采用套筒灌漿連接的預(yù)制豎向構(gòu)件安裝精度提高措施

吳自全

深圳市鵬城建筑集團(tuán)有限公司 廣東 深圳 518040

1 預(yù)制構(gòu)件安裝現(xiàn)狀

裝配式建筑在經(jīng)歷過(guò)前幾年的政策鋪墊之后，自2020年以來(lái)，國(guó)內(nèi)各大省市陸續(xù)加大了裝配式建筑的推進(jìn)步伐，裝配式建筑正處在快速發(fā)展階段，因此需要有可靠的技術(shù)支撐[1-7]。

目前，行業(yè)內(nèi)普遍存在豎向預(yù)制構(gòu)件安裝精度差的問(wèn)題，特別是構(gòu)件連接處，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或縫隙過(guò)大等缺陷（圖1、圖2），觀感質(zhì)量較差，很難達(dá)到免抹灰的精度要求。另外，還存在鋼筋偏位處理不規(guī)范的問(wèn)題，甚至出現(xiàn)工人直接切割掉偏位較大的連接鋼筋以保證構(gòu)件安裝的情況，對(duì)結(jié)構(gòu)受力造成嚴(yán)重影響（圖3、圖4）。

圖1 外墻豎向構(gòu)件間錯(cuò)臺(tái)

圖2 縫隙寬度不均勻

圖3 鋼筋偏位的調(diào)整

圖4 鋼筋超高現(xiàn)場(chǎng)切割

針對(duì)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件安裝時(shí)存在的上述問(wèn)題，本文通過(guò)理論分析，找出關(guān)鍵問(wèn)題所在，提出解決方案，供科研機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)廠家參考，為裝配式建筑發(fā)展掃清一些障礙。

2 理論分析依據(jù)

2.1 加大套筒尺寸的理論分析

2.1.1 依據(jù)的相關(guān)規(guī)范

加大套筒尺寸依據(jù)的相關(guān)規(guī)范如下：GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 1—2004《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、T/CCIAT 0004—2019《鋼筋套筒灌漿連接施工技術(shù)規(guī)程》、JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》、DB J15-107—2016《廣東省裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。

2.1.2 各規(guī)范關(guān)于允許誤差的規(guī)定情況

在部分國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)及地標(biāo)中，匯總關(guān)于預(yù)制構(gòu)件鋼筋套筒灌漿連接的套筒尺寸、套筒和鋼筋的預(yù)留預(yù)埋、預(yù)制構(gòu)件安裝等的允許偏差情況，具體見(jiàn)表1。預(yù)制構(gòu)件中套筒預(yù)埋中心線位置及安裝高度位置、預(yù)制構(gòu)件外露鋼筋中心線位置、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)預(yù)留鋼筋中心線位置、預(yù)留鋼筋長(zhǎng)度或頂點(diǎn)標(biāo)高等的允許誤差見(jiàn)表2。豎向預(yù)制構(gòu)件安裝尺寸允許偏差要求見(jiàn)表3。不同規(guī)范對(duì)預(yù)留鋼筋的稱(chēng)呼不統(tǒng)一，筆者認(rèn)為規(guī)范GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的“連接鋼筋”最合適，包括預(yù)制構(gòu)件上預(yù)留的和現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆時(shí)預(yù)留的，因此本文統(tǒng)一稱(chēng)為“連接鋼筋”。部分規(guī)范對(duì)連接鋼筋的指標(biāo)是指預(yù)制構(gòu)件上連接鋼筋的允許偏差，還有部分規(guī)范是指現(xiàn)澆后連接鋼筋的允許偏差，本文對(duì)該2種允許偏差都有統(tǒng)計(jì)，最終取混凝土澆筑后的允許偏差。

表1 套筒內(nèi)徑規(guī)范要求 單位：mm

表2 預(yù)制構(gòu)件中預(yù)留預(yù)埋允許偏差要求 單位：mm

表3 豎向預(yù)制構(gòu)件安裝尺寸允許偏差要求 單位：mm

2.1.3 數(shù)據(jù)整理與分析

由于各規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)對(duì)允許偏差的規(guī)定不完全統(tǒng)一，故本文以最小值、最大值以及平均值分別統(tǒng)計(jì)（表4）。筆者建議，今后規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)更新時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一允許偏差，按高標(biāo)準(zhǔn)選取。

