上枧安置房?jī)?nèi)嵌式節(jié)點(diǎn)連接及防水施工技術(shù)研究

潘祖光 PAN Zu-guang；劉成鋼 LIU Cheng-gang；董云 DONG Yun

（①貴陽市城市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，貴陽 550000；②貴州省綠筑科建住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有限公司，貴陽 550000；③貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，貴陽 550000）

0 引言

上枧安置房位于貴陽市觀山湖區(qū)金清線北側(cè)上枧村，共12 棟安置住宅樓采用裝配式建造。本工程預(yù)制外墻存在水平的拼接縫，采用硅酮密封膠及發(fā)泡聚乙烯棒是預(yù)制外墻板縫外側(cè)防水的第一道防線，預(yù)制剪力墻外側(cè)預(yù)留高低企口形成第二道構(gòu)造防水。結(jié)構(gòu)混凝土自防水形成第三道防水。形成三重防水措施。第二道構(gòu)造防水采用封閉式“內(nèi)高外底”空腔縫和“大、小”企口結(jié)構(gòu)造型，使凹凸?fàn)畲笃罂谂c現(xiàn)澆部分形成結(jié)構(gòu)錯(cuò)縫，小企口形成蜂窩面與現(xiàn)澆部分連接，提高了粘結(jié)力和整體連接性能。并使用新型防水工藝和防水材料，外墻表面采用超高性能水泥基材料（UHPC）涂刷防滲，企口面采用輕質(zhì)無機(jī)疏水材料涂刷防滲，共同構(gòu)成了預(yù)制外墻多道防水滲漏策略解決了內(nèi)嵌裝配式建筑內(nèi)外墻失密滲水的技術(shù)難題，提高了預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆部分連接和拼接縫施工的一次合格率。

1 預(yù)制（梁墻一體）外墻板與現(xiàn)澆梁連接處鋼筋優(yōu)化技術(shù)

在PC 構(gòu)件廠加工生產(chǎn)時(shí)將預(yù)制外墻板與預(yù)制疊合梁生產(chǎn)為一個(gè)整體混凝土構(gòu)件，形成預(yù)制（梁墻一體）外墻板，預(yù)制內(nèi)墻參照同樣方法形成預(yù)制（梁墻一體）內(nèi)墻板，預(yù)制（梁墻一體）內(nèi)墻及外墻與現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件部位采用濕式連接方式。在垂直方向，預(yù)制疊合梁上部預(yù)留箍筋內(nèi)側(cè)插入縱筋，并與箍筋和樓板鋼筋進(jìn)行連接；在水平方向，預(yù)制疊合梁橫向受力鋼筋伸入剪力墻縱筋內(nèi)側(cè)與現(xiàn)澆梁的縱筋進(jìn)行連接，預(yù)制（梁墻一體）外墻板兩側(cè)預(yù)留的拉結(jié)筋與剪力墻的縱筋進(jìn)行連接；以鋁合金模板為支撐體系，將預(yù)制（梁墻一體）內(nèi)外墻板與主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆為一個(gè)整體。其中，預(yù)制（梁墻一體）外墻板的頂部和兩側(cè)均為剛性連接，底部鋼筋不貫通。

施工現(xiàn)場(chǎng)問題一：預(yù)制內(nèi)外墻板的預(yù)留鋼筋與現(xiàn)澆剪力墻鋼筋的重疊及碰撞問題，在施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重影響吊裝效率及施工質(zhì)量。因此，在圖紙深化設(shè)計(jì)及構(gòu)件加工廠生產(chǎn)時(shí)，將預(yù)制混凝土構(gòu)件的預(yù)留鋼筋先在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)按1∶6放坡彎折一段距離后再平直伸出，從而避免鋼筋重疊及碰撞，偏離距離可適當(dāng)調(diào)整。其鋼筋彎折示意如圖1 所示。

圖1 鋼筋彎折示意圖

施工現(xiàn)場(chǎng)問題二：部分預(yù)制疊合梁頂部預(yù)留箍筋加工成135°彎鉤后形成了閉口箍。在施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件吊裝完成后，對(duì)框架梁頂部縱向受力主筋綁扎，受力主筋只能從框架梁側(cè)面插入進(jìn)去，由于受力主筋本身長(zhǎng)度較長(zhǎng)，或受附近框架梁交叉處的影響，受力鋼筋插入極其不便。在圖紙深化設(shè)計(jì)時(shí)，將受力箍筋一端做成135°角，另一端保留135°彎鉤形狀，形成開口箍形狀，保證框架梁上部受力縱筋可以順利插入，如圖2 所示。

圖2 閉口箍及開口箍示意圖

2 預(yù)制外墻水平接縫節(jié)點(diǎn)連接及防水技術(shù)

