UHPC預(yù)制裝配式水池安裝精度控制研究

殷矯軍

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

裝配式PC構(gòu)件是建筑工程施工中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的施工技術(shù)，指的是通過(guò)預(yù)制的方法將建筑結(jié)構(gòu)提前制好，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需要將裝配式PC構(gòu)件吊裝組裝起來(lái)即可完成施工。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工相比，PC構(gòu)件施工具有許多優(yōu)勢(shì)。但是在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中，裝配式PC構(gòu)件的吊裝定位還存在著較多的問(wèn)題[1-3]。

依托上海市泰和水廠(chǎng)深度處理改造工程項(xiàng)目，本研究通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查找出影響裝配式水池池壁安裝精度的主要因素。通過(guò)方案比選，制定行之有效的針對(duì)性措施，對(duì)策實(shí)施后效果顯著，安裝精度得到很大提升，確保了裝配式水池安裝質(zhì)量的優(yōu)良率，達(dá)到了預(yù)期效果，為以后類(lèi)似項(xiàng)目的實(shí)施提供了成功借鑒。

1 工程概況

泰和水廠(chǎng)位于上海市寶山區(qū)泰和西路，深度處理改造工程主要建設(shè)內(nèi)容為將水廠(chǎng)現(xiàn)有4條常規(guī)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行深度處理改造，建成后將在不改變現(xiàn)有100萬(wàn)m3/d生產(chǎn)規(guī)模的前提下，實(shí)現(xiàn)供水水質(zhì)的全面提升。

本工程為上海市水務(wù)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)民生工程，工期緊張，質(zhì)量要求高。此外，也是預(yù)制拼裝技術(shù)在市政給水廠(chǎng)站盛水構(gòu)筑物的首次應(yīng)用，對(duì)安裝精度、池體防滲等方面的要求高。預(yù)制裝配式水池共2座，其中疊合板水池1座、UHPC實(shí)心板水池1座，均位于廠(chǎng)區(qū)東北角1-3系統(tǒng)預(yù)臭氧接觸池北側(cè)，如圖1所示。

圖1 預(yù)制拼裝水池平面圖

疊合板水池底板為C30P6現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁板為預(yù)制雙面疊合板，現(xiàn)場(chǎng)就位固定后澆筑C30P6混凝土連接節(jié)點(diǎn)（4個(gè)轉(zhuǎn)角位置）。預(yù)制壁板標(biāo)準(zhǔn)件分A、B、C、D四型，底部設(shè)置4根M20標(biāo)高調(diào)節(jié)螺栓，鍵槽連接，如圖2所示。

圖2 疊合板水池平、立面圖（單位：mm）

UHPC實(shí)心板水池底板為C30P6現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁板為預(yù)制實(shí)心板，現(xiàn)場(chǎng)就位固定后澆筑UHPC連接節(jié)點(diǎn)（4個(gè)轉(zhuǎn)角及相鄰兩塊壁板之間，漿錨搭接連接）。預(yù)制壁板標(biāo)準(zhǔn)件分為A、B兩型，底部設(shè)置4根M20標(biāo)高調(diào)節(jié)螺栓，鍵槽連接，如圖3所示。

圖3 實(shí)心板水池平、立面圖（單位：mm）

超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）具有高流態(tài)、自密實(shí)、高黏結(jié)、高抗拉、高應(yīng)變硬化、工作性長(zhǎng)效保持、低收縮高韌性等特征，可滿(mǎn)足鋼筋簡(jiǎn)易連接、快速拼裝施工等要求[4]。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50204—2015）、《給水排水構(gòu)筑物工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50141—2008），預(yù)制、安裝及現(xiàn)澆施工混凝土構(gòu)筑物允許偏差見(jiàn)表1。

表1 構(gòu)件安裝尺寸允許偏差

根據(jù)施工安排，疊合板水池先行施工，在對(duì)已施工完畢的疊合板水池進(jìn)行質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)，安裝精度不合格率較高，具備進(jìn)一步提升的空間。為找出影響安裝精度的主要原因，對(duì)已施工完畢的疊合板水池進(jìn)行了352次檢查，并對(duì)不合格位置進(jìn)行了詳細(xì)的整理、分析，具體問(wèn)題見(jiàn)表2。

表2 質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

對(duì)檢測(cè)不合格的項(xiàng)目、頻數(shù)、累計(jì)頻率進(jìn)行排列，如圖4所示。

圖4 不合格項(xiàng)目檢查結(jié)果

從現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果可以看出，若“垂直度偏差大”這一問(wèn)題能夠解決80%，則安裝不合格點(diǎn)數(shù)可減至60個(gè)，安裝合格率的理論值可從71%增至83%。

計(jì)算式：（352-60）÷352×100%=83%。

3 因素分析及要因確認(rèn)

利用頭腦風(fēng)暴法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)6個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，總結(jié)出15條末端因素，具體內(nèi)容見(jiàn)表3。

