裝配式建筑施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

楊學(xué)昆

（中鐵六局集團豐橋橋梁有限公司，北京 100075）

1 裝配式建筑概述

裝配式建筑主要有混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)3 種結(jié)構(gòu)形式。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑因自身使用年限和結(jié)構(gòu)耐久性等問題，在民用建筑中應(yīng)用較少；木結(jié)構(gòu)屬于特種結(jié)構(gòu)，僅作為低層民用建筑和特種建筑形式被應(yīng)用。裝配式混凝土建筑相比于傳統(tǒng)建筑模式而言，其有本質(zhì)上的優(yōu)勢，成為應(yīng)用廣泛的裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式[1]。

裝配式混凝土建筑是將傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土部分在預(yù)制工廠中制作完成，采用統(tǒng)一設(shè)計、預(yù)制模具后進行標準化的生產(chǎn)，并且在生產(chǎn)過程中采用現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝與管理技術(shù)，從而保證預(yù)制構(gòu)件在規(guī)格、質(zhì)量等方面都能非常穩(wěn)定，而后將構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再按照工藝標準進行安裝的施工形式。裝配式最大的特點是可以連續(xù)地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進場的工程機械種類和數(shù)量，將過去各個工序之間的時差消除，理論上能夠做到各個工序間的無縫銜接，從而提高工效。另外，因裝配式建筑的構(gòu)件不在現(xiàn)場進行施工，能夠減少資源消耗以及建筑垃圾，隨之降低施工成本。本文對裝配式混凝土建筑施工工藝進行研究[2]。

2 裝配式建筑的優(yōu)勢

2.1 提升建筑質(zhì)量

裝配式混凝土構(gòu)件均是在工廠預(yù)制完成，通過現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝和科學(xué)的生產(chǎn)管理方式進行標準化的生產(chǎn)。運送至現(xiàn)場后進行安裝即可。對于裝配式建筑，其質(zhì)量控制點相對較少，且控制過程相對簡單，通過控制生產(chǎn)過程的材料選擇和預(yù)制過程，可保證生產(chǎn)出合格的構(gòu)件，從而保證整體建筑的施工質(zhì)量。

2.2 優(yōu)化空間利用與房屋格局

預(yù)制混凝土墻板、疊合板的強度均高于現(xiàn)澆施工的同類混凝土結(jié)構(gòu)，使用裝配式構(gòu)件進行施工的房屋通常具有跨徑大、開間大的特點，對于房屋空間分割、功能分區(qū)等室內(nèi)設(shè)計的約束減少，能夠優(yōu)化空間利用，使房屋格局更合理[3]。

2.3 提升施工效率

相對于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土工程，裝配式建筑的施工工藝更簡單，效率更高。以預(yù)制率約為35%的30 層高層住宅為例，相比于同規(guī)模的混凝土建筑項目，建筑工期能縮短20%以上，施工人數(shù)能減少70%，且建筑無須額外的室內(nèi)外抹灰工程，能夠有效降低粉塵、噪聲污染，減少建筑垃圾，生產(chǎn)成本也隨之降低。

3 裝配式建筑施工技術(shù)研究

3.1 設(shè)計階段

若目標建筑欲采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)形式，則需在設(shè)計階段即進行專項設(shè)計。除傳統(tǒng)建筑的設(shè)計要點之外，要明確現(xiàn)澆位置與預(yù)制位置的分割處；明確預(yù)制構(gòu)件的尺寸、強度、材料選用與性能約束；各分項工程之間的協(xié)調(diào)與預(yù)留；明確設(shè)計構(gòu)件在實際施工中的應(yīng)用，是否便于運輸與吊裝。

3.2 構(gòu)件預(yù)制、運輸階段

構(gòu)件預(yù)制是裝配式建筑施工中的重要階段，該階段對構(gòu)件質(zhì)量有極大的影響，對目標工程的結(jié)構(gòu)安全、使用年限等也有決定性作用。構(gòu)件預(yù)制之前，需明確設(shè)計方案中構(gòu)件的種類、尺寸、形狀能否進行澆筑和運輸；評判預(yù)制過程和運輸過程的風(fēng)險；對于尺寸較大的部分，能否進行分割預(yù)制；預(yù)制后強度與現(xiàn)澆強度的對比，以確定最終裝配方案。

明確構(gòu)件預(yù)制方案后，即可進行預(yù)制工作。預(yù)制過程中，所選用的材料需進行規(guī)范驗收，對不符合規(guī)定的材料嚴禁應(yīng)用于構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)中。由于混凝土澆筑完成后很難對鋼筋進行質(zhì)量驗收，故在鋼筋綁扎階段，應(yīng)嚴格按照設(shè)計方案的鋼筋型號、數(shù)量、位置、連接方式進行鋼筋綁扎，然后進行鋼筋工程專項驗收后再進行混凝土澆筑[4]。

構(gòu)件澆筑預(yù)制完成后，要進行質(zhì)量驗收和養(yǎng)護工作。裝配式混凝土構(gòu)件需有至少14 d 的養(yǎng)護期才能達到最終強度以供工程使用。養(yǎng)護過程中要注意混凝土構(gòu)件的成品保護，養(yǎng)護完成運輸至項目之前，再進行一次強度檢驗和鋼筋外觀檢驗，禁止將不合格的構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場。