表4 允許偏差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)單位：m m

為便于分析，先考慮構(gòu)件中某單根連接鋼筋、套筒位置、構(gòu)件安裝垂直度、軸線偏差均朝最不利位置偏位或偏離時(shí)，連接鋼筋與套筒中心間距理論誤差S以及鋼筋插入套筒內(nèi)長(zhǎng)度誤差L，計(jì)算過(guò)程分別如下：

1）均取最小值時(shí)：S＝2＋3＋5＋5＝15 mm，L＝－5＋（－5）＋（－5）＋（－3）＝－18 mm。

2）均取最大值時(shí)：S＝5＋5＋10＋5＝25 mm，L＝－5＋（－5）＋（－5）＋（－4）＝－19 mm。

3）均取平均值時(shí)：S＝3.5＋4＋7.5＋5＝20 mm，L＝－5＋（－5）＋（－5）＋（－3.5）＝－18.5 mm。

綜合以上數(shù)據(jù)得出，預(yù)制構(gòu)件安裝時(shí)，如果各工序均按規(guī)范允許偏差的最大值進(jìn)行質(zhì)量控制，鋼筋與套筒中心偏離值理論上最大能達(dá)到25 mm，平均值20 mm，最小也有15 mm。目前，規(guī)范中套筒內(nèi)徑最小尺寸比鋼筋大10 mm（連接鋼筋直徑≤25 mm）和15 mm（連接鋼筋直徑＞25 mm），如果套筒產(chǎn)品的尺寸是按規(guī)范最小尺寸加工的，則理論上允許的鋼筋與套筒中心偏差只能為5 mm和7.5 mm，實(shí)際上僅安裝時(shí)軸線允許偏差這一項(xiàng)就超過(guò)了這個(gè)數(shù)值；鋼筋長(zhǎng)度偏差按規(guī)范允許偏差控制時(shí)，最小可達(dá)18 mm，規(guī)范允許鋼筋插入套筒內(nèi)最大可達(dá)10 mm，與理論有8 mm差距。

以上分析數(shù)據(jù)是以單根連接鋼筋最不利偏差進(jìn)行理論計(jì)算的，實(shí)際每塊預(yù)制構(gòu)件中的連接鋼筋和套筒有多根，各鋼筋、套筒間也存在相對(duì)位置偏差，對(duì)構(gòu)件安裝會(huì)產(chǎn)生一定的影響。預(yù)制構(gòu)件上的套筒是工廠預(yù)制時(shí)預(yù)埋的，最不利的相對(duì)位置最大允許偏差有2×2＝4 mm，連接鋼筋偏差理論上會(huì)有2×3＝6 mm，因現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)干擾因素多，實(shí)際偏差會(huì)比預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋的大。另外，如果相對(duì)位置沒(méi)有經(jīng)過(guò)模具進(jìn)行校核，此偏差將更大；若工廠模具與現(xiàn)場(chǎng)連接鋼筋安裝使用了同一種模具，則可把此偏差值降低到最小，保證構(gòu)件可以安裝。

2.2 加大連接鋼筋直徑的理論分析

國(guó)內(nèi)實(shí)際工程應(yīng)用中，剪力墻連接鋼筋直徑都比較小，直徑12、14 mm的使用最多。因鋼筋直徑過(guò)小，其變形偏位的風(fēng)險(xiǎn)大，加大鋼筋直徑可以降低偏位風(fēng)險(xiǎn)，還可以減少鋼筋接頭數(shù)量。

鋼筋直徑可以以預(yù)留鋼筋長(zhǎng)度在一定側(cè)向力作用下不產(chǎn)生永久變形為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。若取最頂端可以承載水平力0.3 kN，在正常使用情況下，除了起吊脫模、吊運(yùn)、吊裝過(guò)程中的碰撞會(huì)造成鋼筋受力超過(guò)0.3 kN，使鋼筋承載力超過(guò)其屈服強(qiáng)度造成永久變形外，在鋼筋綁扎、混凝土澆筑振搗過(guò)程中的人員踩踏、振搗棒振搗等很難造成其永久變形。在混凝土澆筑前發(fā)生的變形可以提前通過(guò)人工將其扳正。

