李守繼 王靜峰 完海鷹

摘要：裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)是新時期土木工程施工的新內(nèi)容，目前發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑是推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的重要舉措。根據(jù)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)內(nèi)容和特點探討該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，選擇該課程實踐教學(xué)內(nèi)容和知識應(yīng)用方法，提出符合高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)特點和工程建設(shè)實踐需要的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)課程教學(xué)體系，探討土木工程施工技術(shù)課程改革，以適應(yīng)建筑產(chǎn)業(yè)化對土木工程專業(yè)人才的要求。

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土結(jié)構(gòu);施工技術(shù);教學(xué)體系;課程改革

中圖分類號：G642.0;TU74-4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0099-05

目前，中國政府正在大力推行一系列措施來促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。建筑產(chǎn)業(yè)化具有節(jié)能環(huán)保、施工周期短、模塊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、勞動力成本低等諸多優(yōu)勢，是中國房屋建筑發(fā)展的必然趨勢。而發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑是推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的重要途徑，也是建筑產(chǎn)業(yè)化的核心。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實踐能力、服務(wù)國家未來工程建設(shè)發(fā)展需要的專門人才，是土木工程專業(yè)教育的根本任務(wù)之一，而土木工程專業(yè)課程教學(xué)是完成這一任務(wù)的主要途徑。中國建筑產(chǎn)業(yè)化的不斷發(fā)展，對土木工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提出了新的要求，為土木工程專業(yè)教學(xué)賦予了新的內(nèi)容。作為建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展重要途徑的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑必將越來越多地建設(shè)使用，因此，土木工程專業(yè)開展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)教學(xué)尤為重要。

一、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的特點和教學(xué)現(xiàn)狀

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)（Precast Concrete Structure），簡稱“PC”結(jié)構(gòu)，是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠連接而形成的混凝土結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)存在大量的預(yù)制混凝土構(gòu)件。預(yù)制混凝土構(gòu)件一般在工廠加工制作，利用運輸車輛運到施工現(xiàn)場。然后，利用吊裝機械吊裝就位，并進(jìn)行可靠連接，形成整體結(jié)構(gòu)。因此，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工包含大量的吊裝、節(jié)點連接和接縫處理等工作內(nèi)容，對現(xiàn)場施工場地布置、支撐維護等有獨特內(nèi)容及要求。

目前，高等學(xué)校土木工程專業(yè)鮮有專門開設(shè)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)教學(xué)。作者所在的合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，開設(shè)的仍為傳統(tǒng)的施工技術(shù)課程，涉及結(jié)構(gòu)安裝內(nèi)容主要是裝配式單層廠房構(gòu)件的吊裝，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安裝的內(nèi)容少，與目前發(fā)展需求存在一定的差距。高等學(xué)校土木工程專業(yè)開設(shè)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)課程，是對傳統(tǒng)施工技術(shù)教學(xué)的改革，不僅需要合適內(nèi)容的教材，而且還需要探索課堂和實踐教學(xué)的有效方法，構(gòu)建系統(tǒng)的土木工程施工技術(shù)教學(xué)新體系和新模式。

二、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)教學(xué)內(nèi)容

與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)存在大量的預(yù)制混凝土構(gòu)件。預(yù)制混凝土構(gòu)件一般在工廠加工制作，然后運到施工現(xiàn)場。因此，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的內(nèi)容包括現(xiàn)場施工場地布置、預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)場及堆放、預(yù)制混凝土構(gòu)件吊裝、節(jié)點連接、防水、BIM吊裝施工仿真，以及相應(yīng)的質(zhì)量、安全控制措施等。涉及內(nèi)容較多，如何在有限的課時內(nèi)完成教學(xué)，是教學(xué)過程中需面對和解決的難點，如何有效地將應(yīng)知應(yīng)會內(nèi)容傳授給學(xué)生，需做到課堂教學(xué)內(nèi)容主次分明。以下內(nèi)容是課堂講授的重點。

