房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)探析

◎章世林

引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)了科技的進(jìn)步，同時(shí)科技的進(jìn)步也促進(jìn)了我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，越來(lái)越多的新技術(shù)、新工藝被應(yīng)用到建筑施工項(xiàng)目中，裝配式建筑施工技術(shù)就是其中之一。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工工藝需要大量的人力物力，建筑材料復(fù)雜凌亂相比，裝配式建筑只需要將工廠(chǎng)生產(chǎn)的構(gòu)件提前運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，最后像積木一樣組裝即可。一方面大大節(jié)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(guò)程中，施工人員可以通過(guò)實(shí)時(shí)記錄施工數(shù)據(jù)，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，從而保證建筑施工安全。需要正視的是，雖然國(guó)際上有很多建設(shè)案例和詳細(xì)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，但由于我國(guó)起步晚、發(fā)展慢，還存在一系列不容忽視的問(wèn)題。因此，對(duì)這一施工技術(shù)的探索和研究將對(duì)我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

一、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)概述

傳統(tǒng)建筑在人員配置和設(shè)備布置上有很大的限制，對(duì)環(huán)境空間、尺寸和布局都有很高的要求。但由于我國(guó)人口基數(shù)相對(duì)較大，城市化進(jìn)程加快，可利用土地面積大幅減少，導(dǎo)致建筑密度和高度增加，也給建筑建設(shè)和管理帶來(lái)很大困難。另外，很多建筑工程施工需要大量的大型機(jī)械設(shè)備，在施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制鋼筋和材料，會(huì)產(chǎn)生很大的建筑垃圾、噪音和粉塵污染，對(duì)周?chē)藗兊纳顣?huì)產(chǎn)生非常不好的影響。然而，裝配式建筑的應(yīng)用在很大程度上解決了這些問(wèn)題。可以將傳統(tǒng)建筑施工的部分施工內(nèi)容轉(zhuǎn)移到工廠(chǎng)管理現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，從而有效簡(jiǎn)化建筑施工現(xiàn)象的工序，這種方式也大大提高了施工效率和質(zhì)量。

二、預(yù)制混凝土建筑的特點(diǎn)

1.建筑工業(yè)生產(chǎn)。

建筑的工業(yè)化生產(chǎn)可以說(shuō)是預(yù)制混凝土建筑最突出的重點(diǎn)。每個(gè)部件都可以由預(yù)制廠(chǎng)批量生產(chǎn)，避免了惡劣天氣、惡劣環(huán)境等外部因素的影響。同時(shí)，工業(yè)化的生產(chǎn)模式也保證了產(chǎn)品質(zhì)量的高穩(wěn)定。在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，為了精確控制溫度和濕度，需要專(zhuān)業(yè)人員使用標(biāo)準(zhǔn)化的模板，并熟練操作，從而更好地保證構(gòu)件質(zhì)量，在一定程度上減少混凝土開(kāi)裂、鼓包、滲水等建筑質(zhì)量缺陷。檢驗(yàn)合格后可快速運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，接頭處只需現(xiàn)場(chǎng)澆筑，有效縮短了工期。而且，裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)可以與現(xiàn)場(chǎng)施工同時(shí)進(jìn)行，例如在基礎(chǔ)和地基施工時(shí)，可以同時(shí)預(yù)制墻體、樓板等，只需將裝配式建筑構(gòu)件運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)少量的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)就可以組裝好每一個(gè)構(gòu)件。不僅有效避免了因惡劣天氣等原因?qū)е卢F(xiàn)場(chǎng)施工長(zhǎng)時(shí)間停工造成的作業(yè)損失。此外，可以縮短施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度，尤其是在北方氣候特別寒冷的地區(qū)。另一方面，在傳統(tǒng)的手工建筑中，大部分構(gòu)件都是現(xiàn)場(chǎng)澆筑，延長(zhǎng)了工期，遇到惡劣天氣時(shí)才能停止。最重要的是，雖然有專(zhuān)門(mén)的人員檢查質(zhì)量，但很難面面俱到，尤其是農(nóng)村地區(qū)，更依賴(lài)于師傅的“工作經(jīng)驗(yàn)”。不能否認(rèn)實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)很重要，但粗略計(jì)算存在太多不確定性，如房間大小、層高等，缺乏準(zhǔn)確計(jì)算，在某些情況下會(huì)影響個(gè)人生活的舒適度。預(yù)制混凝土建筑與傳統(tǒng)手工建筑由于構(gòu)件的不同，由于城市人口的快速發(fā)展，高房?jī)r(jià)、住房困難已經(jīng)成為一個(gè)社會(huì)問(wèn)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(guān)心的問(wèn)題。在大多數(shù)情況下，建筑需要能夠抵抗8 級(jí)地震。在裝配式節(jié)點(diǎn)中，合理的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，如預(yù)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(yù)制混凝土建筑的抗震性能就能與現(xiàn)澆建筑相當(dāng)，甚至有些性能指標(biāo)可以超過(guò)現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)。如果想進(jìn)一步提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能，可以在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中布置減震裝置，如設(shè)置相應(yīng)的阻尼器或直接設(shè)置隔震層。