預(yù)制外墻板底部與現(xiàn)澆混凝土樓板接縫處采用“內(nèi)高外低”連接縫，將材料防水和構(gòu)造防水進(jìn)行結(jié)合?，F(xiàn)澆混凝土頂部做成泄水坡和具有一定高度的擋水面，預(yù)制墻板下部外沿做成凸起的擋縫邊坎，上下相互錯(cuò)開，縫內(nèi)形成互相咬合形狀；縫內(nèi)形成的水平空腔，破壞了毛細(xì)管的作用，使預(yù)制外墻板面的積雨水不能侵入連接縫內(nèi)部；當(dāng)有少量雨水滲入縫內(nèi)，雨水也不能突破有泄水坡面的擋縫邊坎。材料防水是在預(yù)制外墻板內(nèi)側(cè)設(shè)置遇水膨脹止水條，并用聚合物砂漿封堵，在外墻外側(cè)鋪設(shè)發(fā)泡聚乙烯棒，并用硅酮密封膠封堵。預(yù)制外墻防水見圖3 所示。

圖3 預(yù)制外墻防水大樣圖

3 預(yù)制外墻板豎向接縫內(nèi)嵌式企口連接及防水技術(shù)

預(yù)制外墻板與現(xiàn)澆混凝土的豎向連接縫主要存在于預(yù)制外墻板與現(xiàn)澆剪力墻柱之間。為使預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土能更可靠連接，提高預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土的整體性，采用了兩種類型的企口連接方式。企口1是在預(yù)制混凝土構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)時(shí)將其整個(gè)結(jié)合面做成高差為5 公分帶坡度的凹凸形狀；企口2 則是在混凝土構(gòu)件初凝前，采用高壓水沖洗結(jié)合面，混凝土構(gòu)件在高水壓的沖刷下，兩側(cè)形成深至4mm 的凹凸水洗面，從而形成“蜂窩狀”水洗面企口。現(xiàn)澆混凝土連接面通過定型模板形成與企口1、2 相對(duì)應(yīng)的形式，預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土因此連接質(zhì)量緊密可靠?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)注意，在澆筑混凝土之前，應(yīng)將預(yù)制混凝土構(gòu)件結(jié)合面沖洗清理干凈，并澆水濕潤(rùn)，以提高預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土結(jié)合面的粘結(jié)力。

外墻表面采用超高性能水泥基材料（UHPC）涂刷防滲，企口面采用輕質(zhì)無機(jī)疏水材料涂刷防滲，共同構(gòu)成了預(yù)制外墻多道防水滲漏策略。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比，選擇的UHPC 具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試，滲水等級(jí)達(dá)P10，滿足作為防滲材料的要求；選擇的輕質(zhì)無機(jī)疏水材料進(jìn)行企口面涂刷，該材料具有化學(xué)和物理疏水功能，采用了低能耗煅燒黏土基水泥材料，微觀結(jié)構(gòu)致密且材料微觀表面經(jīng)過表面處理生成類似于荷葉表面的“激凸”形貌，能夠主動(dòng)實(shí)現(xiàn)疏水防滲功能，阻斷了由于外墻封堵防水失效后自由水滲透?jìng)鬏斨羶?nèi)墻的通道。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比，接觸角＞90°。

4 主要施工工藝

4.1 UHPC 作為外墻防水材料工藝

①外墻表面預(yù)處理。用鋼絲網(wǎng)刷子將墻面基層的雜質(zhì)清除干凈，將松散及破損的混凝土剔掉，同時(shí)剔除鼓包。對(duì)需涂刷墻體表面拉毛并作粗糙面處理。②采用預(yù)先拌制好的UHPC 進(jìn)行涂刷，為保證涂層具有較好的剛度和普通混凝土具有良好的界面粘結(jié)，涂刷厚度不宜小于5mm，一方面達(dá)到修補(bǔ)功能，另一方面使外墻表面形成致密的防水層。③抹好后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行壓實(shí)、壓光和濕條件養(yǎng)護(hù)，從而使之與基層之間緊密結(jié)合。

4.2 企口表面處理

企口表面雜質(zhì)清除干凈后，采用預(yù)先拌制好的輕質(zhì)無機(jī)疏水材料進(jìn)行涂刷，一方面達(dá)到修補(bǔ)功能，另一方面使企口表面形成致密的疏水層，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防水，抹好后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行壓實(shí)、壓光，從而使之與基層之間緊密結(jié)合。

5 內(nèi)嵌式企口連接性能數(shù)值模擬分析

考慮風(fēng)荷載作用，本工程對(duì)預(yù)制外墻在風(fēng)荷載下的工作性能進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析。計(jì)算分析軟件采用有限元軟件ABAQUS，建立了兩層典型的外掛墻板模型。

