李明焱 中國建筑第五工程局有限公司工程師
目前,我國建筑業(yè)模式已從傳統(tǒng)的現(xiàn)澆逐步走向裝配化和數(shù)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(chǎn),通過將預制構件運輸至現(xiàn)場進行組裝拼接,因此具有良好的工業(yè)化水平,有利于整個建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,裝配式的建造模式符合我國綠色建造的發(fā)展理念,有助于實現(xiàn)“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(fā)達國家的裝配化建筑發(fā)展進程相比,我國裝配式建筑方面的發(fā)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(zhì)量優(yōu)和安全環(huán)保等優(yōu)點,受到越來越業(yè)內(nèi)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。
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??傄?guī)劃用地面積為8 916 m2,新建建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)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(shù)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
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(xiàn)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(diào)板。預制疊合板拆分規(guī)格化、標準化,預制疊合板現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)濟合理,樓梯標準化拆分,第一跑樓梯不拆分采用傳統(tǒng)現(xiàn)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。
項目正負零以下及地上一層框架柱全部采用傳統(tǒng)現(xiàn)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(shù)量具體如表1 所示。
表1 預制構件數(shù)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(jīng)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(jù)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(jiān)督,發(fā)現(xiàn)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(qū)域安裝預制柱;第二,按區(qū)域吊裝疊合梁;第三,按區(qū)域吊裝疊合板;第四,安裝預制空調(diào)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(diào)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(zhuǎn)底部保護→起吊下部鋼筋對位→上柱斜撐支撐→柱垂直度調(diào)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。
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。
沖擊回波法檢測灌漿質(zhì)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(zhì)界面時(如鋼筋套筒灌漿存在空洞,鋼筋固體介質(zhì)與空氣介質(zhì)存在界面),發(fā)生折射和反射現(xiàn)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(zhì)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(nèi)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(xiàn)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(shù)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(zhì)量進行監(jiān)測,其監(jiān)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(shù)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(zhì)量,有利于裝配式建筑存在缺陷節(jié)點的整治,保障裝配式建筑的整體安全性能。
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(jù)國家相關規(guī)范和行業(yè)標準、設計文件以及多年的裝配式建筑施工經(jīng)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(zhì)量可靠可信,用以對現(xiàn)場管理人員和作業(yè)人員的技術交底和實際作業(yè)的指導。