装配式竖向构件自重式精准连接施工技术

2022-11-16石中州常群峰

建筑机械化 2022年11期

张业，石中州，常群峰，齐康，高威，刘恒

（中建八局第一建设有限公司，山东济南 250000）

随着城市建筑业的发展，装配式混凝土结构在建筑领域的运用越来越广泛，其中竖向构件连接是保证装配式结构施工质量的关键一环，而竖向构件连接质量包含定位与套筒灌浆两个核心工艺。装配式竖向构件的定位目前仍广泛采用传统梯子筋定位甩筋的方法，难以满足装配式施工的高精度要求，而采用灌浆机进行灌浆，施工过程中浆体压力不易控制，压力过大导致爆仓，压力过小拼装接缝中的气体难以排出，导致灌浆饱满度不合格，极易产生结构与安全的隐患。因此研究装配式竖向构件精准连接方法对于提高装配式建筑现场施工质量及保障现场安全生产具有重要的工程意义。

近年来，许多学者对于装配式混凝土竖向构件的连接方式进行了研究。韩锦建通过使用灌浆套筒和灌浆料得到一种高于钢筋母材强度钢筋连接方法；李新扬等针对竖向构件的对位和调整等问题进行优化和完善开发出的成套定位安装施工工艺解决了竖向构件精准定位安装难题；俞菱庆等通过积累多个PC 结构工程灌浆实践，分析提出了改进灌浆施工及提高施工质量的举措；李永帅针对装配式混凝土竖向构件定位安装施工技术进行了探讨和研究，提出了一种针对竖向构件的成套定位安装施工工艺；黄佳对装配式混凝土主体结构设计与施工中的重、难点问题进行分析并总结装配式建筑工程的成品质量控制措施。从以上研究可以看出，学者们通过不断的研究实践，为提高装配式混凝土结构施工质量而努力，但装配式混凝土结构施工工艺及质量提升仍有很大空间。

因此，为了提高装配式竖向构件连接的施工质量，改善装配式竖向构件的施工方式，进而以降低成本、提升质量、保证安全、节约能源，通过现场工程实践逐渐形成了一套装配式竖向构件自重式精准连接施工技术，对之后在装配式建筑吊装、注浆施工中具有一定的指引作用。

1 施工工艺原理

转换层竖向构件定位筋施工是装配式施工质量控制的薄弱环节，传统施工方法中定位筋施工一次合格率为85%～90%。本文利用┕40mm×4mm角钢、∅12mm 钢筋、直螺纹套筒（套筒直径依据设计规定的转换层墙体定位筋直径来确定）预先焊制一个定型化套筒模具，施工时转换层定位筋全部穿过模具上的套筒，实现转换层定位筋100%精确定位，避免竖向构件定位偏差过大带来的一系列问题。

传统施工采用电泵法灌浆，灌浆机压力难以控制，施工过程中容易因压力过大而发生“爆仓”，传统电泵法灌浆饱满度一次合格率为90%～92%。本文的自重法灌浆即应用自重法灌浆装置，其基本原理为灌浆料斗位置高于注浆位置而产生重力势能差，灌浆料在重力作用下流注布满竖向构件连接部位，既满足了灌浆的施工要求又避免了因压力过大爆仓的问题。自重法灌浆的灌浆饱满度一次合格率为97%～98%。自重法灌浆装置示意图如图1 所示。

图1 自重法灌浆装置示意图

溢浆孔塞采用边缘带棱的橡胶塞，灌浆时气体从塞子边缘空隙排出，灌浆料只能渗出少许，可以在充分排出气体的同时最大限度减少灌浆料的溢出浪费。传统“拔塞法”的灌浆料溢出损耗为4.0%，采用该法的灌浆料溢出损耗为0.8%。

本次研究采用的施工主要机具设备有自制重力法灌浆装置、变速强制搅拌机、定制钢板套筒模具等，施工主要材料主要包括快速凝固浆料、溢浆孔塞、PHC 管等。

灌浆料采用单组分水泥基灌浆料，灌浆料的物理、力学性能应满足表1 要求，同时应满足国家现行相关标准的要求及灌浆套筒匹配的灌浆料性能要求。

表1 灌浆料性能指标

坐浆料：水平预制构件与竖向构件连接部位坐垫砂浆的强度等级不应低于被连接构件混凝土的强度等级，并应满足表2 的要求。

表2 坐浆砂浆性能要求

2 施工操作要点

2.1 定型化模具制作

利用┕40mm×4mm 角钢、∅12mm 钢筋、直螺纹套筒（套筒直径依据设计图纸中的转换层墙体定位筋直径）预先焊制1 个定型化套筒模具。施工时转换层定位筋全部穿入模具上的套筒，通过模具来实现转换层定位筋100%精确定位。以150mm 厚墙板（两排间距100mm∅18mm 定位筋）为例，用4 根角钢（┕40mm×4mm）焊成长2 170mm、宽120mm 的矩形框架，框架内侧按照定位筋排布距离（图3）焊装直径20mm 的钢筋直螺纹套筒，中间焊装间距400mm的∅12mm（长度120mm）钢筋作为支撑。定型化套筒模具加工示意图如图4 所示。