（一）現(xiàn)場施工場地布置

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工場地布置以方便吊裝為原則，做到分類堆放。預(yù)制構(gòu)件堆場應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場及周邊環(huán)境進(jìn)行具體安排。一般應(yīng)考慮施工現(xiàn)場出入口及其與社會道路的銜接，場內(nèi)道路布置，預(yù)制構(gòu)件、鋼筋加工、模板及臨時材料的堆場，起重設(shè)備停放位置及作業(yè)半徑，塔吊位置及作業(yè)半徑，其他必要設(shè)施和設(shè)備布置位置等。由于預(yù)制構(gòu)件多采用大型車輛進(jìn)行運輸，進(jìn)入施工現(xiàn)場后再由起重機械卸下并在堆放場地進(jìn)行堆放，現(xiàn)場出入口要求方便運輸車輛的出入，場內(nèi)運輸?shù)缆芬髨詫?，方便運輸車輛行駛。預(yù)制構(gòu)件場內(nèi)堆放位置一般應(yīng)根據(jù)塔吊位置確定，以減少二次搬運。堆放場地地面應(yīng)該平整堅實，利于排水，一般應(yīng)為混凝土地面。

（二）預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)場及堆放

預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)場要進(jìn)行檢查驗收工作，檢查驗收內(nèi)容包括構(gòu)件的類型、規(guī)格、數(shù)量、外觀、尺寸、預(yù)埋件和特殊部位處理等。檢查驗收方法應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)規(guī)范、規(guī)程以及標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行。

預(yù)制混凝土構(gòu)件堆放應(yīng)根據(jù)品種、規(guī)格和吊裝順序分別設(shè)置堆垛，并且還要根據(jù)構(gòu)件類型采用直立堆放、平臥堆放等形式。堆放時應(yīng)注意預(yù)制構(gòu)件邊角的保護，避免碰撞損壞構(gòu)件。預(yù)制墻板一般采用直立堆放，采取專門制作的鋼架支撐圍護系統(tǒng)，保證堆放穩(wěn)定，并在底部設(shè)置柔性墊塊，如橡膠墊塊等，墊塊數(shù)量及位置符合設(shè)計或構(gòu)件受力要求，避免損傷構(gòu)件邊角，防止伸出的預(yù)埋鋼筋和構(gòu)件棱角等傷人。預(yù)制柱、預(yù)制樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺等一般平臥堆放，底部設(shè)置柔性墊塊，如木方等。為減少堆放占地面積，可采用疊層堆放，但堆放層數(shù)應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行限制。

（三）預(yù)制混凝土構(gòu)件吊裝

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要預(yù)制構(gòu)件包括：預(yù)制柱、預(yù)制梁、預(yù)制（疊合）樓板、預(yù)制外墻板、預(yù)制樓梯和預(yù)制陽臺等。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，可分為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)和裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)等。預(yù)制外墻板體系可分為全預(yù)制外墻板和部分預(yù)制部分現(xiàn)澆的PCF外墻板形式。不同結(jié)構(gòu)體系涉及的預(yù)制構(gòu)件種類不盡相同，吊裝施工既有共性又有區(qū)別，因此，應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式合理選擇吊裝施工工藝和方法。預(yù)制混凝土構(gòu)件吊裝施工內(nèi)容一般包括：吊裝機械和吊具的選擇確定、吊裝方法和吊裝工藝順序選擇及實施等。

1.吊裝機械和吊具

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)多采用汽車吊和塔吊相結(jié)合的吊裝施工方式。

汽車吊主要用于預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場驗收合格后的卸貨以及場內(nèi)水平運輸，也可用于底層預(yù)制構(gòu)件的吊裝施工。應(yīng)根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格尺寸和重量選擇合適的汽車吊。保證卸貨時汽車吊支撐腳具有足夠的伸開空間，相應(yīng)的地面應(yīng)具有足夠的強度和平整度。保證回轉(zhuǎn)半徑空間范圍內(nèi)沒有障礙物，以免發(fā)生碰撞。汽車吊場內(nèi)行駛道路應(yīng)平整堅實，排水通暢。