取預(yù)制構(gòu)件上鋼筋預(yù)留長(zhǎng)度為1 000 mm時(shí)，直徑取25 mm，在800～1 000 mm之間時(shí)直徑取22 mm，在600～800 mm之間時(shí)直徑取20 mm，在400～600 mm之間時(shí)直徑取18 mm，小于400 mm時(shí)直徑取16 mm，計(jì)算時(shí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取鋼筋屈服強(qiáng)度，即鋼筋受到水平荷載后處于彈性變形階段，荷載消除后，連接鋼筋能恢復(fù)到原狀態(tài)，不會(huì)造成永久變形。

通過(guò)對(duì)上述預(yù)留鋼筋長(zhǎng)度作抗彎承載能力分析，結(jié)果見(jiàn)表5。可以看出，除直徑12、14 mm鋼筋外，其他型號(hào)的單根鋼筋都可以承受頂部水平推力0.3 kN。

表5 連接鋼筋承載能力計(jì)算

3 項(xiàng)目實(shí)際問(wèn)題處理方式

3.1 鋼筋偏位處理方式

住宅類(lèi)項(xiàng)目上剪力墻連接鋼筋偏位現(xiàn)象較多，往往采用現(xiàn)場(chǎng)直接扳正處理，部分需要鑿除一部分現(xiàn)澆混凝土后再扳正，因鑿除混凝土的工作量大，不可避免地存在工人偷工行為。

本文圖3中所示處理做法就滿足不了設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，另外，某項(xiàng)目發(fā)生過(guò)工人直接切斷或燒斷鋼筋的現(xiàn)象，事后由工人自己爆料。

3.2 構(gòu)件安裝偏位即相鄰構(gòu)件間出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)的處理方式

當(dāng)上下、左右預(yù)制構(gòu)件接縫處偏差較大時(shí)，直接用水泥砂漿修補(bǔ)平順（圖5）；當(dāng)錯(cuò)臺(tái)不大，即≤5 mm時(shí)，直接通過(guò)膩?zhàn)訉有扪a(bǔ)平順。

圖5 接縫錯(cuò)臺(tái)水泥砂漿修補(bǔ)

3.3 鋼筋長(zhǎng)度超長(zhǎng)或不足的處理方式

鋼筋超高時(shí)，構(gòu)件下放受阻，必須用切割機(jī)切除或氣焊切除。長(zhǎng)度不足時(shí)，理論上只能通過(guò)鑿除部分現(xiàn)澆混凝土后雙面搭接焊接連接，這種處理方式工作量大，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生概率相對(duì)較小，目前未見(jiàn)這種處理方式，不排除工人未作處理直接完成安裝的現(xiàn)象。

4 改進(jìn)措施建議

4.1 加大套筒內(nèi)徑尺寸

在考慮多種誤差累積影響和調(diào)整安裝允許誤差的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論計(jì)算得出套筒內(nèi)徑與連接鋼筋允許直徑。若軸線偏位與垂直度允許偏差均減少到3 mm以內(nèi)，套筒和鋼筋采用定形模具控制相對(duì)位置偏差至2 mm，加上連接鋼筋允許誤差2 mm，則套筒內(nèi)徑尺寸可比鋼筋直徑加大至20 mm，即套筒凈空內(nèi)徑應(yīng)比鋼筋直徑大至少20 mm較合適。一旦套筒內(nèi)徑尺寸加大，預(yù)制構(gòu)件軸線偏位就有了可調(diào)余地，同時(shí)灌漿料還可以從純凈漿改成為砂漿，降低施工造價(jià)，消除不良承包商偷工減料的行為。

4.2 加長(zhǎng)套筒長(zhǎng)度

加長(zhǎng)套筒和連接鋼筋長(zhǎng)度，可以降低因鋼筋錨固長(zhǎng)度不足而造成連接接頭質(zhì)量不合格的風(fēng)險(xiǎn)。理論上，套筒內(nèi)空尺寸應(yīng)比鋼筋連接長(zhǎng)度大至少19 mm，建議取不小于40 mm，則預(yù)埋鋼筋長(zhǎng)度比套筒內(nèi)空長(zhǎng)度小15 mm即可，可以避免鋼筋長(zhǎng)度不足造成鋼筋連接接頭不合格的情況。

