雙面疊合剪力墻結構空腔混凝土澆筑技術研究

劉承靈 米宗寶 李 昶 劉 陽 韓 卿

（中國建筑第四工程局有限公司，陜西 西安 710000）

關鍵字：裝配式結構；疊合剪力墻；空腔澆筑密實度；混凝土材料

為響應全國住房和城鄉建設工作會議部署以及《十四五”建筑業發展規劃》等文件精神，以西安為代表的西北區域也開始大力推動新型建筑工業化的發展。目前建筑行業相對常見的高層裝配式剪力墻結構體系主要為鋼筋套筒灌漿連接體系、鋼筋漿錨搭接體系以及雙面疊合空腔結構體系。其中，雙面疊合空腔剪力墻結構體系憑借自身整體性好、自重輕、施工速度快、防滲漏效果好等優勢，在建筑工業化方面有其一席之地，目前在湖南、上海等地均有應用，三一筑工等企業也基于該體系做出了一定程度的優化改進。湖南、上海等地抗震設防烈度均為7度以下，但西北區域如西安等地抗震設防烈度為8度，墻身配筋、連梁尺寸等方面均有顯著提高，相應的在空腔混凝土澆搗難度方面也有所增加。本研究主要以QC小組活動PDCA循環法通過實驗及檢測的形式，從深化設計、原材料、施工工藝三個方面進行優化對比，旨在控制施工成本的同時確保空腔混凝土澆筑密實度。研究結果表明：通過優化鋼筋及管線綜合排布、調整澆搗方式兩個方面進行控制，在確保疊合墻空腔尺寸不小于100mm的前提下，普通混凝土（粗骨料粒徑≤30mm、坍落度220mm±20mm）可以滿足空腔混凝土澆筑密實度需求。本研究結果為雙面疊合空腔剪力墻結構在西北區域的應用奠定了基礎，也推動了西安地區新型建筑工業化的發展。

對于常規高層住宅項目，剪力墻墻身厚度一般以200mm為主，當采用雙面疊合空腔剪力墻結構體系時，為確保內外葉板在混凝土澆搗過程不因自身強度不足而破壞，內外葉板厚度一般為50mm（即空腔尺寸100mm），調研發現，受到施工偏差、空腔內壁粗糙處理、內部鋼筋排布等因素影響，實際空腔有效厚度往往小于90mm，現場應用時其空腔混凝土澆搗質量成為影響結構安全的最大因素。湖南等地在應用該體系時，空腔內混凝土選擇多以自密實混凝土為主，也有采用細石混凝土或普通商品混凝土的案例。西安等抗震設防烈度為8度的區域，為滿足抗震設計要求，結構配筋及連梁尺寸均遠遠高于湖南等地，尤其是為提高住宅品質、加大窗洞口尺寸，外墻窗洞口底部上翻連梁配筋尤為密集，大大增加了空腔混凝土澆搗難度。

1 影響因素分析

1.1 設計因素

設計方面主要考慮梁、墻鋼筋與預埋線管交錯形成的狹小空間，尤其是當廚衛間窗洞口高度不一致時，若結構設計有折梁，如圖1所示，大量鋼筋彎錨及預埋線管交錯、且窗下區域無法直接振搗造成該區域混凝土澆搗難度極大。

圖1 典型廚衛間窗洞口位置疊合剪力墻深化圖

此外，若適當降低內外葉板厚度，加大空腔凈寬，也可有效降低空腔混凝土澆筑難度。

1.2 原材料因素

原材料方面主要考慮混凝土種類（普通混凝土、細石混凝土、自密實混凝土）、混凝土粗骨料粒徑（30mm、20mm、15mm）、混凝土坍落度（220mm±20mm、200mm±20mm）等因素。

1.3 施工工藝因素

施工工藝方面主要考慮預制墻門窗洞口是否封邊、混凝土輸送方式（泵送或自卸）、混凝土澆搗分層厚度等因素。尤其是臥室窗洞口較寬且兩側墻身較短位置，如圖2所示，過長的流淌距離也就造成中間頂部區域混凝土難以澆搗密實。

