房屋建筑裝配式混凝土結構施工關鍵技術探析

◎章世林

引言

經濟的快速發展促進了科技的進步，同時科技的進步也促進了我國市場經濟的快速發展。傳統的現澆施工技術已經不能適應社會發展的需要，越來越多的新技術、新工藝被應用到建筑施工項目中，裝配式建筑施工技術就是其中之一。與傳統的現澆施工工藝需要大量的人力物力，建筑材料復雜凌亂相比，裝配式建筑只需要將工廠生產的構件提前運輸到施工現場，最后像積木一樣組裝即可。一方面大大節省了人工成本，另一方面有效提高了施工效率，縮短了工期。在裝配式建筑施工過程中，施工人員可以通過實時記錄施工數據，對施工質量進行分析和評價，從而保證建筑施工安全。需要正視的是，雖然國際上有很多建設案例和詳細的建設經驗，但由于我國起步晚、發展慢，還存在一系列不容忽視的問題。因此，對這一施工技術的探索和研究將對我國建筑業的發展起到重要的推動作用。

一、裝配式混凝土結構概述

傳統建筑在人員配置和設備布置上有很大的限制，對環境空間、尺寸和布局都有很高的要求。但由于我國人口基數相對較大，城市化進程加快，可利用土地面積大幅減少，導致建筑密度和高度增加，也給建筑建設和管理帶來很大困難。另外，很多建筑工程施工需要大量的大型機械設備，在施工現場預制鋼筋和材料，會產生很大的建筑垃圾、噪音和粉塵污染，對周圍人們的生活會產生非常不好的影響。然而，裝配式建筑的應用在很大程度上解決了這些問題。可以將傳統建筑施工的部分施工內容轉移到工廠管理現場實施，從而有效簡化建筑施工現象的工序，這種方式也大大提高了施工效率和質量。

二、預制混凝土建筑的特點

1.建筑工業生產。

建筑的工業化生產可以說是預制混凝土建筑最突出的重點。每個部件都可以由預制廠批量生產，避免了惡劣天氣、惡劣環境等外部因素的影響。同時，工業化的生產模式也保證了產品質量的高穩定。在工業化生產過程中，為了精確控制溫度和濕度，需要專業人員使用標準化的模板，并熟練操作，從而更好地保證構件質量，在一定程度上減少混凝土開裂、鼓包、滲水等建筑質量缺陷。檢驗合格后可快速運輸至施工現場，接頭處只需現場澆筑，有效縮短了工期。而且，裝配式建筑的構件生產可以與現場施工同時進行，例如在基礎和地基施工時，可以同時預制墻體、樓板等，只需將裝配式建筑構件運到施工現場，通過少量的現場作業就可以組裝好每一個構件。不僅有效避免了因惡劣天氣等原因導致現場施工長時間停工造成的作業損失。此外，可以縮短施工時間，加快施工進度，尤其是在北方氣候特別寒冷的地區。另一方面，在傳統的手工建筑中，大部分構件都是現場澆筑，延長了工期，遇到惡劣天氣時才能停止。最重要的是，雖然有專門的人員檢查質量，但很難面面俱到，尤其是農村地區，更依賴于師傅的“工作經驗”。不能否認實踐中獲得的經驗很重要，但粗略計算存在太多不確定性，如房間大小、層高等，缺乏準確計算，在某些情況下會影響個人生活的舒適度。預制混凝土建筑與傳統手工建筑由于構件的不同，由于城市人口的快速發展，高房價、住房困難已經成為一個社會問題，因此效率尤為重要。

2.良好的抗震性能。

抗震可能是廣大市民最關心的問題。在大多數情況下，建筑需要能夠抵抗8 級地震。在裝配式節點中，合理的設計是關鍵，如預制柱間連接、梁柱連接、帶地腳螺栓連接的梁板連接、端板焊接和套筒連接等，這樣預制混凝土建筑的抗震性能就能與現澆建筑相當，甚至有些性能指標可以超過現澆混凝土建筑結構。如果想進一步提高整個結構的抗震性能，可以在預制裝配式混凝土結構中布置減震裝置，如設置相應的阻尼器或直接設置隔震層。

三、建筑裝配混凝土結構施工技術的優點

1.抗震性能與保溫性能強。

在施工過程中，只需要做好結構件的連接件和預制件。因此，建筑的整體性能會非常好，在一定程度上大大提高了建筑的抗震能力，保證了人們的生命安全。隨著我國建筑技術的不斷發展，其連接性能逐漸提高，抗震性能也越來越強，從而進一步提升了人們的居住舒適度。由于預制混凝土結構的整體強度，其保溫效果優于我國傳統磚砌體建筑。由于裝配中使用了精心設計的材料，居民可以在使用過程中放心使用產品。

2.混凝土結構安裝施工速度。

由于裝配好的混凝土構件是預制構件，大部分已經在工廠完成或半完成。在現場施工中，板與板之間的連接只需根據圖紙將組件放置在適當的位置即可完成。因此，建設速度大大提高了建設效率，縮短了建設周期，使中國建筑業發展到了一個新的水平。