三、建筑裝配混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.抗震性能與保溫性能強(qiáng)。

在施工過(guò)程中，只需要做好結(jié)構(gòu)件的連接件和預(yù)制件。因此，建筑的整體性能會(huì)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(guó)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，其連接性能逐漸提高，抗震性能也越來(lái)越強(qiáng)，從而進(jìn)一步提升了人們的居住舒適度。由于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，其保溫效果優(yōu)于我國(guó)傳統(tǒng)磚砌體建筑。由于裝配中使用了精心設(shè)計(jì)的材料，居民可以在使用過(guò)程中放心使用產(chǎn)品。

2.混凝土結(jié)構(gòu)安裝施工速度。

由于裝配好的混凝土構(gòu)件是預(yù)制構(gòu)件，大部分已經(jīng)在工廠(chǎng)完成或半完成。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，板與板之間的連接只需根據(jù)圖紙將組件放置在適當(dāng)?shù)奈恢眉纯赏瓿伞Ｒ虼耍ㄔO(shè)速度大大提高了建設(shè)效率，縮短了建設(shè)周期，使中國(guó)建筑業(yè)發(fā)展到了一個(gè)新的水平。

3.節(jié)約資源。

在我國(guó)傳統(tǒng)的混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)，指揮人員必須及時(shí)下達(dá)指令，混凝土澆筑耗時(shí)長(zhǎng)，環(huán)節(jié)多，容易出錯(cuò)。但與混凝土澆筑相關(guān)的因素也很多，當(dāng)天氣、氣候和溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)直接影響混凝土澆筑的成功率。混凝土澆筑過(guò)程中，采用鋼模板澆筑，但由于人為原因，鋼模板在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，從而增加了建筑行業(yè)的投資。施工隊(duì)伍采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝，可有效減少模板使用，只需使用國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)模板用量的65%，并可保證上下波動(dòng)不超過(guò)5%。使用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)不僅可以減少所有的施工時(shí)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(guó)建筑領(lǐng)域的混凝土澆筑技術(shù)。同時(shí)，采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工可以有效減少施工隊(duì)伍的投入，從而加快施工隊(duì)伍的資金周轉(zhuǎn)速度，這在一定程度上不僅給甲方帶來(lái)了極大的便利。在采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中，所使用的模板必須提前在相應(yīng)的工廠(chǎng)進(jìn)行訂購(gòu)和制作。在生產(chǎn)過(guò)程中，材料和工藝的使用會(huì)在一定程度上減少資金的損失。同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，可以有效減少混凝土用量，從而有效降低施工過(guò)程中噪音對(duì)周邊居民的影響，采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，可以有效減少施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢水量，有效保護(hù)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境。因此，預(yù)制混凝土施工技術(shù)是我國(guó)一項(xiàng)新的綠色建筑技術(shù)。

四、裝配式混凝土設(shè)計(jì)質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.設(shè)計(jì)質(zhì)量決定工程質(zhì)量。

裝配式建筑是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)必須充分考慮構(gòu)件的制作、運(yùn)輸和吊裝要求，結(jié)構(gòu)和建筑設(shè)備的專(zhuān)業(yè)要求，以及建筑裝飾的要求。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是組件的拆分，構(gòu)件拆卸的質(zhì)量直接關(guān)系到預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量、效率和成本，還會(huì)影響運(yùn)輸、吊裝和現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)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(gòu)成和形式。因此，必須高度重視構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)。構(gòu)件拆卸必須基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、少規(guī)格、多組合的原則，以達(dá)到整體結(jié)構(gòu)抗震性能的目標(biāo)。

2.對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量有直接影響的是連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

包括墻板與墻板、墻板與樓板、樓板與陽(yáng)臺(tái)等接縫的界面處理。其結(jié)構(gòu)和性能直接關(guān)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(shè)計(jì)非常重要，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（JGJ1--2014）要求連接設(shè)計(jì)在性能上“相當(dāng)于現(xiàn)澆”。