圖2 典型臥室窗洞口位置疊合剪力墻深化圖

2 實踐檢驗

2.1 優化鋼筋、預埋管線排布

通過BIM技術對鋼筋與預埋管線的綜合排布進行深化，避免形成混凝土澆筑盲區或狹小空間，肉眼可見地降低了局部區域混凝土澆筑不密實的情況，此處不做過多贅述。

2.2 增加空腔凈寬

空腔狹小是導致雙面疊合空腔剪力墻混凝土澆筑難度大的最主要因素，若能適當增加空腔寬度，即可有效降低施工難度，但在不改變墻身總厚度的前提下，增加空腔厚度就需要降低內外葉板厚度。現場第一次實驗制作5塊葉板厚度為40mm的疊合空腔剪力墻進行模擬澆筑實驗，振搗過程在預留線盒部位因應力集中超出葉板承載力而出現脹裂，確認了降低葉板厚度不具可行性，如圖3所示。

圖3 降低葉板厚度后混凝土澆搗造成葉板脹裂

2.3 調整空腔混凝土材料

因為自密實混凝土不需要振搗，具有施工速度快、澆筑密實性好等優勢，成為雙面疊合空腔剪力墻空腔混凝土澆筑最佳的材料，但也存在造價高、耐久性略差、容易產生不穩定的氣泡等局限性，該研究旨在通過實驗驗證普通混凝土進行空腔澆筑的可行性，并力求尋找一種最經濟適用的普通混凝土配比。

現場選用自密實混凝土、細石混凝土（粗骨料粒徑≤15mm）、普通混凝土1（粗骨料粒徑≤20mm）、普通混凝土2（粗骨料粒徑≤30mm）等材料進行了局部空腔混凝土澆搗實驗。每組實驗各選取3堵結構形式一致的墻身進行澆筑，然后各鉆取10個芯柱試件進行密實度和抗壓強度合格率檢測。

（1）實驗一：采用坍落度為650mm、粗骨料粒徑≤25mm的C30自密實混凝土，通過自卸料斗吊運的方式澆筑；

（2）實驗二：采用坍落度為200mm±20mm、粗骨料粒徑≤30mm的C30普通混凝土，通過自卸料斗吊運的方式澆筑；

（3）實驗三：采用坍落度為200mm±20mm、粗骨料粒徑≤20mm的C30普通混凝土，通過自卸料斗吊運的方式澆筑；

（4）實驗四：采用坍落度為200mm±20mm、粗骨料粒徑≤15mm的C30細石混凝土，通過自卸料斗吊運的方式澆筑；

（5）實驗五：采用坍落度為220mm±20mm、粗骨料粒徑≤20mm的C30普通混凝土，通過自卸料斗吊運的方式澆筑。

實驗結果見表1。

表1 不同混凝土材料對空腔混凝土澆筑效果的影響

結果表明：從兼顧工程質量和施工成本的角度綜合考慮，坍落度為200mm±20mm、粗骨料粒徑≤20mm的普通混凝土可作為疊合空腔剪力墻空腔混凝土澆筑材料的最優選。

2.4 門窗洞口封邊形式

傳統雙面疊合空腔剪力墻在門窗或其他預留洞口位置不進行封邊，需要在現場采用木模或鋁膜等形式進行封堵加固，然后再進行混凝土澆筑，如圖4所示，此方案窗洞口側邊與模板均為硬材質，受生產偏差及表面粗糙度影響，很難做到完全不漏漿，成型效果很不理想。

圖4 傳統窗洞口不封邊效果圖

部分構件廠對此進行了優化處理，在構件生產過程中在門窗等洞口側面增加50mm厚現澆混凝土環帶，如圖5所示，大大提高了成型效果，并減少了現場封模加固的工序。但此方案仍有其不足之處，受生產工藝限制，該環帶是在內外葉板澆筑完成后進行單獨澆筑的，需要在空腔內設置快易收口網攔截，實際生產時常出現因快易收口網松動造成環帶脹模、進而造成環帶超厚錨固鋼筋無法按設計長度足量錨入的問題，同時，因環帶封閉，現場無法進行窗洞口下部空腔混凝土振搗，易出現該區域混凝土澆筑不密實的情況，如圖6所示。

圖5 優化后窗洞口增加環帶封邊效果圖

圖6 窗洞口底部空腔混凝土不密實

為提高空腔混凝土密實度并保證窗洞口側邊混凝土成型質量，本研究改進了一種窗洞口側邊封模形式，在構件生產過程葉板混凝土澆筑前，在模態上固定一套標準化高周轉的模板（鋁合金模板、鋼模板、塑料模板等），葉板混凝土澆筑后與封邊模板緊密貼合，該工藝結合了前述窗洞口不封邊和窗洞口增加環帶封邊兩種方案的優勢，有效提高了窗洞口側邊混凝土成型質量，減少了現場施工工序，在窗洞口底部模板中設置1塊可拆卸的模板作為觀察孔，如圖7所示，該觀察孔也可作為振搗孔甚至澆筑孔使用，可有效提高窗洞口底部窗臺內混凝土澆筑密實度。