4.3 加大連接鋼筋直徑

根據(jù)前面分析可知，鋼筋預(yù)留長(zhǎng)度不大于400 mm時(shí)，鋼筋直徑不小于16 mm，不建議使用國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的12～14 mm直徑的剪力墻連接鋼筋，以減小其變形風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 增加一次測(cè)量放線工作

在鋼筋綁扎完畢后、混凝土澆筑前，在綁扎完的成品鋼筋上再次定位放線，重點(diǎn)是墻柱的邊線，用于檢查鋼筋定位模具安裝精度，可以防止鋼筋整體偏位。

4.5 使用鋼筋定位模具

連接鋼筋定位模具的使用可以保證連接鋼筋間相對(duì)位置偏差不超過(guò)2 mm，同時(shí)可以調(diào)節(jié)整體偏位，通過(guò)第2次放線來(lái)檢查和調(diào)整模具偏位，并將其固定在相對(duì)牢固的結(jié)構(gòu)上，如梁主筋、柱主筋、疊合板桁架筋、加固牢固的模板，防止混凝土澆筑過(guò)程中造成整體偏位。如圖6所示，采用扁鋼條作為連接鋼筋定位模具，且安裝兩層，底層可與梁主筋點(diǎn)焊固定并埋入混凝土內(nèi)，上層模具可重復(fù)使用。圖7制作的單層定位模具比較牢固，鋼筋相對(duì)位置定位精度高，但預(yù)防整體偏位缺乏相應(yīng)技術(shù)措施。

圖6 扁鋼條制作雙層定位模具

圖7 鋼板及型鋼制作定位模具

4.6 提高規(guī)范中安裝精度范圍

若軸線允許偏差從8 mm調(diào)整到3 mm以內(nèi)，垂直度允許偏差從5 mm調(diào)整到3 mm，從目前項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施情況來(lái)看，現(xiàn)有工人操作水平完全可以達(dá)到。鋼筋套筒尺寸加大后，構(gòu)件可調(diào)整范圍加大，使得調(diào)整軸線偏位變得更容易。

4.7 在規(guī)范中增加垂直度與軸線偏位不同向規(guī)定

在第4.6條措施基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整垂直度的偏向來(lái)糾正已經(jīng)發(fā)生的軸線偏差，可大幅減少因安裝誤差造成的鋼筋偏位影響。即軸線有偏差時(shí)，構(gòu)件不得朝軸線偏差同一方向傾斜，應(yīng)向相反方向進(jìn)行糾偏，以免產(chǎn)生累積誤差。在調(diào)整垂直度前，先調(diào)查清楚軸線偏位方向，再通過(guò)調(diào)整構(gòu)件傾斜方向，使預(yù)制構(gòu)件朝軸線偏差相反方向傾斜，消除其影響。

5 國(guó)外成功案例

1）泰國(guó)使用大內(nèi)徑套筒和粗直徑鋼筋，用水泥砂漿作為灌漿料，使用效果良好，其應(yīng)用實(shí)例如圖8～圖10所示。

圖8 大內(nèi)徑套筒應(yīng)用于預(yù)制柱

圖9 大內(nèi)徑套筒應(yīng)用于剪力墻

圖10 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋大直徑單排連接鋼筋

2）日本的預(yù)制構(gòu)件也是使用大直徑套筒、粗直徑鋼筋，并采用定位模具，其應(yīng)用成熟程度有目共睹，應(yīng)用實(shí)例如圖11～圖13所示。

圖12 構(gòu)件中使用大直徑套筒

圖13 構(gòu)件中使用大直徑鋼筋

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析及國(guó)外實(shí)例可知，為保證裝配式建筑施工質(zhì)量，可以采取一些改進(jìn)措施，如加大套筒內(nèi)部?jī)艨粘叽绨▋?nèi)徑和長(zhǎng)度，加粗連接鋼筋直徑和加長(zhǎng)連接鋼筋，提高規(guī)范中安裝允許偏差標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也可施工過(guò)程中采取減少安裝偏差的措施，為裝配式建筑順利推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。