住宅工程中裝配式建筑施工技術應用分析

羅 姜 (北京城建亞泰建設集團有限公司 北京 100013)

當前,我國建筑業粗放型發展方式的局面并未根本轉變,采用現場澆(砌)筑的方式,資源能源利用效率低,建筑垃圾排放量大,揚塵和噪聲環境污染嚴重。如果不從根本上改變建造方式,粗放建造方式帶來的資源能源過度消耗和浪費將無法扭轉,經濟增長與資源能源的矛盾會更加突出,并將極大的制約中國經濟社會的可持續發展。發展裝配式建筑在節能、節材和減排方面的成效已在實際項目中得到證明。在資源能源消耗和污染排放方面,裝配式建筑相比現澆建筑,建造階段可以大幅減少木材模板、保溫材料(壽命長,更新周期長)、抹灰水泥砂漿、施工用水、施工用電的消耗,并減少80%以上的建筑垃圾排放,減少碳排放和對環境帶來的楊塵和噪聲污染,有利于改善城市環境、提高建筑綜合質量和性能、推進生態文明建設。因此,我們要在施工應用過程中,結合實際情況不斷完善裝配式施工技術,并做好管理工作。

1.裝配式建筑概述

裝配式建筑是指采用部件部品,在施工現場以可靠連接方式裝配而成的建筑,具有設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化等特征。裝配式建筑包括預制混凝土結構、鋼結構和木結構以及混合結構等多種類型。裝配式鋼結構建筑因自身使用年限和結構耐久性等問題,在民用建筑中應用較少;木結構屬于特種結構,僅作為低層民用建筑和特種建筑形式被應用。裝配式混凝土建筑相比于傳統建筑模式而言,有其本質上的優勢,成為應用廣泛的裝配式建筑結構形式。

裝配式混凝土建筑是將傳統現澆混凝土部分在預制工廠中制作完成,采用統一設計、預制模具后進行標準化的生產,并且在生產過程中采用現代化的生產工藝與管理技術,從而保證預制構件在規格、質量等方面都能非常穩定,而后將構件運輸到施工現場,再按照工藝標準進行安裝的施工形式。裝配式最大的特點是可以連續地按順序完成工程的多個或全部工序,從而減少進場的工程機械種類和數量,將過去各個工序之間的時差消除,理論上能夠做到各個工序間的無縫銜接,從而提高工效。另外,因裝配式建筑的構件不在現場進行施工,能夠減少資源消耗以及建筑垃圾,隨之降低施工成本。本文對裝配式混凝土建筑施工工藝進行研究。

1 裝配式建筑的優勢

1.1 提升建筑質量

裝配式混凝土構件均是在工廠預制完成,通過現代化的生產工藝和科學的生產管理方式進行標準化的生產。運送至現場后進行安裝即可。對于裝配式建筑,其質量控制點相對較少,且控制過程相對簡單,通過控制生產過程的材料選擇和預制過程,可保證生產出合格的構件,從而保證整體建筑的施工質量。

1.2 優化空間利用與房屋格局

預制混凝土墻板、疊合板的強度均高于現澆施工的同類混凝土結構,使用裝配式構件進行施工的房屋通常具有跨徑大、開間大的特點,對于房屋空間分割、功能分區等室內設計的約束減少,能夠優化空間利用,使房屋格局更合理。

1.3 提升施工效率

相對于傳統現澆混凝土工程,裝配式建筑的施工工藝更簡單,效率更高。以預制率約為35%的30層高層住宅為例,相比于同規模的混凝土建筑項目,建筑工期能縮短20%以上,施工人數能減少70%,且建筑無需額外的室內外抹灰工程,能夠有效降低粉塵、噪聲污染,減少建筑垃圾,生產成本也隨之降低。

2 裝配式建筑施工技術研究

2.1 設計階段

若目標建筑欲采用裝配式混凝土結構形式,則需在設計階段即進行專項設計。除傳統建筑的設計要點之外,要明確現澆位置與預制位置的分割處;明確預制構件的尺寸、強度、材料選用與性能約束;各分項工程之間的協調與預留;明確設計構件在實際施工中的應用,是否便于運輸與吊裝。