在構(gòu)件的運輸過程中，對于有預(yù)留鋼筋的構(gòu)件，鋼筋預(yù)留段應(yīng)盡量避免承重，防止在運輸過程中由于鋼筋頻繁受力而出現(xiàn)質(zhì)量問題。運輸過程需可靠固定，盡量避免構(gòu)件重疊放置，若無法避免構(gòu)件重疊放置，需考慮局部壓強是否會對構(gòu)件的強度造成影響。構(gòu)件運輸至現(xiàn)場后，應(yīng)注意檢查是否被破壞。

由于預(yù)制構(gòu)件尺寸較大且難以堆放，施工現(xiàn)場通常不能存放大量的構(gòu)件材料，故構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)進度應(yīng)與施工現(xiàn)場進度相符，避免構(gòu)件在施工現(xiàn)場大量存放，以及臨時性生產(chǎn)造成的養(yǎng)護時間不足。可采取動態(tài)溝通、動態(tài)排產(chǎn)的形式保證構(gòu)件預(yù)制按需生產(chǎn)。

3.3 施工階段

目前，大部分裝配式建筑并非所有結(jié)構(gòu)均采用預(yù)制構(gòu)件，多數(shù)非承重結(jié)構(gòu)仍采用現(xiàn)場澆筑與裝配施工相結(jié)合的形式。根據(jù)設(shè)計方案，做好地下工程和底層的施工工作，在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)強度達標、驗收合格后即可進行后續(xù)裝配施工。進行裝配施工前，先確定結(jié)構(gòu)的控制線和標高以及安裝位置，檢查預(yù)留鋼筋情況，在準備工作完成后進行構(gòu)件的起吊。

構(gòu)件起吊后調(diào)整到最佳位置，并由施工人員輔助構(gòu)件下落到正確位置，確保預(yù)留鋼筋與構(gòu)件預(yù)留洞之間準確匹配，而后進行可靠的臨時固定，同時進行垂直度校準。待構(gòu)件完全落下，與樓板垂直度符合要求且臨時固定完成后，即可進行灌漿工作。灌漿使用的水泥砂漿應(yīng)符合強度要求，使用專門灌漿設(shè)備進行構(gòu)件的灌漿工作，并注意砂漿灌注盈滿。灌漿完成并達到目標強度后，即可進行臨時固定設(shè)施的拆除。

預(yù)制施工的基本順序是預(yù)制墻板、預(yù)制剪力墻、疊合陽臺板和空調(diào)板、預(yù)制樓梯和其他構(gòu)件等，若采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與預(yù)制結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式且存在施工位置的交叉，需先進行預(yù)制構(gòu)件的安裝后進行澆筑工作，在每個樓層的所有預(yù)制構(gòu)件安裝完成后進行預(yù)制樓板安裝，而后重復(fù)以上環(huán)節(jié)，直至完成整棟建筑的施工[5]。

4 裝配式建筑案例分析

4.1 項目概況

案例工程位于北京市門頭溝區(qū)，該建筑為普通民用住宅建筑，周邊環(huán)境對建筑施工無特殊影響。項目無特種用途，對于防火、抗震、結(jié)構(gòu)強度等參照現(xiàn)行國家標準。項目地塊1 為住宅混合公建項目，地塊2 為居住項目，建筑最高層數(shù)26 層。項目總用地面積為32 000 m2，包含地下工程與地上工程。

4.2 施工設(shè)計與前期準備

項目設(shè)計工作由當(dāng)?shù)鼐哂匈Y質(zhì)的設(shè)計單位進行，為便于實現(xiàn)目標功能，同時，基于施工便捷性和成本控制原則，計劃對項目主樓的1～3 層和地下工程之外的部分采用裝配式施工，裝配式構(gòu)件主要有外墻板、部分剪力墻、樓板、陽臺及空調(diào)板、樓梯，其余部分采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。該設(shè)計方案經(jīng)審查能夠滿足建設(shè)方的需求，并與建設(shè)方達成一致意見，實際施工將依照此方案進行。

確定設(shè)計方案后，先進行深化設(shè)計，根據(jù)工程圖紙和甲方給定的設(shè)計框架，對該工程中的所有外墻墻板進行分割，裝配式構(gòu)件的最大尺寸為3.4 m×8 m，最小尺寸為3.4 m×2.5 m，經(jīng)驗證，該尺寸范圍不會影響預(yù)制、運輸和安裝過程。

由于該工程開間變化范圍較大，且在6 層以上的設(shè)計用途為公寓，故對剪力墻采用現(xiàn)澆與預(yù)制相結(jié)合施工的方式，對于公寓部分的小尺寸剪力墻，采用現(xiàn)澆施工，對于辦公區(qū)大開間剪力墻，采用裝配式施工，裝配尺寸能夠滿足要求。該工程的陽臺板、空調(diào)板為常見尺寸，可采用整件預(yù)制的形式。該工程樓梯為平行雙跑樓梯，可采用整件預(yù)制的形式。至此，工程內(nèi)的構(gòu)件分割工作已經(jīng)完成，經(jīng)細微調(diào)整和反向驗證，最終確定構(gòu)件的分割和預(yù)制方案。