5.1 模型連接

采用分離式建模，混凝土與鋼筋分別采用實(shí)體單元和桁架單元。鋼筋與混凝土相互關(guān)系采用Embeded 處理，墻掛板、構(gòu)造柱及樓板、墻掛板與混凝土坐漿墊條之間采用Tie 連接；上下墻掛板之間采用通用接觸Contact。圖4 給出了有限元模型。

圖4 墻板模型和細(xì)部構(gòu)造

5.2 材料選用

按設(shè)計(jì)的要求，預(yù)制墻掛板采用C40 混凝土，構(gòu)造柱、樓板采用C30 混凝土?？v筋、部分箍筋采用HRB400，拉筋、部分箍筋采用HPB300 進(jìn)行足尺建模。

5.3 材料本構(gòu)模型

鋼筋本構(gòu)模型采用簡(jiǎn)化三線段模型，C30、C40 混凝土受壓本構(gòu)模型采用混凝土塑性損傷模型。

5.4 風(fēng)荷載計(jì)算

根據(jù)工程概況，樓層總高度H 近似取100m，樓寬近似取32m。C 類地面，95m 風(fēng)壓高度變化系數(shù) μz=1.465。墻掛板正面迎風(fēng)為最不利工況，風(fēng)荷載體型系數(shù) μs=0.8。貴陽市10 年一遇基本風(fēng)壓 ω0=0.20kN/mm2；深圳市50 年一遇基本風(fēng)壓 ω0=0.30kN/mm2。10 年基準(zhǔn)期脈動(dòng)增大系數(shù)ξ=1.35；50 年基準(zhǔn)期脈動(dòng)增大系數(shù)ξ=1.41。

①10 年基準(zhǔn)期風(fēng)振系數(shù)：

βz=1+1.35×0.49×0.95/1.465=1.43

②50 年基準(zhǔn)期風(fēng)振系數(shù)：

βz=1+1.41×0.49×0.95/1.465=1.45

因此對(duì)應(yīng)的10 年基準(zhǔn)期對(duì)應(yīng)風(fēng)壓：

ωk=βzμsμzω0=1.43×0.8×1.465×0.2=0.335kN/m2

50 年基準(zhǔn)期對(duì)應(yīng)風(fēng)壓：

ωk=βzμsμzω0=1.45×0.8×1.465×0.3=0.510kN/m2

5.5 結(jié)果分析

圖5 和圖6 分別給出了墻板在不同風(fēng)荷載工況（50 年一遇和10 年一遇）作用下的應(yīng)力云圖結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在對(duì)應(yīng)風(fēng)壓作用下，墻面最大應(yīng)力很小，僅為0.2MPa，處于彈性階段，鋼筋應(yīng)力僅為1.2MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度。圖7和圖8 分別給出了墻體企口位置的位移云圖。最不利不發(fā)生在企口位置，而是在墻板跨中位置，僅約為0.1mm。水平企口結(jié)合面協(xié)同工作，變形更小，僅為0.013mm?？梢哉f明墻掛板在10 年、50 年一遇的風(fēng)荷載下變形非常小，掛板具有足夠的剛度保證墻板在設(shè)計(jì)年限中正常工作。在雨水沖刷下很難進(jìn)入企口結(jié)構(gòu)內(nèi)部，配合UHPC 外墻防水和企口部位材料疏水功能，在南方沿海地區(qū)風(fēng)荷載和雨水沖刷下，所提出的結(jié)合企口結(jié)構(gòu)和高性能材料綜合使用方案，節(jié)點(diǎn)處連接質(zhì)量和防滲性能良好。

圖5 50 年一遇風(fēng)壓下墻板應(yīng)力云圖

圖6 10 年一遇風(fēng)壓下墻板應(yīng)力云圖

圖7 50 年一遇風(fēng)壓下墻板豎向企口變形

圖8 50 年一遇風(fēng)壓下墻板水平企口變形

6 總結(jié)

內(nèi)嵌式節(jié)點(diǎn)連接及防水施工技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為建筑外墻防水提供了技術(shù)支撐及保障，通過這些新技術(shù)的應(yīng)用提高了建筑的防水防滲性能，有效延長(zhǎng)建筑物的使用壽命和確保質(zhì)量。在對(duì)現(xiàn)有預(yù)制外墻節(jié)點(diǎn)連接及防水施工技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)預(yù)制外墻防水的相關(guān)知識(shí)和實(shí)際操作進(jìn)行了總結(jié)和歸納，有望為預(yù)制外墻防水的設(shè)計(jì)及施工提供參考。