高速公路配套收費管理用房建筑的裝配式技術研究與應用

張劍宇

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

S7公路作為上海市交通委預制裝配式技術應用的試點項目，在橋梁和道路結構上全面應用了預制拼裝技術。同時，為加快收費站管理用房的建設進度，進一步深化及完善預制裝配技術，通過借鑒國內外先進的房建PC技術，對預制拼裝工藝進行深入研究，創新性地使用了芬蘭Peikko新型高強螺栓節點進行裝配，取代了傳統的灌漿套筒和灌漿波紋管的構件連接方式，并取得了良好的效果[1-2]。

1 工程概況

S7公路（S20—月羅公路）新建工程位于上海寶山區、嘉定區，南起S20樞紐立交（外環線），向北依次和陳富路、陳廣路、寶安公路、G1503（郊環線）、富張路相交，終點至月羅公路。工程在G1503南側設置主線收費站，收費站配套包含管理區建筑用地面積1 500 m2，1棟2層框架結構的管理用房，建筑面積590 m2。收費管理用房結構設計采用預制裝配式工藝技術，建筑外包平面尺寸為18.0 m 12.9 m，建筑高度7.5 m，層高3.3 m；設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，抗震等級為框架結構三級，抗震設防烈度為7度，地基基礎設計等級為乙級。房屋為倒“T”形條形基礎，趾板斷面尺寸為1.55 m 0.30 m，條梁尺寸為0.85 m 0.45 m，框架柱高7.35 m，斷面尺寸為0.50 m 0.50 m，框架梁長2.3～7.5 m，斷面尺寸為350 mm 700 mm、400 mm 600 mm及500 mm 350 mm，采用鋼構輕強樓屋面板，厚250 mm或350 mm。條形基礎、框架柱、梁和樓屋面板均采用預制裝配工藝，采用芬蘭Peikko公司的新型高強螺栓節點連接技術。

2 預制裝配施工技術

2.1 高強螺栓連接工藝介紹

混凝土框架結構由于其空間大、空間布置靈活等特點，廣泛適用于公共建筑及工業建筑中，在我國現行的建筑裝配式領域內，通常采用裝配整體式結構的混凝土框架，通過在柱與基礎、柱與柱之間采用套筒灌漿或者承插式連接的方式，梁與柱的連接節點也多采用連接區域后澆濕作業的方式。這幾種節點連接工藝在經過幾年的應用后暴露出了許多的問題，例如套筒灌漿質量不易控制、構件安裝速度較慢、梁柱連接區鋼筋綁扎難度大、混凝土澆筑難度大等。

基于以上原因，本著創新試驗的原則，我們在S7公路收費管理用房項目中創新性地引進并采用了芬蘭Peikko公司的新型高強螺栓節點連接技術。作為一種新型的混凝土框架預制拼裝工藝連接技術，其原理是將預制構件（包括預制柱與基礎、預制柱之間、預制梁柱等）通過高強螺栓擰固連接完成后，對連接節點進行灌漿封閉，最后形成剛性節點（圖1）。其中：預制柱的連接方式是通過在柱底預埋螺栓連接器，在基礎中預埋錨固螺栓，現場將預制柱底的螺栓連接器與基礎內預埋螺栓對準插入，再上墊片螺母擰固連接，最后對接縫處進行灌漿填實；預制梁與柱的連接，則是通過在預制梁端預埋螺栓連接器，在預制柱身對應位置預埋帶內螺紋套筒的螺栓，現場先將螺栓擰入柱身位置的內螺紋套筒，再通過梁上螺栓連接器與柱身螺栓連接，最后對接縫進行灌漿填實。

圖1 柱與基礎、柱與梁的高強螺栓連接示意

高強螺栓連接方式對比傳統連接區后澆的方式，通過把現場連接處的鋼筋綁扎的工作提前在預制廠內完成，通過在柱身預埋帶內螺紋套筒的螺栓，待預制梁安裝就位后，用全螺紋螺桿反擰進螺紋套筒內，將螺栓連接器和螺栓連接。因此預制柱無需每層分節，可以根據吊裝能力設計成多層一節，同時預制梁的縱筋也不需要伸出，只需和梁端螺栓連接器在梁內搭接連接即可，可有效地提高構件生產、運輸及安裝的效率，保證質量控制。

2.2 BIM深化的要點

1）在管理用房構件預制安裝的過程中，通過多緯度、深層次地運用BIM技術，積極與業主、設計及連接件生產單位在BIM平臺上深入討論和研究節點碰撞、吊點設置和施工順序等關鍵問題，通過BIM技術來指導實際施工過程中的連接件生產及安裝、構件預制和吊裝等工作。

2）在預制梁柱螺栓連接設計中，預制柱中預埋的螺栓用以連接橫縱向的梁，在深化過程中，采用BIM技術對螺栓和鋼筋骨架的定位進行檢查調整，有效避免橫縱向螺栓和鋼筋骨架在節點區打架碰撞的問題。

3）由于每根柱和梁的外形均不相同，且螺栓內螺紋套筒連接器的型號和位置也都不同，因此，在施工過程中采用BIM技術對每一根梁柱外形及埋件位置進行建模（圖2），使得施工人員可以清晰地知道預制構件的外形及內部埋件位置，從而實現對構件鋼筋綁扎、埋件設置等問題的有效控制。

