿時，其振動波幅較少，衰減速度較快，在2 s 的時間內(nèi)達到無振動，無量綱振幅呈現(xiàn)正負對稱，連接正負波幅的極值，可以發(fā)現(xiàn)其波幅的衰減規(guī)律符合指數(shù)衰減規(guī)律；擬合阻尼振動與時間的關(guān)系如公式（1）所示。

圖3 現(xiàn)場實測灌漿鋼筋套筒節(jié)點無灌漿和灌漿飽和的阻尼振動曲線

式中，At為任意時刻t 的無量綱振幅，A 為初始無量綱振幅，w 為相位，ζ 為阻尼指數(shù)，t 為阻尼時間。

當振幅鋼筋套筒無灌漿時，其頻率f=1.0，初始無量綱振幅A=1.0，阻尼指數(shù)ζ=0.1；當振幅鋼筋套筒無灌漿時，其頻率f=1.0，初始無量綱振幅A=1.0，阻尼指數(shù)ζ=0.3。

對項目的梁柱、柱柱、梁板連接節(jié)點各抽取5 個監(jiān)測點，采用阻尼振動法進行監(jiān)測，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，采用阻尼振動法可以很好地對灌漿連接套筒的質(zhì)量進行判別，在梁柱連接節(jié)點中，存在1 個欠飽滿監(jiān)測點，其阻尼指數(shù)為0.22，阻尼時間為5.58 s，其余均為灌漿飽滿狀態(tài)；在柱柱連接節(jié)點中，存在2 個欠飽滿監(jiān)測點，其阻尼指數(shù)分別為0.28、0.20，阻尼時間為5.26 s、4.88 s，其余均為灌漿飽滿狀態(tài)；在梁板連接節(jié)點中，存在1 個無充填監(jiān)測點，其阻尼指數(shù)分別/0.1，阻尼時間為6.01 s，其余均為灌漿飽滿狀態(tài)。

表2 不同連接節(jié)點位置阻尼振動法監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)論

以山東省濟南市某房地產(chǎn)建設(shè)工程預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工為研究對象，基于裝配式建筑施工的總體施工工藝流程，采用沖擊回波法對裝配式構(gòu)件的連接節(jié)點施工質(zhì)量進行監(jiān)測，得到以下幾個結(jié)論：

（1） 現(xiàn)場拼接的施工工藝主要關(guān)鍵節(jié)點主要有預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制板之間的連接，按照高效可靠的原則均采用鋼筋套筒灌漿連接，并確定了灌漿料的性能要求。

（2） 建立阻尼振動波形與灌漿不同密實程度的相關(guān)關(guān)系，識別阻尼波遇到不同密實程度灌漿的響應(yīng)特征，結(jié)果表明，鋼筋套筒無灌漿時，其振動幅度出現(xiàn)反復(fù)震蕩，無量綱振幅呈現(xiàn)正負對稱；在鋼筋套筒灌漿飽滿時，其振動波幅較少，衰減速度較快；波幅的衰減規(guī)律符合指數(shù)衰減規(guī)律。

（3） 采用阻尼振動法進行鋼筋套筒灌漿連接點的現(xiàn)場測試，測試表明梁柱連接節(jié)點存在1 個欠飽滿監(jiān)測點；在柱柱連接節(jié)點中，存在2 個欠飽滿監(jiān)測點；在梁板連接節(jié)點中，存在1 個無充填監(jiān)測點，阻尼振動法能夠準確地判別鋼筋套筒的灌漿質(zhì)量，有利于裝配式建筑存在缺陷節(jié)點的整治，保障裝配式建筑的整體安全性能。