塔吊主要用于裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的吊裝施工，同時也用于其他材料和構(gòu)配件的吊裝運輸。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由于預(yù)制構(gòu)件數(shù)量和種類繁多，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工相比，塔吊起吊頻繁，而且往往布置多臺塔吊。塔吊布置位置除了要考慮方便吊裝施工，還要根據(jù)主體結(jié)構(gòu)特點、吊裝構(gòu)件特點確定，特別是塔吊需要每隔一定高度設(shè)置附墻桿，以保證塔吊穩(wěn)定，但由于風(fēng)荷載及吊裝施工時，塔臂旋轉(zhuǎn)等可能引起塔身位移、變形和振動等，因此，附墻桿對結(jié)構(gòu)安全有一定程度的影響。由于預(yù)制外墻板和預(yù)制（疊合）樓板的設(shè)置，以及施工過程中這些預(yù)制構(gòu)件連接整體性與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有所不同，不僅影響塔吊附墻桿與結(jié)構(gòu)的連接方式，而且影響附墻桿的數(shù)量和布置位置。采用多臺塔吊吊裝施工的工程，需要根據(jù)起吊半徑合理安排各個塔吊的吊裝時間順序，避免碰撞。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件吊裝，一般采用專門的吊具，包括專門的吊索、吊鉤和橫梁等。馬鞍形吊鉤較常用，由于吊具使用頻繁，吊鉤容易磨損，因此需要對吊具進(jìn)行定期及不定期的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。預(yù)制梁、柱、墻板和樓梯等大型構(gòu)件，一般都需要使用起吊橫梁，橫梁上吊點位置及吊索長度需要根據(jù)預(yù)制構(gòu)件中預(yù)埋吊環(huán)間距及起吊時預(yù)制構(gòu)件受力情況等進(jìn)行計算確定。

2.吊裝方法和工藝順序

預(yù)制構(gòu)件吊裝主要依靠預(yù)先設(shè)計預(yù)埋于構(gòu)件中的吊點進(jìn)行吊裝施工，嚴(yán)禁用繃帶或繩索直接綁扎構(gòu)件進(jìn)行吊裝。根據(jù)預(yù)制構(gòu)件類型采用兩點或四點吊裝，預(yù)制柱、梁、墻板采用兩點吊裝，預(yù)制樓梯、樓板采用四點吊裝。吊索與吊裝預(yù)制構(gòu)件的夾角一般應(yīng)控制在45～60度之間。預(yù)制構(gòu)件吊裝應(yīng)采用慢起、快升、緩放的操作方式。

