建筑物狹小空間墻柱連接施工方法研究與應用

李明焱 中國建筑第五工程局有限公司工程師

1 引言

目前，我國建筑業模式已從傳統的現澆逐步走向裝配化和數字化，極大地提升了我國智能化建造能力，提高了建設的效率[1-3]。

由于裝配式建筑采用的工廠化和標準化生產，通過將預制構件運輸至現場進行組裝拼接，因此具有良好的工業化水平，有利于整個建筑業的轉型升級，裝配式的建造模式符合我國綠色建造的發展理念，有助于實現“碳達峰、碳中和”目標，成為我國建筑的新興模式。

不可否認，與發達國家的裝配化建筑發展進程相比，我國裝配式建筑方面的發展還相對落后，仍存在諸多不足，但由于裝配式建筑具有工期短、質量優和安全環保等優點，受到越來越業內人士的認可[4-5]。

以遼寧省大連市某建筑遷建工程（三期）項目為例，針對建筑物狹小空間墻柱施工問題，研究施工中預制構件的吊裝、預制構件斜支撐的施工以及豎向構件套筒灌漿3 個方面的關鍵施工技術進行分析，研究成果可為預制裝配式建筑的施工提供更全面的判斷和決策，也可為裝配式混凝土結構的安裝提供技術指導。

2 工程概況

遼寧省大連市某建筑遷建工程（三期）項目位于大連市東部，如圖1 所示。總規劃用地面積為8 916 m2，新建建筑產業現代化實訓基地的面積為10 660 m2，其中，建筑占地面積為3 419m2，建筑層數為地上5 層，地下2 層，地上建筑高度為22.9 m，結構形式為裝配整體式框架結構和裝配式鋼結構。該項目為大連市裝配式建筑綜合示范項目，預制率為40.2%，裝配率高達71.3%。

圖1 擬建項目效果圖

3 預制豎向和水平構件類型

豎向結構構件采用預制柱，預制柱截面尺寸均為550 × 550（單位：mm），首層柱、樓梯中間平臺處柱、樓板開大洞處邊柱采用現澆，預制柱采用半灌漿套筒連接，縱筋直徑不小于20 mm，預制柱應用比例46%；預制水平結構構件有預制疊合板、預制疊合梁、預制樓梯和預制空調板。預制疊合板拆分規格化、標準化，預制疊合板現澆層厚度為70 mm（觀景平臺處厚度為100 mm，密拼板處厚80 mm），預制板厚度為60 mm，疊合板后澆段寬度不小于300 mm。預制板擱置梁柱構件10 mm，預制板板邊出筋長度至梁中線且不小于5d；預制主框架梁疊合現澆層厚度為150 mm，次梁為140 mm，預制梁與后澆混凝土疊合層之間的結合面設置粗糙面；預制梁端面設置鍵槽，且設置了粗糙面，粗糙面凹凸深度為6 mm；預制樓梯下端采用滑動鉸接連接，上端采用固定鉸接連接，預制樓梯計算嚴格按連接做法取樓梯計算跨度，樓梯欄桿埋件先行預埋。為做到經濟合理，樓梯標準化拆分，第一跑樓梯不拆分采用傳統現澆，預制的樓梯梯段跨度及高度均相同，全樓預制樓梯構件種類為1 類。

4 建筑物狹小空間墻柱連接關鍵施工技術控制要點

4.1 建筑物預制構件的吊裝控制

項目正負零以下及地上一層框架柱全部采用傳統現澆工藝施工[6]，二層及以上的框架柱采用預制吊裝工藝，預制構件分布及數量具體如表1 所示。

表1 預制構件數量表

由于項目預制構件種類多，最重的為預制樓梯，重達5.2 t，這就對塔吊的選型和布置提出較大要求。經過多方考察和認真研究，項目部布置一臺QTZ300（CF7035）塔式起重機，臂長60 m，最大起吊重量為8 t，最遠端吊重為4.53 t，覆蓋范圍和起吊重量均滿足要求[7]。

依據每種構件吊裝的不同特點，按照審批通過后的吊裝方案進行施工。吊裝重點為構件進場驗收、吊具安全性、支撐體系可靠性、吊裝順序、構件定位精準度等，尤其注意吊裝安全，項目專職安全員全程監督，發現安全隱患及時整改，吊裝速度較快，保證每層平均10 ～15天完成（平面面積約2 000 m2）。每層按照柱、梁、板和樓梯的順序進行吊裝，總體吊裝順序如下：第一，每層按照區域安裝預制柱；第二，按區域吊裝疊合梁；第三，按區域吊裝疊合板；第四，安裝預制空調板；第五，安裝預制樓梯（下層的預制樓梯）。

