裝配式豎向構(gòu)件自重式精準(zhǔn)連接施工技術(shù)

張 業(yè)，石中州，常群峰，齊 康，高 威，劉 恒

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著城市建筑業(yè)的發(fā)展，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，其中豎向構(gòu)件連接是保證裝配式結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，而豎向構(gòu)件連接質(zhì)量包含定位與套筒灌漿兩個(gè)核心工藝。裝配式豎向構(gòu)件的定位目前仍廣泛采用傳統(tǒng)梯子筋定位甩筋的方法，難以滿足裝配式施工的高精度要求，而采用灌漿機(jī)進(jìn)行灌漿，施工過程中漿體壓力不易控制，壓力過大導(dǎo)致爆倉，壓力過小拼裝接縫中的氣體難以排出，導(dǎo)致灌漿飽滿度不合格，極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)與安全的隱患。因此研究裝配式豎向構(gòu)件精準(zhǔn)連接方法對(duì)于提高裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量及保障現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)具有重要的工程意義。

近年來，許多學(xué)者對(duì)于裝配式混凝土豎向構(gòu)件的連接方式進(jìn)行了研究。韓錦建通過使用灌漿套筒和灌漿料得到一種高于鋼筋母材強(qiáng)度鋼筋連接方法；李新?lián)P等針對(duì)豎向構(gòu)件的對(duì)位和調(diào)整等問題進(jìn)行優(yōu)化和完善開發(fā)出的成套定位安裝施工工藝解決了豎向構(gòu)件精準(zhǔn)定位安裝難題；俞菱慶等通過積累多個(gè)PC 結(jié)構(gòu)工程灌漿實(shí)踐，分析提出了改進(jìn)灌漿施工及提高施工質(zhì)量的舉措；李永帥針對(duì)裝配式混凝土豎向構(gòu)件定位安裝施工技術(shù)進(jìn)行了探討和研究，提出了一種針對(duì)豎向構(gòu)件的成套定位安裝施工工藝；黃佳對(duì)裝配式混凝土主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中的重、難點(diǎn)問題進(jìn)行分析并總結(jié)裝配式建筑工程的成品質(zhì)量控制措施。從以上研究可以看出，學(xué)者們通過不斷的研究實(shí)踐，為提高裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量而努力，但裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝及質(zhì)量提升仍有很大空間。

因此，為了提高裝配式豎向構(gòu)件連接的施工質(zhì)量，改善裝配式豎向構(gòu)件的施工方式，進(jìn)而以降低成本、提升質(zhì)量、保證安全、節(jié)約能源，通過現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐逐漸形成了一套裝配式豎向構(gòu)件自重式精準(zhǔn)連接施工技術(shù)，對(duì)之后在裝配式建筑吊裝、注漿施工中具有一定的指引作用。

1 施工工藝原理

轉(zhuǎn)換層豎向構(gòu)件定位筋施工是裝配式施工質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)施工方法中定位筋施工一次合格率為85%～90%。本文利用┕40mm×4mm角鋼、?12mm 鋼筋、直螺紋套筒（套筒直徑依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定的轉(zhuǎn)換層墻體定位筋直徑來確定）預(yù)先焊制一個(gè)定型化套筒模具，施工時(shí)轉(zhuǎn)換層定位筋全部穿過模具上的套筒，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層定位筋100%精確定位，避免豎向構(gòu)件定位偏差過大帶來的一系列問題。

傳統(tǒng)施工采用電泵法灌漿，灌漿機(jī)壓力難以控制，施工過程中容易因壓力過大而發(fā)生“爆倉”，傳統(tǒng)電泵法灌漿飽滿度一次合格率為90%～92%。本文的自重法灌漿即應(yīng)用自重法灌漿裝置，其基本原理為灌漿料斗位置高于注漿位置而產(chǎn)生重力勢(shì)能差，灌漿料在重力作用下流注布滿豎向構(gòu)件連接部位，既滿足了灌漿的施工要求又避免了因壓力過大爆倉的問題。自重法灌漿的灌漿飽滿度一次合格率為97%～98%。自重法灌漿裝置示意圖如圖1 所示。

圖1 自重法灌漿裝置示意圖

溢漿孔塞采用邊緣帶棱的橡膠塞，灌漿時(shí)氣體從塞子邊緣空隙排出，灌漿料只能滲出少許，可以在充分排出氣體的同時(shí)最大限度減少灌漿料的溢出浪費(fèi)。傳統(tǒng)“拔塞法”的灌漿料溢出損耗為4.0%，采用該法的灌漿料溢出損耗為0.8%。

本次研究采用的施工主要機(jī)具設(shè)備有自制重力法灌漿裝置、變速強(qiáng)制攪拌機(jī)、定制鋼板套筒模具等，施工主要材料主要包括快速凝固漿料、溢漿孔塞、PHC 管等。

灌漿料采用單組分水泥基灌漿料，灌漿料的物理、力學(xué)性能應(yīng)滿足表1 要求，同時(shí)應(yīng)滿足國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求及灌漿套筒匹配的灌漿料性能要求。