預(yù)制構(gòu)件吊裝工藝順序主要包括：吊裝準(zhǔn)備、吊裝就位、支撐安裝、預(yù)制構(gòu)件垂直度調(diào)整、支撐系統(tǒng)鎖定、吊鉤脫鉤、連接節(jié)點灌漿等。其中，吊裝準(zhǔn)備主要包括預(yù)制構(gòu)件混凝土外觀、預(yù)埋鋼筋、連接套筒質(zhì)量檢查及預(yù)留孔道清理，下層預(yù)埋連接鋼筋位置及垂直度調(diào)整，預(yù)制構(gòu)件就位處底部混凝土清理找平，預(yù)制構(gòu)件安裝位置放樣彈線，粘貼預(yù)制外墻板就位處外側(cè)橡膠泡沫條，另外還包括支撐等工具準(zhǔn)備到位。吊裝就位主要是使預(yù)制構(gòu)件下部預(yù)埋套筒與底面預(yù)埋的續(xù)接鋼筋對正插入到位，對于預(yù)制外墻板，吊裝就位還包括使用標(biāo)高調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)標(biāo)高符合設(shè)計要求。預(yù)制構(gòu)件吊裝就位后需要進(jìn)行臨時支撐，對于預(yù)制梁、樓板、樓梯、陽臺等水平構(gòu)件，采用豎直支撐系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件模板豎直支撐類似，預(yù)制樓梯可采用專門的支撐架，預(yù)制陽臺應(yīng)設(shè)置防傾覆支撐架。對于預(yù)制柱、墻等豎直構(gòu)件，采用斜撐系統(tǒng)，斜撐系統(tǒng)一般由兩端可旋轉(zhuǎn)的撐腳，以及可調(diào)節(jié)長度的撐桿組成，一般應(yīng)使支撐桿與水平方向夾角在45～60度范圍內(nèi)，斜撐系統(tǒng)安裝一般按照先下節(jié)點后上節(jié)點的順序進(jìn)行施工。首先，將撐桿下端撐腳孔穿插在底部樓地面的預(yù)埋螺栓中，調(diào)整好撐桿方向，接著擰緊預(yù)埋螺栓的螺帽;其次，將撐桿上端撐腳對正預(yù)制構(gòu)件連接預(yù)埋件或預(yù)埋螺孔處，調(diào)整支撐桿長度，接著擰緊相應(yīng)螺栓或螺帽，調(diào)整預(yù)制構(gòu)件垂直度至符合設(shè)計要求，固定撐桿長度，鎖定支撐系統(tǒng)。

（四）節(jié)點連接

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件吊裝完成后，通過節(jié)點連接形成整體結(jié)構(gòu)。裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點連接包括預(yù)制構(gòu)件與預(yù)制構(gòu)件之間的節(jié)點連接以及預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件之間的連接。節(jié)點連接施工內(nèi)容包括鋼筋連接、現(xiàn)澆構(gòu)件模板支立、灌漿及澆筑混凝土等。鋼筋連接方式主要有傳統(tǒng)的綁扎、焊接、直螺紋連接。豎向預(yù)制構(gòu)件鋼筋與底部結(jié)構(gòu)連接常采用套筒灌漿連接，套筒灌漿前需要對連接節(jié)點接縫采用模板或?qū)Ｓ梅舛律皾{進(jìn)行封堵，使用灌漿機進(jìn)行無收縮砂漿灌漿，最后進(jìn)行養(yǎng)護，套筒灌漿質(zhì)量好壞將直接影響主體結(jié)構(gòu)的安全性。

（五）防水

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有更多的防水薄弱部位，包括預(yù)制外墻板之間的豎向及底部水平方向接縫部位，采用外掛架時預(yù)制外墻板中的腳手眼部位，預(yù)制屋面板拼接縫部位等。為避免這些部位出現(xiàn)滲漏，首先，要設(shè)計制作合理的預(yù)制構(gòu)件防水節(jié)點構(gòu)造，并避免運輸?shù)跹b時損壞;其次，使用合適的防水膠泥進(jìn)行封堵。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)房屋衛(wèi)生間地板現(xiàn)仍多采用現(xiàn)澆混凝土，其防水和傳統(tǒng)做法類似。

（六）BIM吊裝施工仿真

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件吊裝施工，是一個涉及多道工序的復(fù)雜的動態(tài)工作，有多種不同的吊裝方案，可以利用BIM可視化的特點，進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件吊裝施工仿真模擬，通過對不同吊裝施工方案的仿真模擬比較，從而獲得最優(yōu)吊裝方案。另外，通過BIM技術(shù)模擬吊裝施工，獲得全面直觀的質(zhì)量及安全影響因素，從而可以更好地做到事前控制，進(jìn)而減少實際吊裝施工時預(yù)制構(gòu)件損壞、返工和安全隱患等情況的發(fā)生。