2.2 構件預制、運輸階段

構件預制是裝配式建筑施工中的重要階段,該階段對構件質量有極大的影響,對目標工程的結構安全、使用年限等也有決定性作用。構件預制之前,需明確設計方案中構件的種類、尺寸、形狀能否進行澆筑和運輸;評判預制過程和運輸過程的風險;對于尺寸較大的部分,能否進行分割預制;預制后強度與現澆強度的對比,以確定最終裝配方案。

明確構件預制方案后,即可進行預制工作。預制過程中,所選用的材料需進行規范驗收,對不符合規定的材料嚴禁應用于構件預制生產中。由于混凝土澆筑完成后很難對鋼筋進行質量驗收,故在鋼筋綁扎階段,應嚴格按照設計方案的鋼筋型號、數量、位置、連接方式進行鋼筋綁扎,然后進行鋼筋工程專項驗收后再進行混凝土澆筑。

構件澆筑預制完成后,要進行質量驗收和養護工作。裝配式混凝土構件需有至少14d 的養護期才能達到最終強度以供工程使用。養護過程中要注意混凝土構件的成品保護,養護完成運輸至項目之前,再進行一次強度檢驗和鋼筋外觀檢驗,禁止將不合格的構件運輸至施工現場。

在構件的運輸過程中,對于有預留鋼筋的構件,鋼筋預留段應盡量避免承重,防止在運輸過程中由于鋼筋頻繁受力而出現質量問題。運輸過程需可靠固定,盡量避免構件重疊放置,若無法避免構件重疊放置,需考慮局部壓強是否會對構件的強度造成影響。構件運輸至現場后,應注意檢查是否被破壞。

由于預制構件尺寸較大且難以堆放,施工現場通常不能存放大量的構件材料,故構件預制生產進度應與施工現場進度相符,避免構件在施工現場大量存放,以及臨時性生產造成的養護時間不足。可采取動態溝通、動態排產的形式保證構件預制按需生產。

2.3 施工階段

目前,大部分裝配式建筑并非所有結構均采用預制構件,多數非承重結構仍采用現場澆筑與裝配施工相結合的形式。根據設計方案,做好地下工程和底層的施工工作,在現澆結構強度達標、驗收合格后即可進行后續裝配施工。進行裝配施工前,先確定結構的控制線和標高以及安裝位置,檢查預留鋼筋情況,在準備工作完成后進行構件的起吊。

構件起吊后調整到最佳位置,并由施工人員輔助構件下落到正確位置,確保預留鋼筋與構件預留洞之間準確匹配,而后進行可靠的臨時固定,同時進行垂直度校準。待構件完全落下,與樓板垂直度符合要求且臨時固定完成后,即可進行灌漿工作。灌漿使用的水泥砂漿應符合強度要求,使用專門灌漿設備進行構件的灌漿工作,并注意砂漿灌注盈滿。灌漿完成并達到目標強度后,即可進行臨時固定設施的拆除。

預制施工的基本順序是預制墻板、預制剪力墻、疊合陽臺板和空調板、預制樓梯和其他構件等,若采用現澆結構與預制結構相結合的結構形式且存在施工位置的交叉,需先進行預制構件的安裝后進行澆筑工作,在每個樓層的所有預制構件安裝完成后進行預制樓板安裝,而后重復以上環節,直至完成整棟建筑的施工。

3 裝配式建筑案例分析

3.1 項目概況

案例工程位于北京市門頭溝區,該建筑為普通民用住宅建筑,周邊環境對建筑施工無特殊影響。項目無特種用途,對于防火、抗震、結構強度等參照現行國家標準。項目地塊1為住宅混合公建項目,地塊2為居住項目,建筑最高層數26層。項目總用地面積為32000m2,包含地下工程與地上工程。

3.2 施工設計與前期準備

項目設計工作由當地具有資質的設計單位進行,為便于實現目標功能,同時,基于施工便捷性和成本控制原則,計劃對項目主樓的1～3層和地下工程之外的部分采用裝配式施工,裝配式構件主要有外墻板、部分剪力墻、樓板、陽臺及空調板、樓梯,其余部分采用現澆結構。該設計方案經審查能夠滿足建設方的需求,并與建設方達成一致意見,實際施工將依照此方案進行。