圖7 窗洞口側邊自帶標準化模板

2.5 混凝土輸送方式

混凝土的輸送澆筑方式一般分為泵送和非泵送兩種，具體到高層單體施工，除底部非標準層可采用車載混凝土泵車澆筑外，上部樓層一般采用地面混凝土輸送泵（作業面設置布料機配合）或塔式起重機吊運混凝土料斗兩種方式，考慮到施工效率，更多地采用混凝土輸送泵進行澆筑。

為最大限度地模擬混凝土輸送方式對空腔混凝土澆筑的影響，現場選取局部雙面疊合空腔剪力墻，采用普通混凝土（粗骨料粒徑20mm、混凝土坍落度200mm±20mm），通過混凝土輸送泵分別外接40m、60m混凝土輸送泵管（以下簡稱泵管）進行澆筑試驗。澆筑過程發現，當混凝土輸送泵正常泵送混凝土時，因布料機出口混凝土流速太大而墻體空腔尺寸小，難以按照預期方案進行分層澆筑；一旦限制流速，兩組對比，60m泵管輸送時因泵管過長而混凝土流速過慢，導致泵管頻繁堵塞。

試驗得出結論：當采用普通混凝土澆筑雙面疊合空腔剪力墻空腔混凝土時，輸送距離小于40m時，可采用車載混凝土泵車或混凝土輸送泵；當輸送距離超過40m時，建議采用混凝土攪拌車自卸結合料斗吊運的方式進行澆筑，實際因空腔混凝土現場澆筑方量較少，調整澆筑方式對施工效率的影響較小。

2.6 混凝土分層厚度

傳統現澆結構墻身模板不管采用木模、鋁合金模板、塑料模板等，受限于模板尺寸，墻身或多或少均會有一些拼縫，該拼縫在混凝土澆筑過程中可作透氣使用，通過振搗可有效降低墻身混凝土氣泡的產生，但雙面疊合空腔剪力墻葉板一般為整塊混凝土板，自身透氣性較差，一旦混凝土澆筑過快或分層厚度過大，僅通過振搗方式很難完全杜絕空腔混凝土產生氣泡。現場選取局部墻體通過試驗方式，驗證了混凝土澆筑分層厚度對空腔混凝土密實度的影響，主要采用同一批普通混凝土（粗骨料粒徑20mm、混凝土坍落度200mm±20mm）按照分層厚度為500mm、600mm、1000mm三種形式的澆筑試驗，確保充分振搗，然后在墻身不同高度各進行6組鉆芯取樣觀察，試驗結果見表2。

表2 不同分層厚度對空腔混凝土澆筑效果的影響

試驗表明：雙面疊合空腔剪力墻結構進行空腔混凝土澆筑時，混凝土分層厚度對空腔混凝土澆筑密實度的影響極大，需嚴格按照500mm的分層厚度進行澆筑并充分振搗。

3 結語

為推動新型建筑工業化的健康發展，在保證工程質量的前提下，有效降低施工成本，可以采用普通混凝土進行雙面疊合空腔剪力墻空腔的澆筑，但還需注意以下問題：

（1）當采用普通混凝土進行雙面疊合空腔剪力墻空腔混凝土澆筑時，需嚴格控制混凝土粗骨料粒徑≤20mm，且坍落度為200mm±20mm；

（2）對于門窗洞口底部窗臺或上反梁部位，不建議現場采用模板進行洞口側壁封邊或工廠預制環帶封邊的方式，最好在構件澆筑過程預設定型化高周轉的模板，并在底部留設活動模板（尺寸宜為50mm×200mm），作為混凝土澆筑過程的觀察孔、振搗孔甚至澆筑孔使用；

（3）采用雙面疊合空腔剪力墻體系，當混凝土輸送距離≥40m時，建議采用混凝土攪拌車自卸結合料斗吊運的方式進行澆筑；

（4）雙面疊合空腔剪力墻空腔混凝土澆筑對分層厚度尤為敏感，建議采取措施，嚴格控制空腔混凝土澆筑分層厚度≤500mm。

該研究為雙面疊合空腔剪力墻體系在西安等抗震設防烈度為8度地區的推廣應用奠定了基礎，加快了新型建筑工業化發展的步伐，但研究對象僅局限于空腔混凝土澆搗技術，受項目規模限制，相關試驗數據也有所欠缺，后續還需要通過大量工程應用進一步驗證。