預制裝配式混凝土住宅施工關鍵技術研究

任程云

（濟南一建集團有限公司，山東 濟南 250000）

引言

裝配式建筑將建筑物拆解為不同部分，按照標準化的生產方式在工程進行預制造，將成品運輸到現場后采用拼裝的方式將各個構件組成建筑整體，因此具有現場安裝快速、施工簡單、對人員素質要求較低等優點，使得裝配式建筑的比例日益提升[1-2]。盡管如此，制約裝配化建筑發展的因素仍眾多，比如裝配式構件的連接工藝、連接節點的抗震性能、結構構件連接位置的防火性能等。由此，研究和控制裝配式混凝土結構連接節點的質量顯得尤為重要[3]。

1 工程概況

山東省濟南市某房地產項目總用地面積111 411.5 m2（約合167.11 畝），總建筑面積323 247.82 m2。其中：住宅建筑面積221 670.65m2，商業用房建筑面積15 504.66 m2，幼兒園建筑面積3 575.5 m2，社區公共服務用房面積1 526 m2，物業用房建筑面積為948 m2，地下建筑面積79 833 m2。本項目建設內容為26 棟高層住宅樓、7 棟多層住宅樓、10 棟商業裙房、2棟3 層幼兒園用房、1 棟3 層社區服務用房及物業管理用房、地下車庫等配套設施的建設。高層住宅樓采用裝配式剪力墻結構，裝配率≥60%。

2 預制裝配式混凝土結構現場施工過程關鍵技術分析

如圖1 所示，預制裝配式混凝土建筑施工是通過在工廠將建筑結構分成柱體、梁體、墻體、樓梯、陽臺等構件進行預制，隨后運輸至現場按照設計圖紙進行吊裝拼接，連接方式有套筒灌漿連接、現澆連接等方式，達到“等同現澆”的效果，以形成整體的建筑結構[4]。

圖1 預制裝配式混凝土建筑的拆解

預制構件的連接質量是控制建筑結構受力以及抗震性能的關鍵，現場拼接的施工工藝主要關鍵節點為柱與基礎的裝配連接、柱與柱的裝配連接、柱與梁的裝配連接[5]。在柱與基礎的裝配連接中，目前比較成熟的連接方式多樣，最為常用的形式有2 種。其一，采用杯形基礎作為承接口，將預制框架柱插入承接口中，然后澆筑水泥砂漿進行固結；其二，密封鋼管插筋法，其具體的施工方式是通過柱子預留搭接長度的受力主筋，插入基礎預埋的密封鋼管中，密封鋼管的直徑大于主筋約10 mm 左右，以便于其插入，隨后便采用高強砂漿進行灌注。

在柱與柱的裝配連接中，按連接節點的剛度大致可以分為2 種連接方式，即剛性連接和鉸接連接（包括鋼筋套筒灌漿連接，見圖2）[6-7]。一般而言，對于低層的預應力裝配式混凝土框架結構可以采取砂漿現澆的方式將預制柱連接起來，這種接頭的構造適用于柱的受力為小偏心情況，不會出現拉應力導致節點受拉破壞；而對于多層預應力裝配式混凝土框架結構則需要對柱連接節點進行加強，可采取卯榫式連接、杯口填充高強砂漿式連接和砂漿配合錨固件連接。

圖2 預制裝配式混凝土建筑柱與柱之間的灌漿套筒連接

在梁與柱的裝配連接中，其鋼筋套筒灌漿連接的施工流程[8]：①將預制的混凝土框架梁采用起重機調放到設計位置，并在柱子上設置臨時支撐點；②設置普通消能鋼筋和預應力鋼筋，為了保證普通消能鋼筋梁柱安裝完成前具有一定的自由段長度，需要采取一定的施工措施確保其能夠在受荷作用下自由伸縮；③采用高強灌漿料將梁柱的接縫進行填充澆筑，也可以采用纖維砂漿進行接縫澆筑，無論何種填充材料，梁柱之間均需預留約2 cm 的空隙，以便砂漿的流入，也方便安裝出現偏差時進行調整；④對預應力鋼筋進行張拉，張拉工藝與一般預應力混凝土框結構張拉施工一致。本研究中的預制梁、預制柱、預制板之間的連接節點，按照高效可靠的原則均采用鋼筋套筒灌漿連接，施工材料采用單組分水泥基灌漿料，灌漿料的物理、力學性能見表1。