確定設計方案后,先進行深化設計,根據工程圖紙和甲方給定的設計框架,對該工程中的所有外墻墻板進行分割,裝配式構件的最大尺寸為3.4m×8m,最小尺寸為3.4m×2.5m,經驗證,該尺寸范圍不會影響預制、運輸和安裝過程。由于該工程開間變化范圍較大,且在6層以上的設計用途為公寓,故對剪力墻采用現澆與預制相結合施工的方式,對于公寓部分的小尺寸剪力墻,采用現澆施工,對于辦公區大開間剪力墻,采用裝配式施工,裝配尺寸能夠滿足要求。該工程的陽臺板、空調板為常見尺寸,可采用整件預制的形式。該工程樓梯為平行雙跑樓梯,可采用整件預制的形式。至此,工程內的構件分割工作已經完成,經細微調整和反向驗證,最終確定構件的分割和預制方案。

該建筑單位計劃采用預制構件外采的形式,通過對市場調研和尋源,對比價格、供應商資質、服務能力等,最終確定中鐵六局集團豐橋橋梁有限公司為該項目的裝配式構件供應商。該供應商生產能力強、經驗豐富,有專業的運輸措施,具有相關生產經營資質。

3.3 項目施工流程

本項目在進行準備工作的同時即開始項目規劃與施工,在進行場地平整、通水通電通路、生活區建設等前置工作完成后,項目正式進入施工流程。按照既定施工方案進行地下工程的施工工作,而后進行建筑1～3層的混凝土施工工作。在進行地下工程與混凝土工程的施工中,嚴格遵循施工標準與技術方案,并進行多次驗收確保工程合格。

進行第3層混凝土澆筑時,項目聯系構件經銷商進行訂貨,首批構件內容為4層1單元的構件,約定進場時間為15d后,經銷商進入生產環節。在此過程中,現場進行裝配式技術交底、技術人員選用、塔吊設備安裝調試。同時,對后續構件進行訂貨,約定進場時間為每天進場一個單元的構件,連續進場3d后暫停進場1d,以此類推。

15d后,建筑第3層混凝土已達最大強度,此時首批構件進場,進行質量驗收合格后,將構件暫存于施工樓棟周圍的空場地,同時,準備進行構件安裝工作。構件安裝施工時,將構件起吊到指定位置,確保預留鋼筋對位正確,采取可靠的臨時固定措施,而后進行下一塊構件的吊裝和固定;另一班組進行灌漿施工;直至所有外墻板吊裝安裝完成并已灌漿。而后進行預制剪力墻和預制樓梯的安裝,同時,進行現澆部分的施工工作。每個樓層的預制構件安裝和附屬部分施工完成后進行樓板的吊裝,并利用1d 的時間對已經施工的工程部分進行加強和驗收,待強度達標后,即可重復上述工序進行下一樓層的施工,直至整個建筑封頂。

項目施工過程中,需按照技術規程進行施工和驗收,同時,注意安全生產,現場安全生產內容、現澆混凝土質量要點、臨時設施管理、大設備管理等同一般工程形式,不做展開贅述。

3.4 案例分析

該工程在決策階段即提出裝配式的施工方式,故在設計階段同時進行了裝配式構件的專項深化,通過合理的構件分割,采用裝配式與現澆相結合的工程形式,將裝配式混凝土工程和現澆混凝土工程的優勢相結合,最終確定施工方案。在構件預制環節,選取了中鐵六局集團豐橋橋梁有限公司作為生產商,其為實力雄厚、具有資質的專業生產商,能夠確保生產構件合格。

在構件進場環節中,通過科學計劃編排的形式進行分組施工、分段施工,并為每一層施工預留驗收和養護時間,對于施工中的可變因素也有更好的風險承受能力,不會大幅度影響工期。采用此種模式充分發揮了裝配式施工的優勢,且不會對現場材料堆放造成壓力。

結語

裝配式建筑具有施工效率高、質量可控性等優勢。裝配式建筑在設計階段、構件預制階段、施工安裝階段均有較多技術要求,通過對材料、工藝、施工標準的明確,能夠使裝配式建筑更易于大規模普及。目前,已經有諸多裝配式建筑落地,根據政策指引,2025年,裝配式建筑行業的滲透率將達到30%以上,若以我國每年新增城鎮新建建筑面積約2.1×109m估算,屆時,新增裝配式建筑面積將達到6.3×108m以上,保證未來5年的年復合增速在17%以上。隨著建筑行業的發展和技術的不斷革新,裝配式的建筑模式也會逐漸擴大市場份額,以多種優勢成為新建建筑的首選工藝。