三、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)教學(xué)方法

（一）將課堂教學(xué)與認(rèn)識實習(xí)相結(jié)合

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)是一門應(yīng)用性極強的課程，而其技術(shù)知識又比較抽象，雖然課堂上可以用多媒體播放圖片和視頻，但與實際施工現(xiàn)場相比還有很大的局限性。因此，應(yīng)將見習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)穿插在教學(xué)中，使學(xué)生對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工具有一定的感性認(rèn)識，從而理解鞏固課堂所學(xué)知識。例如，課堂講授完預(yù)制構(gòu)件及其類型等內(nèi)容后，可以安排學(xué)生去預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工廠進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，了解預(yù)制構(gòu)件的工廠化制作過程及特點。合肥工業(yè)大學(xué)所在的合肥市，擁有西偉德混凝土預(yù)制件（合肥）有限公司等著名企業(yè)，該類型公司擁有多條自動化的疊合樓板、墻板等預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線。不同的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，所使用的預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件各不相同，同時預(yù)制構(gòu)件類型也多種多樣，如剪力墻可采用預(yù)制疊合墻板、預(yù)制夾心墻板等。施工內(nèi)容復(fù)雜多樣，單憑課堂講授無法使學(xué)生對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工有系統(tǒng)的認(rèn)識。若能在課堂講授期間帶領(lǐng)學(xué)生到附近的工地進(jìn)行實地見習(xí)，有助于學(xué)生對所學(xué)的預(yù)制構(gòu)件通過吊裝施工形成完整結(jié)構(gòu)有感性認(rèn)識，有利于學(xué)生對課堂講授知識的理解和鞏固。例如，可將生產(chǎn)實習(xí)安排在大學(xué)三年級的暑期進(jìn)行，而課堂教學(xué)安排在大四的第一學(xué)期進(jìn)行。學(xué)生在對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)及其施工有了整體認(rèn)識后，便進(jìn)入裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)課堂學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力，有利于提高學(xué)生對課堂講授知識的理解掌握。另外，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工周期較長，故在講授某些主要構(gòu)件吊裝施工時，可聯(lián)系學(xué)校所在地附近構(gòu)件吊裝施工的工地，進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行認(rèn)識學(xué)習(xí)。

（二）安排適當(dāng)?shù)恼n程設(shè)計

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)課程課堂教學(xué)及生產(chǎn)實習(xí)完成后，可安排一周，就某一種主要預(yù)制構(gòu)件吊裝施工，如預(yù)制柱、梁、樓板或外墻板吊裝進(jìn)行課程設(shè)計。選擇一種主要預(yù)制構(gòu)件，利用BIM技術(shù)進(jìn)行吊裝施工仿真模擬實驗。通過課程設(shè)計使學(xué)生在掌握裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要預(yù)制構(gòu)件吊裝內(nèi)容、吊裝方法、質(zhì)量及安全控制措施等基本知識的基礎(chǔ)上，編制出某類預(yù)制構(gòu)件吊裝方案設(shè)計，使學(xué)生具備分析和解決裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要預(yù)制構(gòu)件吊裝施工技術(shù)和施工組織問題的初步能力。

四、結(jié)語

為適應(yīng)新時期創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，土木工程施工技術(shù)專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容與課程體系的改革勢在必行。建立包括裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的土木工程施工技術(shù)教學(xué)新體系，既是土木工程專業(yè)課程建設(shè)改革的一項具體內(nèi)容，也是適應(yīng)建筑產(chǎn)業(yè)化對土木工程專業(yè)人才新需要的有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐禮華，傅旭東，彭華，等.土木工程專業(yè)復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐[J].高等建筑教育，2016，25（1）：55-60.

[2]覃荷瑛，邢心魁.突出工程能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的土木工程專業(yè)實踐教學(xué)體系[J].高等建筑教育，2017，26（3）：86-90.

[3]上海隧道工程股份有限公司.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[4]葛繼平.基于裝配式技術(shù)理念的墩臺與基礎(chǔ)課程教學(xué)探討[J].高等建筑教育，2017，26（3）：78-81.