3.節約資源。

在我國傳統的混凝土澆筑現場，指揮人員必須及時下達指令，混凝土澆筑耗時長，環節多，容易出錯。但與混凝土澆筑相關的因素也很多，當天氣、氣候和溫度發生變化時，會直接影響混凝土澆筑的成功率。混凝土澆筑過程中，采用鋼模板澆筑，但由于人為原因，鋼模板在使用過程中會出現不同程度的磨損，從而增加了建筑行業的投資。施工隊伍采用預制混凝土結構施工工藝，可有效減少模板使用，只需使用國內傳統模板用量的65%，并可保證上下波動不超過5%。使用預制混凝土結構不僅可以減少所有的施工時間，還可以有效減少人為失誤等外部因素，從而大大提高了我國建筑領域的混凝土澆筑技術。同時，采用預制混凝土結構施工可以有效減少施工隊伍的投入，從而加快施工隊伍的資金周轉速度，這在一定程度上不僅給甲方帶來了極大的便利。在采用預制混凝土結構施工的過程中，所使用的模板必須提前在相應的工廠進行訂購和制作。在生產過程中，材料和工藝的使用會在一定程度上減少資金的損失。同時，通過合理設計，可以有效減少混凝土用量，從而有效降低施工過程中噪音對周邊居民的影響，采用預制混凝土結構施工技術，可以有效減少施工過程中產生的廢水量，有效保護我國的生態環境。因此，預制混凝土施工技術是我國一項新的綠色建筑技術。

四、裝配式混凝土設計質量控制要點

1.設計質量決定工程質量。

裝配式建筑是一項系統工程，設計必須充分考慮構件的制作、運輸和吊裝要求，結構和建筑設備的專業要求，以及建筑裝飾的要求。設計的關鍵是組件的拆分，構件拆卸的質量直接關系到預制構件生產的質量、效率和成本，還會影響運輸、吊裝和現場施工的質量、效率和成本，影響外墻防水保溫的功能要求，影響立面的構成和形式。因此，必須高度重視構件拆分設計。構件拆卸必須基于標準化、模塊化、少規格、多組合的原則，以達到整體結構抗震性能的目標。

2.對結構質量有直接影響的是連接節點的設計。

包括墻板與墻板、墻板與樓板、樓板與陽臺等接縫的界面處理。其結構和性能直接關系到裝配式建筑的防水、防火、隔熱、隔音等物理性能。因此，接頭的接口設計非常重要，國家標準（JGJ1--2014）要求連接設計在性能上“相當于現澆”。

3.層壓樓板。

目前裝配式混凝土結構中，樓板主要采用疊合板。預制層和上部現澆混凝土層合二為一，共同工作。預制樓板主筋為組合樓板主筋，上部混凝土現澆樓板僅配負彎矩鋼筋和結構鋼筋。預制層作為現澆混凝土層的底模，不需要支撐現澆層的模板。預制層底面平整，板縫處理后可減少吊頂內抹灰層。該復合板具有現澆樓板整體性好、剛度高、抗裂性好、不增加鋼筋用量、節約模板等優點。在監理過程中，復合樓板的施工控制主要在于預制層的吊裝，以及預制層與豎向構件（剪力墻、柱）連接的施工質量監控。

4.預制混凝土墻板之間的連接。

預制混凝土墻板之間的連接是根據結構的整體抗震性能、使用性能、經濟性、安裝和施工的要求確定的。如果接頭處豎向鋼筋連接設計采用插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接，為保證構件間水平縫隙灌漿和座漿的密實可靠，水平縫隙的高度必須明確，同時應考慮現場施工中方便的連接操作。如果預制混凝土剪力墻之間的水平鋼筋連接在現澆連接區用螺栓焊接環筋連接，水平現澆連接區的寬度不應小于200 毫米。

5.運輸和吊裝。

預制構件運輸和臨時堆放時，鋼支撐應根據預制構件的整體尺寸進行設計，支撐應有足夠的剛度，以保證構件在運輸和堆放過程中不變形。為防止部件在儲存過程中受損，應在部件與鋼支架的接觸點設置枕木。吊裝方案的編制應在吊裝前完成。現場吊裝時，應綜合考慮預制構件的重量和吊裝距離，選擇吊車吊裝設備。預制構件吊裝需要專用吊具，一般吊點為預埋鉤（環）、連接器等。鋼絲繩應根據起吊部件的重量進行選擇，起吊順序應嚴格按照起吊方案進行。

6.調節和固定。

預制混凝土結構對各構件的安裝精度要求較高，但傳統現場法施工的主體結構與預制混凝土構件之間的連接，僅靠簡單的焊接和螺栓固定，無法滿足精度要求。吊裝前，按要求清理調整連接部位，確保工作面的清潔；吊裝預制構件時，需要精細調整預制構件的位置、水平和垂直度，以保證拼裝構件的準確位置。如飾面磚墻板、復合保溫外墻板等立面不抹灰的預制構件安裝，在施工監理過程中應逐項控制。