表1 灌漿料性能指標(biāo)

坐漿料：水平預(yù)制構(gòu)件與豎向構(gòu)件連接部位坐墊砂漿的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于被連接構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，并應(yīng)滿足表2 的要求。

表2 坐漿砂漿性能要求

2 施工操作要點(diǎn)

2.1 定型化模具制作

利用┕40mm×4mm 角鋼、?12mm 鋼筋、直螺紋套筒（套筒直徑依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的轉(zhuǎn)換層墻體定位筋直徑）預(yù)先焊制1 個(gè)定型化套筒模具。施工時(shí)轉(zhuǎn)換層定位筋全部穿入模具上的套筒，通過模具來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層定位筋100%精確定位。以150mm 厚墻板（兩排間距100mm?18mm 定位筋）為例，用4 根角鋼（┕40mm×4mm）焊成長2 170mm、寬120mm 的矩形框架，框架內(nèi)側(cè)按照定位筋排布距離（圖3）焊裝直徑20mm 的鋼筋直螺紋套筒，中間焊裝間距400mm的?12mm（長度120mm）鋼筋作為支撐。定型化套筒模具加工示意圖如圖4 所示。

圖3 定型化套筒模具制作示意圖

圖4 定型化套筒模具制作剖面示意圖

2.2 定型化模具安裝

首先穿過3 根定位筋，確保定型化套筒模具水平方向安裝牢固；然后將模具下側(cè)鋼筋支腿壓在模板上，確保定型化套筒模具豎向安裝穩(wěn)定。

2.3 轉(zhuǎn)換層施工

1）轉(zhuǎn)換層鋼筋預(yù)留預(yù)埋 模具安裝完成后，在定型化套筒模具的套筒內(nèi)插入安裝定位鋼筋，調(diào)整定位筋高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后固定。

2）轉(zhuǎn)換層混凝土澆筑 轉(zhuǎn)換層混凝土澆筑過程中應(yīng)避免過振，振搗時(shí)快插慢拔，振搗過程中禁止振搗棒觸碰定型化模具。混凝土收面完成后拆除定型化模具。

3）轉(zhuǎn)換層定位筋位置復(fù)核 混凝土澆筑完成后，進(jìn)行測(cè)量放線，用定型化模具對(duì)鋼筋位置進(jìn)行二次校核，用水準(zhǔn)儀校核轉(zhuǎn)換層定位筋高度。不合格須及時(shí)進(jìn)行矯正。

2.4 豎向構(gòu)件安裝

豎向構(gòu)件安裝前首先選擇合理的吊裝工具并檢查構(gòu)件外觀質(zhì)量，然后將豎向構(gòu)件吊運(yùn)到安裝位置上方，吊裝工人拉住攬風(fēng)繩控制豎向構(gòu)件下降至安裝位置上方1m 左右，吊裝工人抓住豎向構(gòu)件兩端，緩緩下降，豎向構(gòu)件下方放置鏡子，觀察并確認(rèn)定位筋準(zhǔn)確插入豎向構(gòu)件的筋孔內(nèi)，再利用水準(zhǔn)儀、線墜、靠尺等測(cè)量工具進(jìn)行位置復(fù)核，之后安裝斜向支撐，加強(qiáng)豎向構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的連接，最后用專用吊具摘鉤。

2.5 灌漿準(zhǔn)備

自重法灌漿裝置制作根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料、數(shù)值計(jì)算和多次試驗(yàn)確定裝置具體尺寸如圖6 所示。

圖6 自重法灌漿設(shè)備制作示意圖

1）灌漿孔檢查 向灌漿孔中注入少量水檢查預(yù)留孔是否通暢。用錘子、鉆頭等工具對(duì)堵塞的灌漿孔進(jìn)行清理。

2）封堵溢漿孔 用邊緣帶棱的橡膠塞封堵溢漿孔，留1 個(gè)最低孔作為輸漿管與墻板的連接孔（灌漿孔）。

2.6 自重法灌漿

1）架設(shè)自重法灌漿設(shè)備，連接輸漿管與豎向構(gòu)件。輸漿管由包塑波紋軟管和PHC 管組成。PHC 管（直徑32mm）與豎向構(gòu)件連接，包塑波紋軟管一端與PHC 輸漿管連接，另一端與料斗連接，方便小范圍內(nèi)調(diào)整角度。豎向構(gòu)件與輸漿管連接圖如圖7、圖8 所示。

圖7 自重法灌漿設(shè)備架設(shè)照片

圖8 輸漿管與豎向構(gòu)件連接示意圖

2）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求與規(guī)范規(guī)定，選擇合理的攪拌方式攪拌灌漿料。攪拌均勻后，靜置約2～3min，待漿內(nèi)氣泡自然排出后再使用。灌漿料應(yīng)現(xiàn)拌現(xiàn)用，宜在加水后30min 內(nèi)用完。向料斗中加入灌漿料開始灌漿，每次加入一袋灌漿料（25kg），控制液面在料斗高度1/3 處，保持恒壓灌漿。灌漿時(shí)觀察排氣塞周圍有無灌漿料滲出，若所有溢漿孔塞邊緣均有灌漿料滲出且料斗內(nèi)漿體液面不再下降，則結(jié)束灌漿。