圖2 收費管理用房BIM模型

2.3 構件預制技術要點

螺栓連接構件的預制難度在于錨固螺栓與螺栓連接器的安裝精度，所以螺栓群的定位是整個預制過程質量控制的要點。單個螺栓和螺栓連接器的定位誤差要控制在±2 mm，預制過程中應多次測量調整、減少誤差，保證安裝精度，提高施工安裝效率。

預制梁端的螺栓連接器安裝流程如下：

1）根據圖紙上螺栓連接器的位置制作定位板，定位板的制作精度為2 mm，通過螺栓將連接器固定在定位板上，采用木模成型連接器槽口。

2）以螺栓連接器為骨架，綁扎柱身鋼筋籠及連接器所需的附加鋼筋。

3）將模板安裝調整并固定，同步安裝其他預埋件，并在澆筑混凝土之前最后檢查螺栓連接器的定位，準確無誤后澆筑混凝土。

4）待混凝土強度達到要求脫模后，完成脫模并將連接器槽口處清理干凈。

柱身梁柱間的內螺紋套筒埋件都是彎折連接件，因此在綁扎柱身鋼筋籠的時候需提前把埋件放入，待鋼筋骨架入模后，再通過柱身模板上的螺栓定位孔精確調整螺栓位置。在模板孔上穿入臨時的螺絲，既可固定預埋螺栓，又可防止混凝土流入螺栓的內螺紋套筒內（圖3）。

基礎中預埋螺栓采用定加工的螺栓定位板進行安裝定位，所有錨固螺栓穿入定位板中并通過上下螺母進行限位擰緊。這個過程中需要控制螺栓的外露高度，外露高度需精確，不宜過高或過低，且螺栓頂面應在同一水平面。

圖3 預制柱鋼筋綁扎

預埋螺栓組件在基礎鋼筋綁扎完成后放入鋼筋骨架中，精確測量定位預埋螺栓組件的位置，對組件的垂直度、空間位置、水平高度等進行定位，防止在拼裝過程中使立柱產生傾斜、扭轉、相對間距過長或過短等問題。

在組件定位完成后，將其與鋼筋骨架及基礎側模連接固定，防止在澆筑混凝土的過程中預埋螺栓跑位、傾斜。混凝土澆筑養護過程中應嚴格保護外露螺栓，通過抹黃油、保鮮膜塑封及套保護管等方式對螺栓進行保護，防止螺栓生銹、絲牙斷裂、扭轉傾斜（圖4）。

圖4 基礎埋件

2.4 構件安裝技術要點

2.4.1 預制條形基礎安裝

1）預制基礎吊裝之前做好場地處理工作，澆筑厚墊層，并進行坐漿層分倉。

2）預制基礎吊裝就位過程中，精確測量基礎標高及相對位置，柱埋件與柱埋件之間相對高程及距離，微調預制基礎。

3）預制基礎就位完成后，坐漿層內壓入高強砂漿。

2.4.2 預制框架柱安裝

1）預制柱吊裝之前，拆下基礎螺栓上的保護措施，檢查螺栓和預制柱螺栓連接器底板孔的相對距離。

2）提前把螺栓的螺桿涂油，并試裝上下層螺母和墊片，根據設計要求調整好螺母墊片的標高。

3）提前將下層螺母墊片安裝至要求標高，起吊立柱，將柱底連接器孔對準基礎頂部螺栓，垂直下放至螺栓冒出，安裝上層螺母墊片，柱身繼續下放至停穩在下層螺母上，測量柱身垂直度并調直，擰緊上層螺栓固定立柱，在 預制柱校正完成后，采用扭矩扳手擰緊螺栓（圖5）。

2.4.3 預制框架梁安裝

1）提前在牛腿上放置調平墊板，調平使得梁端螺栓連接器的孔和柱身預埋的螺栓套筒位置對應。

圖5 預制柱安裝過程

2）用吊機將預制梁吊至安裝位置，落在已經調平后的墊板上。

3）把螺栓配套的全螺紋桿反擰進套筒中，并用螺母墊片擰緊。

4）對接縫合模灌漿，使得接縫和螺栓連接器凹口全部灌滿填實（圖6）。

圖6 框架梁安裝過程

3 結語

高強螺栓連接技術在裝配式建筑中的應用尚屬國內首次。采用螺栓連接方式時，立柱吊裝通常需要3～4名工人，吊機把預制柱吊裝就位后，由工人擰緊螺栓后即可脫鉤，無需安裝臨時支撐。吊裝1根預制柱約需要10 min，對比傳統的預制柱連接方法，高強螺栓連接技術的施工速度非?？臁Ｔ陬A制柱校正完畢后，用模板將接縫一圈支模，進行倒漿作業，整個過程不需要壓力灌漿工藝，僅簡單的傾倒灌漿即可。

該技術在S7收費廣場管理用房工程中成功應用，2層框架結構預制拼裝作業，現場只需8名操作工人，安裝工期僅12 d，既節省了人力資源，又縮短了工程工期。同時，安裝施工不需要附加臨時支撐，也節省了支撐設備周轉的費用。另外，采用該技術安裝時釋放了更多的施工空間，減少了施工工序，不僅安裝方便，而且質量也得到了保證。這一預制拼裝施工技術，豐富了建筑預制裝配施工工藝，使建筑物采用預制裝配工藝建造的優勢得到了進一步的發揮。