7.連接結構要求。

在實踐中，常用的連接結構可分為焊接、套筒灌漿和搭接。對于直接暴露在空氣中的部件，要采取防火、防腐蝕等安全措施，注意使其持續到滿族人的使用壽命。

（1）焊接連接。

焊接法是所有結構體系中最常用的方法，具有材料簡單、連接穩定的特點。采用焊接連接時，除了嚴格控制、深入研究和精心選擇焊接設備、工藝和方法外，還應深化對較大直徑結構間鋼筋焊接技術的研究和探討。

（2）套筒灌漿連接。

各種研究結果表明，套筒注漿連接技術容易滿足鋼筋的連接強度。但需要注意的是，從國外進口的套管要進行適當改造，以適應國內鋼筋的結構強度。首都北京部分公司的申請結果相當有效，其他地區可以借鑒。

施工時，先將連接筋插入套管內，然后灌滿泥漿，靜置兩天。套筒材料的抗拉強度優于600Mpa，套筒之間的距離要足夠大，連接筋和套筒的方位要布置好，保證誤差在允許誤差內。國內一些優秀單位對國外套筒及配套高強砂漿進行了專項試驗研究，研究成果可供今后工程參考。

裝配式建筑施工的關鍵工藝——套筒灌漿

五、建筑預制混凝土結構關鍵施工技術

1.NPC 技術系統。

NPC 施工技術主要用于豎向剪力墻和填充墻的全預制施工方法，也能有效實現水平板、梁等構件的疊合施工。相鄰兩部分可通過預留插筋自上而下連接，上部預留部分主要通過金屬錨固管連接。此外，在水平位置，用混凝土連接，而在水平方向，構件之間的連接主要是通過豎向構件的預留插筋進入板、梁等結構的重疊位置，然后通過現澆帶、鋼錨接頭和先重疊澆筑的方式實現豎向構件和水平構件之間的連接。

目前我國NPC 技術發展相對成熟，在水平和豎向結構中疊加、全預制，可以大大降低現澆梁的使用概率，裝配率可達90%之多。但在實際施工過程中，由于一些原因，工程施工中還存在一些問題，灌漿質量無法得到很好的保證。因此，目前有必要不斷優化創新NPC 技術，從根本上保證裝配式建筑的安全穩定。

2.PC 施工技術。

PC 施工技術也是裝配式混凝土結構施工技術中的一項關鍵施工技術，主要作用是有效地連接不同的材料，減少連接中的縫隙，使不同材料之間的連接更加緊密，提高整個建筑的牢固性和整體質量。對于預制混凝土結構施工中使用的預制構件，主要有空調板、樓梯等部分。PC 技術的應用相對安全，只需要拼接和構建不同的材料。但在具體施工過程中，需要有專業人員在場指導安裝工作。PC 施工技術可以大大提高建筑的保溫隔熱性能，合理應用PC 施工技術，可以有效減少建筑的施工工序、混凝土澆筑和后續養護工序，同時提高施工效率和質量。

3.PCF 技術。

PCF 技術，即半預制混凝土結構技術，是將國外預制混凝土技術與國內設計要求相結合而形成的，主要解決房屋的剪力墻外墻和疊合樓板預制結構的澆筑問題。PCF 技術在處理外墻模板問題上有很好的效果，不需要在外圍設置腳手架和模板，降低了模板成本的支出，在一定程度上節約了成本。然而，預應力碳纖維技術在設計中往往忽略了墻體的承載力和剛度，容易導致材料的浪費，同時也導致結構的偏差和失效。

六、裝配式混凝土結構施工技術的優化對策

對于目前預制混凝土結構的施工技術，雖然與傳統的施工方法相比有了很大的改進和提高，但在一定程度上仍有優化的空間。首先，可以有針對性地提高施工人員的技術水平。對于預制混凝土結構施工中關鍵技術的應用，需要提高施工人員的熟練程度，進一步縮短工期，降低生產成本。對于施工手段，不能停滯不前，要進行科學有效的創新，比如提高施工人員的技術水平。創新施工手段，在預制墻板施工過程中，注意提前攪拌施工材料，灌漿施工時控制溫度，確保施工達到設計效果。

結束語

總之，裝配式建筑技術的發展正得到越來越多的支持，應不斷進行創新，使剪力墻體校正技術、預制梁（板）施工技術、預制柱底注漿技術和勾縫處理技術得以廣泛應用，這些技術對提高建筑質量起到了重要作用。同時，建筑業也通過裝配式混合混凝土結構得到了進一步發展。基于此，施工人員應大力將該技術應用于施工過程中，為我國建筑行業的發展帶來新的活力，使該技術真正得到發展，成為未來我國的主要施工技術。預制混凝土結構技術能夠得到廣泛應用，是因為其在一定程度上滿足了社會的需求，減少了混凝土對環境的污染和破壞，代表了建筑行業未來的發展方向。但該技術仍存在諸多不足，需要進一步研究分析，以促進我國建筑業健康可持續發展。