預制柱的主要吊裝流程為：柱底高程測量→柱底標高調整墊片擺設并噴漆標識→構件尺寸、外觀及編號檢查→柱套筒清潔→柱頭角鋼鎖接→翻轉底部保護→起吊下部鋼筋對位→上柱斜撐支撐→柱垂直度調整→下柱斜撐支撐→再次對垂直度校驗→柱底封堵→套筒灌漿。

疊合梁的主要吊裝流程為：搭設支架并驗收→測量放線進行定位→構件尺寸、外觀及編號檢查→構件吊裝安放→梁標高、軸線校驗→梁位置固定→梁柱接頭鋼筋綁扎→梁上部鋼筋綁扎→澆筑面層混凝土。

預制墻的主要吊裝流程為：搭設支架并驗收→測量放線進行定位→構件尺寸、外觀及編號檢查→構件吊裝安放→墻標高、軸線校驗→墻位置固定→墻體接頭鋼筋綁扎→鋼筋綁扎→澆筑面層混凝土。

4.2 建筑物狹小空間墻柱鋼筋套筒灌漿連接施工控制

鋼筋套筒灌漿施工采用單組分水泥基灌漿料，灌漿料的物理、力學性能如表2 所示。

表2 與灌漿套筒匹配的灌漿料性能要求

具體的鋼筋套筒灌漿施工流程為塞縫（坐漿）→拌制灌漿料→漿料檢測→壓力注漿→封堵上排灌漿孔→試塊留置。壓力灌漿過程如圖3 所示。

4.3 建筑物狹小空間墻柱鋼筋套筒灌漿連接質量檢測

沖擊回波法檢測灌漿質量的基本原理是通過鐵錘對鋼筋傳力棒施加沖擊力（脈沖信號），傳力棒傳遞沖擊力激勵鋼筋套筒振動，振動機械波從鋼筋套筒向周圍混凝土傳播，當遇到不同介質界面時（如鋼筋套筒灌漿存在空洞，鋼筋固體介質與空氣介質存在界面），發生折射和反射現象，借助信號放大器和信號采集儀器采集反射波信號，分析反射波的波形、振幅、頻率等波動特征，建立反射波信號的波動特征與灌漿質量的相關關系，進而判斷鋼筋套筒灌漿是否飽滿、密實[8]。

為更好地判別鋼筋套筒灌漿的密實程度，有必要建立反射波形與灌漿不同密實程度的相關關系，識別機械波遇到不同密實程度灌漿的響應特征。因此，在室內建立了不同灌漿飽滿的物理模型，灌漿飽滿度分別設置為0（圖2-a）、1/3（圖2-b）、2/3（圖2-c）和1（圖2-d）。

圖2 不同灌漿飽滿度的鋼筋套筒模型

檢測表明，隨著灌漿飽滿度的增加，反射波的波形出現明顯的變化，首波的振幅逐漸增大，反射波的頻率逐漸降低，波形衰減速度則逐漸增加。采用首波振幅幅值與首波峰值的一半對應的時間寬度之比值RPt 作為信號特征指標，RPt計算公式如方程（1）所示。

其中，Pmax 為反射波波形首波振幅最大值，mV；t0.5 為首波峰值的一半對應的時間寬度，ms。

從圖中可以看出，隨著灌漿飽滿度的增加，RPt 也不斷增加，無灌漿條件下（灌漿飽滿度為0），RPt=22.3V/s，而在1/3灌漿時，RPt=22.3V/s，在2/3 灌漿時，RPt=115V/s，在滿灌漿時，RPt=211V/s。

對波形幅值（電壓值）△U 與時間t 進行擬合，波形振幅在振幅兩個方向均呈指數衰減的趨勢，得到正負兩個方向的擬合曲線如方程（2）～方程（9）所示。

施工完成后，采用沖擊回波法對灌漿套筒的施工質量進行監測，其監測原理是將傳感器預先埋設在出漿孔底部，灌漿完成后測試傳感器采集的波形信號，通過信號的衰減程度判別灌漿料的飽滿程度。對本項目設置套筒灌漿的構件31個，布置319 個測點，獲得灌漿飽滿與不飽滿的特征波形。

測試結果表明，測點飽滿數量304個，飽滿率達到96%，采用沖擊回波法能夠準確地判別鋼筋套筒的灌漿質量，有利于裝配式建筑存在缺陷節點的整治，保障裝配式建筑的整體安全性能。

5 結語

以遼寧省大連市某建筑遷建工程（三期）項目為例，項目預制率高達70.2%。根據國家相關規范和行業標準、設計文件以及多年的裝配式建筑施工經驗，針對建筑物狹小空間墻柱施工問題，研究施工中預制構件的吊裝、預制構件斜支撐的施工以及建筑物狹小空間墻柱鋼筋套筒灌漿連接3 個方面的關鍵施工技術進行研究，研究成果保證預制構件吊裝和安裝的安全、準確，施工質量可靠可信，用以對現場管理人員和作業人員的技術交底和實際作業的指導。