表3 末端因素統(tǒng)計(jì)

對(duì)這些末端因素進(jìn)行逐一分析，發(fā)現(xiàn)如下3條主要因素：

（1）預(yù)留鋼筋占位。現(xiàn)場(chǎng)水池底板預(yù)留鋼筋與預(yù)制壁板外延鋼筋和預(yù)制壁板外延鋼筋之間均存在重合現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)制壁板無(wú)法在設(shè)計(jì)位置就位。

（2）支撐精度不足。現(xiàn)場(chǎng)采用鋼管腳手架斜撐體系調(diào)節(jié)壁板垂直度，可調(diào)節(jié)性不高，且施工費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（3）支撐螺栓強(qiáng)度不足。現(xiàn)場(chǎng)疊合板就位后，部分底部支撐用M20螺栓出現(xiàn)屈曲現(xiàn)象，由于UHPC壁板重量超過(guò)疊合板2倍以上（單塊最重6.5t），采用M20×4的支撐體系無(wú)法滿(mǎn)足UHPC壁板安裝需要。

4 方案比選

針對(duì)3條主要因素，從安全、質(zhì)量、精度、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行可行性方案的比選，最終確定3條主要對(duì)策，分別為調(diào)整配筋方案、選用專(zhuān)用支撐及調(diào)整支撐體系（見(jiàn)表4）。

表4 解決方案對(duì)比

5 對(duì)策實(shí)施及效果檢查

根據(jù)方案比選結(jié)果，細(xì)化對(duì)策實(shí)施方案并嚴(yán)格參照?qǐng)?zhí)行（見(jiàn)表5）。

表5 對(duì)策實(shí)施

5.1 調(diào)整配筋布置

調(diào)整底板及預(yù)制壁板勾筋位置，避免重合。在設(shè)計(jì)中分析明確力的傳遞路線(xiàn)，通過(guò)“以次讓主”的方式將有沖突的鋼筋錯(cuò)開(kāi)布置，讓壁板在安裝過(guò)程中能準(zhǔn)確定位，提高安裝精度。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，安裝過(guò)程中已無(wú)鋼筋重合現(xiàn)象，壁板可在預(yù)定位置就位（見(jiàn)圖5）。

圖5 配筋三維示意圖

5.2 選用專(zhuān)用支撐

采用專(zhuān)用可微調(diào)斜撐，逐步調(diào)整垂直度。通過(guò)一端支座用螺栓固定于垂直壁板的預(yù)埋螺母上，另一端支座用螺栓固定于地面，在校正壁板垂直度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)斜撐桿件兩端的正反絲來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)斜撐的長(zhǎng)度。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，壁板垂直度得到有效保障（見(jiàn)圖6）。

圖6 可調(diào)支撐三維示意圖

5.3 改用工字鋼-角鋼支撐體系

對(duì)角鋼支撐體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保支撐體系可靠穩(wěn)固。通過(guò)計(jì)算和實(shí)踐證明，在常規(guī)螺桿支撐體系的基礎(chǔ)上補(bǔ)充工字鋼-角鋼支撐體系，穩(wěn)定性良好，安裝精度高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，壁板支撐穩(wěn)固，滿(mǎn)足要求。

5.4 效果檢查

經(jīng)過(guò)改進(jìn)施工工藝，對(duì)UHPC裝配式水池壁板安裝精度進(jìn)行了逐項(xiàng)質(zhì)量檢查，共計(jì)352次。具體結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 實(shí)心板水池合格率檢查結(jié)果

針對(duì)對(duì)策實(shí)施前后檢查問(wèn)題做餅分圖對(duì)比（見(jiàn)圖7），從中可以看出造成安裝精度質(zhì)量問(wèn)題的主要原因已由垂直度偏差大變?yōu)橹ё行奈恢茫怪倍绕畲笳急纫延?2%下降至8.9%。

圖7 實(shí)施后不合格項(xiàng)目檢查結(jié)果

6 結(jié) 論

本研究依托上海市泰和水廠(chǎng)深度處理改造工程項(xiàng)目，完成了UHPC預(yù)制裝配式水池的安裝，精度滿(mǎn)足規(guī)范和控制目標(biāo)要求，并得出以下結(jié)論：

（1）配筋方案是影響預(yù)制構(gòu)件就位位置精度的最主要原因，合理的配筋方案可大大減少構(gòu)件就位時(shí)的鋼筋調(diào)整時(shí)間。

（2）傳統(tǒng)鋼管腳手架支撐不適合用于預(yù)制構(gòu)件就位后的臨時(shí)固定，預(yù)制構(gòu)件安裝后宜采用專(zhuān)用支撐作臨時(shí)固定。

（3）在預(yù)制構(gòu)件底部預(yù)留支撐螺栓孔，構(gòu)件就位后利用螺栓支撐具有局限性，難以保證支撐螺栓同時(shí)受力。底部支撐宜少，同時(shí)抗壓能力強(qiáng)。