图3 定型化套筒模具制作示意图

图4 定型化套筒模具制作剖面示意图

2.2 定型化模具安装

首先穿过3 根定位筋，确保定型化套筒模具水平方向安装牢固；然后将模具下侧钢筋支腿压在模板上，确保定型化套筒模具竖向安装稳定。

2.3 转换层施工

1）转换层钢筋预留预埋模具安装完成后，在定型化套筒模具的套筒内插入安装定位钢筋，调整定位筋高度达到设计要求后固定。

2）转换层混凝土浇筑转换层混凝土浇筑过程中应避免过振，振捣时快插慢拔，振捣过程中禁止振捣棒触碰定型化模具。混凝土收面完成后拆除定型化模具。

3）转换层定位筋位置复核混凝土浇筑完成后，进行测量放线，用定型化模具对钢筋位置进行二次校核，用水准仪校核转换层定位筋高度。不合格须及时进行矫正。

2.4 竖向构件安装

竖向构件安装前首先选择合理的吊装工具并检查构件外观质量，然后将竖向构件吊运到安装位置上方，吊装工人拉住揽风绳控制竖向构件下降至安装位置上方1m 左右，吊装工人抓住竖向构件两端，缓缓下降，竖向构件下方放置镜子，观察并确认定位筋准确插入竖向构件的筋孔内，再利用水准仪、线坠、靠尺等测量工具进行位置复核，之后安装斜向支撑，加强竖向构件与现浇结构的连接，最后用专用吊具摘钩。

2.5 灌浆准备

自重法灌浆装置制作根据现场材料、数值计算和多次试验确定装置具体尺寸如图6 所示。

图6 自重法灌浆设备制作示意图

1）灌浆孔检查向灌浆孔中注入少量水检查预留孔是否通畅。用锤子、钻头等工具对堵塞的灌浆孔进行清理。

2）封堵溢浆孔用边缘带棱的橡胶塞封堵溢浆孔，留1 个最低孔作为输浆管与墙板的连接孔（灌浆孔）。

2.6 自重法灌浆

1）架设自重法灌浆设备，连接输浆管与竖向构件。输浆管由包塑波纹软管和PHC 管组成。PHC 管（直径32mm）与竖向构件连接，包塑波纹软管一端与PHC 输浆管连接，另一端与料斗连接，方便小范围内调整角度。竖向构件与输浆管连接图如图7、图8 所示。

图7 自重法灌浆设备架设照片

图8 输浆管与竖向构件连接示意图

2）严格按照设计要求与规范规定，选择合理的搅拌方式搅拌灌浆料。搅拌均匀后，静置约2～3min，待浆内气泡自然排出后再使用。灌浆料应现拌现用，宜在加水后30min 内用完。向料斗中加入灌浆料开始灌浆，每次加入一袋灌浆料（25kg），控制液面在料斗高度1/3 处，保持恒压灌浆。灌浆时观察排气塞周围有无灌浆料渗出，若所有溢浆孔塞边缘均有灌浆料渗出且料斗内浆体液面不再下降，则结束灌浆。

3）施工完成后及时清理作业面。散落的灌浆料拌合物不得二次使用，剩余的拌合物不得再次添加灌浆料、水后混合使用。

3 施工工艺效益分析

3.1 施工成本分析

传统灌浆机注浆方法需要4 个人配合作业（搅拌灌浆料1 人，操控灌浆机1 人，灌浆1 人，塞堵溢浆孔1 人），自重法灌浆装置仅需2 人即可完成灌浆作业（添加、搅拌灌浆料1 人，灌浆、塞堵溢浆孔1 人）。同样的施工工序内作业人数减少50%，有效降低了人工成本。同时采用边缘带棱的橡胶浆孔塞，减少了灌浆料的溢出损耗。以正弘新城3 号院总承包工程（装配式建筑3 栋楼共81 层）为例进行经济效益分析，自重法灌浆比传统施工方法节省费用71.56 万元。

采用自重法灌浆，与传统的电泵法灌浆相比大幅减少施工用电，更加节能环保。同时溢浆孔塞采用边缘带棱的橡胶塞，灌浆时气体从橡胶塞边缘空隙排出，灌浆料只能渗出少许，可以在充分排出气体的同时最大限度减少灌浆料的溢出而造成的浪费。传统“拔塞法”的灌浆料溢出损耗率为4.0%，该法的灌浆料溢出损耗率为0.8%，施工材料损耗降低80%，符合绿色施工、节约材料及环境保护的要求。

3.2 施工效率分析

与传统的施工方法相比，采用定型化模具保证装配式竖向构件定位筋精确定位，降低装配式竖向构件定位安装难度，提升了装配式施工进度；自重法灌浆装置体积小重量轻，相比于传统的电泵法灌浆，机具设备移动更加自由，方便组织流水施工。采用传统方法的装配式施工效率一般为8.45m3/d/人，自重法灌浆施工效率为10.71m3/d/人，施工效率提高26.75%。以正弘新城3 号院总承包工程（7#楼装配式施工采用传统方法，8#楼装配式施工采用本自重法灌浆）为例进行工期效益分析，施工效率提高26.75%。

3.3 施工质量分析

传统施工方法竖向连接构件定位安装的一次合格率为90%～95%，本文通过制作专用定型化套筒模具，定型化套筒模具依据设计图纸规定的定位筋平面分布规则来焊制钢筋套筒，施工时转换层定位筋全部穿过模具上的套筒，实现转换层甩筋精准定位，竖向连接构件的安装准确度提高至100%，从根本上避免了竖向构件定位偏差过大带来的一系列问题。

传统施工方法灌浆饱满度一次合格率为85%～90%，本文通过应用自重法灌浆装置，利用重力势能将灌浆料流注入竖向构件连接部位，实现恒压自动不间断灌浆与补浆。同时通过使用带棱的溢浆孔橡胶塞，实现了灌浆过程中竖向构件连接部位气体的有效排出，灌浆饱满度一次合格率达到98%。