3.層壓樓板。

目前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，樓板主要采用疊合板。預(yù)制層和上部現(xiàn)澆混凝土層合二為一，共同工作。預(yù)制樓板主筋為組合樓板主筋，上部混凝土現(xiàn)澆樓板僅配負(fù)彎矩鋼筋和結(jié)構(gòu)鋼筋。預(yù)制層作為現(xiàn)澆混凝土層的底模，不需要支撐現(xiàn)澆層的模板。預(yù)制層底面平整，板縫處理后可減少吊頂內(nèi)抹灰層。該復(fù)合板具有現(xiàn)澆樓板整體性好、剛度高、抗裂性好、不增加鋼筋用量、節(jié)約模板等優(yōu)點(diǎn)。在監(jiān)理過(guò)程中，復(fù)合樓板的施工控制主要在于預(yù)制層的吊裝，以及預(yù)制層與豎向構(gòu)件（剪力墻、柱）連接的施工質(zhì)量監(jiān)控。

4.預(yù)制混凝土墻板之間的連接。

預(yù)制混凝土墻板之間的連接是根據(jù)結(jié)構(gòu)的整體抗震性能、使用性能、經(jīng)濟(jì)性、安裝和施工的要求確定的。如果接頭處豎向鋼筋連接設(shè)計(jì)采用插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接，為保證構(gòu)件間水平縫隙灌漿和座漿的密實(shí)可靠，水平縫隙的高度必須明確，同時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)施工中方便的連接操作。如果預(yù)制混凝土剪力墻之間的水平鋼筋連接在現(xiàn)澆連接區(qū)用螺栓焊接環(huán)筋連接，水平現(xiàn)澆連接區(qū)的寬度不應(yīng)小于200 毫米。

5.運(yùn)輸和吊裝。

預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸和臨時(shí)堆放時(shí)，鋼支撐應(yīng)根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的整體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，支撐應(yīng)有足夠的剛度，以保證構(gòu)件在運(yùn)輸和堆放過(guò)程中不變形。為防止部件在儲(chǔ)存過(guò)程中受損，應(yīng)在部件與鋼支架的接觸點(diǎn)設(shè)置枕木。吊裝方案的編制應(yīng)在吊裝前完成。現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)，應(yīng)綜合考慮預(yù)制構(gòu)件的重量和吊裝距離，選擇吊車(chē)吊裝設(shè)備。預(yù)制構(gòu)件吊裝需要專(zhuān)用吊具，一般吊點(diǎn)為預(yù)埋鉤（環(huán)）、連接器等。鋼絲繩應(yīng)根據(jù)起吊部件的重量進(jìn)行選擇，起吊順序應(yīng)嚴(yán)格按照起吊方案進(jìn)行。

6.調(diào)節(jié)和固定。

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)各構(gòu)件的安裝精度要求較高，但傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)法施工的主體結(jié)構(gòu)與預(yù)制混凝土構(gòu)件之間的連接，僅靠簡(jiǎn)單的焊接和螺栓固定，無(wú)法滿(mǎn)足精度要求。吊裝前，按要求清理調(diào)整連接部位，確保工作面的清潔；吊裝預(yù)制構(gòu)件時(shí)，需要精細(xì)調(diào)整預(yù)制構(gòu)件的位置、水平和垂直度，以保證拼裝構(gòu)件的準(zhǔn)確位置。如飾面磚墻板、復(fù)合保溫外墻板等立面不抹灰的預(yù)制構(gòu)件安裝，在施工監(jiān)理過(guò)程中應(yīng)逐項(xiàng)控制。

7.連接結(jié)構(gòu)要求。

在實(shí)踐中，常用的連接結(jié)構(gòu)可分為焊接、套筒灌漿和搭接。對(duì)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(xù)到滿(mǎn)族人的使用壽命。

（1）焊接連接。

焊接法是所有結(jié)構(gòu)體系中最常用的方法，具有材料簡(jiǎn)單、連接穩(wěn)定的特點(diǎn)。采用焊接連接時(shí)，除了嚴(yán)格控制、深入研究和精心選擇焊接設(shè)備、工藝和方法外，還應(yīng)深化對(duì)較大直徑結(jié)構(gòu)間鋼筋焊接技術(shù)的研究和探討。

（2）套筒灌漿連接。

各種研究結(jié)果表明，套筒注漿連接技術(shù)容易滿(mǎn)足鋼筋的連接強(qiáng)度。但需要注意的是，從國(guó)外進(jìn)口的套管要進(jìn)行適當(dāng)改造，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)鋼筋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。首都北京部分公司的申請(qǐng)結(jié)果相當(dāng)有效，其他地區(qū)可以借鑒。

施工時(shí)，先將連接筋插入套管內(nèi)，然后灌滿(mǎn)泥漿，靜置兩天。套筒材料的抗拉強(qiáng)度優(yōu)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(nèi)。國(guó)內(nèi)一些優(yōu)秀單位對(duì)國(guó)外套筒及配套高強(qiáng)砂漿進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)研究，研究成果可供今后工程參考。