表1 與灌漿套筒匹配的灌漿料性能要求

3 預制裝配式混凝土結構節點連接質量施工檢測

3.1 阻尼振動法灌漿缺陷檢測的基本原理

阻尼振動法是通過在灌漿鋼筋套筒內預先埋設阻尼傳感器，并給灌漿鋼筋套筒激勵一定的振動，阻尼傳感器與鋼筋套筒、固結灌漿組成的系統產生振動響應，由于系統內部存在摩擦和阻力，受到灌漿飽和度的不同的影響，阻尼傳感器與鋼筋套筒之間的振動頻率和振幅將產生明顯差異。當灌漿鋼筋套筒沒有充填水泥漿液時，阻尼傳感器監測到的波形就出現反復震蕩，振動周期較小，存在多個振動波幅，衰減速度較慢；當灌漿鋼筋套筒充滿水泥漿液時，阻尼傳感器與鋼筋套筒、固結灌漿組成的系統可以認為是一個均勻連續的固體介質，不存在固體與空氣的界面，因此當鋼筋套筒受到激發后，阻尼傳感器監測到的波形會迅速收斂，振動周期相對較大，存在少量振動波幅，衰減速度迅速；當灌漿鋼筋套筒的充填飽和度介于無灌漿和完全灌漿之間時，阻尼傳感器監測到的波形振幅、頻率衰減等變化也介于兩者之間。在實際灌漿質量控制中，可以建立振動波幅-時間與灌漿飽和度之間的對應關系，達到判別灌漿施工質量的目的。

3.2 預制裝配式混凝土結構節點連接質量施工檢測效果驗證

圖3 為現場實測灌漿鋼筋套筒節點無灌漿和灌漿飽和的阻尼振動曲線。從圖中可以看出，在鋼筋套筒無灌漿時，其振動幅度出現反復震蕩，無量綱振幅呈現正負對稱，持續較長的時間（t=5 s）才能達到趨于0 振幅，連接正負波幅的極值，可以發現其波幅的衰減規律符合指數衰減規律；在鋼筋套筒灌漿飽滿時，其振動波幅較少，衰減速度較快，在2 s 的時間內達到無振動，無量綱振幅呈現正負對稱，連接正負波幅的極值，可以發現其波幅的衰減規律符合指數衰減規律；擬合阻尼振動與時間的關系如公式（1）所示。

圖3 現場實測灌漿鋼筋套筒節點無灌漿和灌漿飽和的阻尼振動曲線

式中，At為任意時刻t 的無量綱振幅，A 為初始無量綱振幅，w 為相位，ζ 為阻尼指數，t 為阻尼時間。

當振幅鋼筋套筒無灌漿時，其頻率f=1.0，初始無量綱振幅A=1.0，阻尼指數ζ=0.1；當振幅鋼筋套筒無灌漿時，其頻率f=1.0，初始無量綱振幅A=1.0，阻尼指數ζ=0.3。

對項目的梁柱、柱柱、梁板連接節點各抽取5 個監測點，采用阻尼振動法進行監測，結果見表2。從表2中可以看出，采用阻尼振動法可以很好地對灌漿連接套筒的質量進行判別，在梁柱連接節點中，存在1 個欠飽滿監測點，其阻尼指數為0.22，阻尼時間為5.58 s，其余均為灌漿飽滿狀態；在柱柱連接節點中，存在2 個欠飽滿監測點，其阻尼指數分別為0.28、0.20，阻尼時間為5.26 s、4.88 s，其余均為灌漿飽滿狀態；在梁板連接節點中，存在1 個無充填監測點，其阻尼指數分別/0.1，阻尼時間為6.01 s，其余均為灌漿飽滿狀態。

表2 不同連接節點位置阻尼振動法監測結果

4 結論

以山東省濟南市某房地產建設工程預制裝配式混凝土結構施工為研究對象，基于裝配式建筑施工的總體施工工藝流程，采用沖擊回波法對裝配式構件的連接節點施工質量進行監測，得到以下幾個結論：

（1） 現場拼接的施工工藝主要關鍵節點主要有預制梁、預制柱、預制板之間的連接，按照高效可靠的原則均采用鋼筋套筒灌漿連接，并確定了灌漿料的性能要求。

（2） 建立阻尼振動波形與灌漿不同密實程度的相關關系，識別阻尼波遇到不同密實程度灌漿的響應特征，結果表明，鋼筋套筒無灌漿時，其振動幅度出現反復震蕩，無量綱振幅呈現正負對稱；在鋼筋套筒灌漿飽滿時，其振動波幅較少，衰減速度較快；波幅的衰減規律符合指數衰減規律。

（3） 采用阻尼振動法進行鋼筋套筒灌漿連接點的現場測試，測試表明梁柱連接節點存在1 個欠飽滿監測點；在柱柱連接節點中，存在2 個欠飽滿監測點；在梁板連接節點中，存在1 個無充填監測點，阻尼振動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。