該建筑單位計劃采用預(yù)制構(gòu)件外采的形式，通過對市場調(diào)研和尋源，對比價格、供應(yīng)商資質(zhì)、服務(wù)能力等，最終確定中鐵六局集團豐橋橋梁有限公司為該項目的裝配式構(gòu)件供應(yīng)商。該供應(yīng)商生產(chǎn)能力強、經(jīng)驗豐富，有專業(yè)的運輸措施，具有相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營資質(zhì)。

4.3 項目施工流程

本項目在進行準備工作的同時即開始項目規(guī)劃與施工，在進行場地平整、通水通電通路、生活區(qū)建設(shè)等前置工作完成后，項目正式進入施工流程。按照既定施工方案進行地下工程的施工工作，而后進行建筑1～3 層的混凝土施工工作。在進行地下工程與混凝土工程的施工中，嚴格遵循施工標準與技術(shù)方案，并進行多次驗收確保工程合格。

進行第3 層混凝土澆筑時，項目聯(lián)系構(gòu)件經(jīng)銷商進行訂貨，首批構(gòu)件內(nèi)容為4 層1 單元的構(gòu)件，約定進場時間為15 d后，經(jīng)銷商進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在此過程中，現(xiàn)場進行裝配式技術(shù)交底、技術(shù)人員選用、塔吊設(shè)備安裝調(diào)試。同時，對后續(xù)構(gòu)件進行訂貨，約定進場時間為每天進場一個單元的構(gòu)件，連續(xù)進場3 d 后暫停進場1 d，以此類推。

15 d 后，建筑第3 層混凝土已達最大強度，此時首批構(gòu)件進場，進行質(zhì)量驗收合格后，將構(gòu)件暫存于施工樓棟周圍的空場地，同時，準備進行構(gòu)件安裝工作。構(gòu)件安裝施工時，將構(gòu)件起吊到指定位置，確保預(yù)留鋼筋對位正確，采取可靠的臨時固定措施，而后進行下一塊構(gòu)件的吊裝和固定；另一班組進行灌漿施工；直至所有外墻板吊裝安裝完成并已灌漿。而后進行預(yù)制剪力墻和預(yù)制樓梯的安裝，同時，進行現(xiàn)澆部分的施工工作。每個樓層的預(yù)制構(gòu)件安裝和附屬部分施工完成后進行樓板的吊裝，并利用1 d 的時間對已經(jīng)施工的工程部分進行加強和驗收，待強度達標后，即可重復(fù)上述工序進行下一樓層的施工，直至整個建筑封頂[6]。

項目施工過程中，需按照技術(shù)規(guī)程進行施工和驗收，同時，注意安全生產(chǎn)，現(xiàn)場安全生產(chǎn)內(nèi)容、現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量要點、臨時設(shè)施管理、大設(shè)備管理等同一般工程形式，不做展開贅述。

4.4 案例分析

該工程在決策階段即提出裝配式的施工方式，故在設(shè)計階段同時進行了裝配式構(gòu)件的專項深化，通過合理的構(gòu)件分割，采用裝配式與現(xiàn)澆相結(jié)合的工程形式，將裝配式混凝土工程和現(xiàn)澆混凝土工程的優(yōu)勢相結(jié)合，最終確定施工方案。在構(gòu)件預(yù)制環(huán)節(jié)，選取了中鐵六局集團豐橋橋梁有限公司作為生產(chǎn)商，其為實力雄厚、具有資質(zhì)的專業(yè)生產(chǎn)商，能夠確保生產(chǎn)構(gòu)件合格。

在構(gòu)件進場環(huán)節(jié)中，通過科學(xué)計劃編排的形式進行分組施工、分段施工，并為每一層施工預(yù)留驗收和養(yǎng)護時間，對于施工中的可變因素也有更好的風(fēng)險承受能力，不會大幅度影響工期。采用此種模式充分發(fā)揮了裝配式施工的優(yōu)勢，且不會對現(xiàn)場材料堆放造成壓力。

5 結(jié)語

裝配式建筑具有施工效率高、質(zhì)量可控性等優(yōu)勢。裝配式建筑在設(shè)計階段、構(gòu)件預(yù)制階段、施工安裝階段均有較多技術(shù)要求，通過對材料、工藝、施工標準的明確，能夠使裝配式建筑更易于大規(guī)模普及。目前，已經(jīng)有諸多裝配式建筑落地，根據(jù)政策指引，2025 年，裝配式建筑行業(yè)的滲透率將達到30%以上，若以我國每年新增城鎮(zhèn)新建建筑面積約2.1×109m2估算，屆時，新增裝配式建筑面積將達到6.3×108m2以上，保證了未來5 年的年復(fù)合增速在17%以上。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的不斷革新，裝配式的建筑模式也會逐漸擴大市場份額，以多種優(yōu)勢成為新建建筑的首選工藝。