3）施工完成后及時(shí)清理作業(yè)面。散落的灌漿料拌合物不得二次使用，剩余的拌合物不得再次添加灌漿料、水后混合使用。

3 施工工藝效益分析

3.1 施工成本分析

傳統(tǒng)灌漿機(jī)注漿方法需要4 個(gè)人配合作業(yè)（攪拌灌漿料1 人，操控灌漿機(jī)1 人，灌漿1 人，塞堵溢漿孔1 人），自重法灌漿裝置僅需2 人即可完成灌漿作業(yè)（添加、攪拌灌漿料1 人，灌漿、塞堵溢漿孔1 人）。同樣的施工工序內(nèi)作業(yè)人數(shù)減少50%，有效降低了人工成本。同時(shí)采用邊緣帶棱的橡膠漿孔塞，減少了灌漿料的溢出損耗。以正弘新城3 號(hào)院總承包工程（裝配式建筑3 棟樓共81 層）為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，自重法灌漿比傳統(tǒng)施工方法節(jié)省費(fèi)用71.56 萬元。

采用自重法灌漿，與傳統(tǒng)的電泵法灌漿相比大幅減少施工用電，更加節(jié)能環(huán)保。同時(shí)溢漿孔塞采用邊緣帶棱的橡膠塞，灌漿時(shí)氣體從橡膠塞邊緣空隙排出，灌漿料只能滲出少許，可以在充分排出氣體的同時(shí)最大限度減少灌漿料的溢出而造成的浪費(fèi)。傳統(tǒng)“拔塞法”的灌漿料溢出損耗率為4.0%，該法的灌漿料溢出損耗率為0.8%，施工材料損耗降低80%，符合綠色施工、節(jié)約材料及環(huán)境保護(hù)的要求。

3.2 施工效率分析

與傳統(tǒng)的施工方法相比，采用定型化模具保證裝配式豎向構(gòu)件定位筋精確定位，降低裝配式豎向構(gòu)件定位安裝難度，提升了裝配式施工進(jìn)度；自重法灌漿裝置體積小重量輕，相比于傳統(tǒng)的電泵法灌漿，機(jī)具設(shè)備移動(dòng)更加自由，方便組織流水施工。采用傳統(tǒng)方法的裝配式施工效率一般為8.45m3/d/人，自重法灌漿施工效率為10.71m3/d/人，施工效率提高26.75%。以正弘新城3 號(hào)院總承包工程（7#樓裝配式施工采用傳統(tǒng)方法，8#樓裝配式施工采用本自重法灌漿）為例進(jìn)行工期效益分析，施工效率提高26.75%。

3.3 施工質(zhì)量分析

傳統(tǒng)施工方法豎向連接構(gòu)件定位安裝的一次合格率為90%～95%，本文通過制作專用定型化套筒模具，定型化套筒模具依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的定位筋平面分布規(guī)則來焊制鋼筋套筒，施工時(shí)轉(zhuǎn)換層定位筋全部穿過模具上的套筒，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層甩筋精準(zhǔn)定位，豎向連接構(gòu)件的安裝準(zhǔn)確度提高至100%，從根本上避免了豎向構(gòu)件定位偏差過大帶來的一系列問題。

傳統(tǒng)施工方法灌漿飽滿度一次合格率為85%～90%，本文通過應(yīng)用自重法灌漿裝置，利用重力勢(shì)能將灌漿料流注入豎向構(gòu)件連接部位，實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)不間斷灌漿與補(bǔ)漿。同時(shí)通過使用帶棱的溢漿孔橡膠塞，實(shí)現(xiàn)了灌漿過程中豎向構(gòu)件連接部位氣體的有效排出，灌漿飽滿度一次合格率達(dá)到98%。

4 結(jié)語

經(jīng)過裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)采用裝配式豎向構(gòu)件自重式精準(zhǔn)連接施工方法進(jìn)行施工對(duì)比分析得到以下成果。

1）減小定位偏差，確保灌漿飽滿度，提高施工質(zhì)量。

2）減少灌漿作業(yè)人數(shù)，降低施工人工成本。

3）降低施工難度，便于組織流水施工，提高施工效率。

4）節(jié)省施工用電，減少材料浪費(fèi)，符合綠色施工要求。

該施工方法相比其他傳統(tǒng)施工方法，從根源上解決了傳統(tǒng)施工方法帶來的質(zhì)量通病，另外在節(jié)省工期、降低成本、保證安全、節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等方面都得到了很大提升，為社會(huì)創(chuàng)造了利益、為企業(yè)贏得了名譽(yù)。