裝配式建筑施工的關(guān)鍵工藝——套筒灌漿

五、建筑預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)

1.NPC 技術(shù)系統(tǒng)。

NPC 施工技術(shù)主要用于豎向剪力墻和填充墻的全預(yù)制施工方法，也能有效實(shí)現(xiàn)水平板、梁等構(gòu)件的疊合施工。相鄰兩部分可通過(guò)預(yù)留插筋自上而下連接，上部預(yù)留部分主要通過(guò)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(gòu)件之間的連接主要是通過(guò)豎向構(gòu)件的預(yù)留插筋進(jìn)入板、梁等結(jié)構(gòu)的重疊位置，然后通過(guò)現(xiàn)澆帶、鋼錨接頭和先重疊澆筑的方式實(shí)現(xiàn)豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件之間的連接。

目前我國(guó)NPC 技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，在水平和豎向結(jié)構(gòu)中疊加、全預(yù)制，可以大大降低現(xiàn)澆梁的使用概率，裝配率可達(dá)90%之多。但在實(shí)際施工過(guò)程中，由于一些原因，工程施工中還存在一些問(wèn)題，灌漿質(zhì)量無(wú)法得到很好的保證。因此，目前有必要不斷優(yōu)化創(chuàng)新NPC 技術(shù)，從根本上保證裝配式建筑的安全穩(wěn)定。

2.PC 施工技術(shù)。

PC 施工技術(shù)也是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵施工技術(shù)，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(gè)建筑的牢固性和整體質(zhì)量。對(duì)于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工中使用的預(yù)制構(gòu)件，主要有空調(diào)板、樓梯等部分。PC 技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)安全，只需要拼接和構(gòu)建不同的材料。但在具體施工過(guò)程中，需要有專(zhuān)業(yè)人員在場(chǎng)指導(dǎo)安裝工作。PC 施工技術(shù)可以大大提高建筑的保溫隔熱性能，合理應(yīng)用PC 施工技術(shù)，可以有效減少建筑的施工工序、混凝土澆筑和后續(xù)養(yǎng)護(hù)工序，同時(shí)提高施工效率和質(zhì)量。

3.PCF 技術(shù)。

PCF 技術(shù)，即半預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，是將國(guó)外預(yù)制混凝土技術(shù)與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)要求相結(jié)合而形成的，主要解決房屋的剪力墻外墻和疊合樓板預(yù)制結(jié)構(gòu)的澆筑問(wèn)題。PCF 技術(shù)在處理外墻模板問(wèn)題上有很好的效果，不需要在外圍設(shè)置腳手架和模板，降低了模板成本的支出，在一定程度上節(jié)約了成本。然而，預(yù)應(yīng)力碳纖維技術(shù)在設(shè)計(jì)中往往忽略了墻體的承載力和剛度，容易導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，同時(shí)也導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的偏差和失效。

六、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)化對(duì)策

對(duì)于目前預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，雖然與傳統(tǒng)的施工方法相比有了很大的改進(jìn)和提高，但在一定程度上仍有優(yōu)化的空間。首先，可以有針對(duì)性地提高施工人員的技術(shù)水平。對(duì)于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，需要提高施工人員的熟練程度，進(jìn)一步縮短工期，降低生產(chǎn)成本。對(duì)于施工手段，不能停滯不前，要進(jìn)行科學(xué)有效的創(chuàng)新，比如提高施工人員的技術(shù)水平。創(chuàng)新施工手段，在預(yù)制墻板施工過(guò)程中，注意提前攪拌施工材料，灌漿施工時(shí)控制溫度，確保施工達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

結(jié)束語(yǔ)

總之，裝配式建筑技術(shù)的發(fā)展正得到越來(lái)越多的支持，應(yīng)不斷進(jìn)行創(chuàng)新，使剪力墻體校正技術(shù)、預(yù)制梁（板）施工技術(shù)、預(yù)制柱底注漿技術(shù)和勾縫處理技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，這些技術(shù)對(duì)提高建筑質(zhì)量起到了重要作用。同時(shí)，建筑業(yè)也通過(guò)裝配式混合混凝土結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步發(fā)展。基于此，施工人員應(yīng)大力將該技術(shù)應(yīng)用于施工過(guò)程中，為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的活力，使該技術(shù)真正得到發(fā)展，成為未來(lái)我國(guó)的主要施工技術(shù)。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)能夠得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槠湓谝欢ǔ潭壬蠞M(mǎn)足了社會(huì)的需求，減少了混凝土對(duì)環(huán)境的污染和破壞，代表了建筑行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。但該技術(shù)仍存在諸多不足，需要進(jìn)一步研究分析，以促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。