張晉生，魏榮生，王宇輝，薛晨旭

（1．中建二局第一建筑工程有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000；2．中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100000）

0 引言

裝配式建筑產(chǎn)業(yè)是國(guó)家建筑業(yè)工業(yè)化與智能化發(fā)展戰(zhàn)略的重要方向，是建筑業(yè)高質(zhì)量與高效能發(fā)展、建筑節(jié)能減排、低碳綠色建造的先進(jìn)新技術(shù)升級(jí)以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向[1]。裝配式建筑產(chǎn)業(yè)是傳統(tǒng)建筑業(yè)的迭代新技術(shù)產(chǎn)物，是國(guó)家“十四五”期間建筑業(yè)重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃[2]。在“十四”五期間，我國(guó)裝配式建筑占新建筑項(xiàng)目的比例要求達(dá)到30%以上，這也是廣東省的裝配式建筑定立的推進(jìn)目標(biāo)[3]。裝配式建筑的質(zhì)量、成本、低碳綠色生產(chǎn)與建造、產(chǎn)業(yè)可循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建筑系統(tǒng)化集成、建設(shè)效率與項(xiàng)目建設(shè)的可控性等優(yōu)勢(shì)，必定全面打敗并取代傳統(tǒng)的建造業(yè)，建筑業(yè)迭代新技術(shù)將給新型裝配式建筑產(chǎn)業(yè)締造數(shù)萬(wàn)億級(jí)的新興建筑市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)。

1 工程概況

廣東省深圳市某房地產(chǎn)建設(shè)工程二期位于城市主干道交叉路口東南側(cè)，規(guī)劃總用地面積42943m2，總建筑面積117674m2，其中，地上建筑面積94500m2，地下建筑面積23174m2。主要建設(shè)8 棟30～32 層單元高層住宅建筑、1 棟3 層幼兒園和1 棟18 層的單體商用辦公樓。本項(xiàng)目任務(wù)包括施工圖設(shè)計(jì)及概算、設(shè)備采購(gòu)、施工（小區(qū)住宅以及配建幼兒園、社區(qū)用房、物業(yè)用房、景觀綠化、配套工程、人防、供水、供電、燃?xì)?、通風(fēng)空調(diào)、供電照明、光伏發(fā)電等全部工程）及與其有關(guān)的其他技術(shù)服務(wù)（含BIM）等全部?jī)?nèi)容。本項(xiàng)目投資概算45512．82 萬(wàn)元。中標(biāo)價(jià)為工程設(shè)計(jì)費(fèi)32．00 元/m2，施工工程費(fèi)下浮率13%。建設(shè)總工期900 天，其中設(shè)計(jì)60 天，施工840天。

本研究以30 層5#住宅樓為研究對(duì)象，總建筑面積約為8915．77m2，含有一層地下室（主要建筑功能為設(shè)備用房），地下室面積約占585m2，地下室高度為4．0m，地表±0．00 以上建筑總高度為92．00m，其中地上第一層的高度約5．0m，第二層至第二十九層標(biāo)準(zhǔn)層的高度約3．0m，第三十層的高度為3．0m，地上部分除了第一層的建筑功能為零售商業(yè)外，其余樓層的建筑功能均為民用住宅。地表±0．00 對(duì)應(yīng)的1985 高程為4．372m，建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型為裝配整體框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，預(yù)制率達(dá)到53%，最大預(yù)制單體構(gòu)件重度達(dá)到6．0t，每層標(biāo)準(zhǔn)層的預(yù)制構(gòu)件明細(xì)如表1 所示。

表1 預(yù)制裝配式混凝土住宅每層標(biāo)準(zhǔn)層的構(gòu)件明細(xì)

第一層～第七層的梁體結(jié)構(gòu)使用C30等級(jí)混凝土預(yù)制、第八層～第三十層的梁體結(jié)構(gòu)使用C25等級(jí)混凝土預(yù)制；第一層～第四層的柱體、剪力墻墻體結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)為C45，第五層～第八層的柱體、剪力墻墻體結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)為C40，第八層～第十二層的柱體、剪力墻墻體結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)為C35，第十二層～第三十層的柱體、剪力墻墻體結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)為C30，柱體采用預(yù)制、剪力墻采用現(xiàn)澆。

2 預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件施工過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)分析

預(yù)制裝配式混凝土住宅施工是通過(guò)在工廠將建筑結(jié)構(gòu)分成柱體、梁體、墻體、樓梯、陽(yáng)臺(tái)等構(gòu)件進(jìn)行預(yù)制，隨后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行吊裝拼接，連接方式有套筒灌漿連接、現(xiàn)澆連接等方式，以形成整體的建筑結(jié)構(gòu)[4]。具體的預(yù)制裝配式混凝土住宅施工工藝流程如圖1所示。

圖1 預(yù)制裝配式混凝土住宅施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)拼接的施工工藝主要關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為柱與基礎(chǔ)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(chǔ)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3種。其一，采用杯形基礎(chǔ)作為承接口，將預(yù)制框架柱插入承接口中，然后澆筑水泥砂漿進(jìn)行固結(jié)，這種連接方式較為成熟和可靠，已被我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范收錄；其二為密封鋼管插筋法，其具體的施工方式是通過(guò)柱子預(yù)留搭接長(zhǎng)度的受力主筋，插入基礎(chǔ)預(yù)埋的密封鋼管中，密封鋼管的直徑大于主筋約10mm 左右，以便于其插入，隨后便采用高強(qiáng)砂漿進(jìn)行灌注。

在柱與柱的裝配連接中，按連接節(jié)點(diǎn)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）[6-7]。一般而言，對(duì)于低層的預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)可以采取砂漿現(xiàn)澆的方式將預(yù)制柱連接起來(lái)，這種接頭的構(gòu)造適用于柱的受力為小偏心情況，不會(huì)因出現(xiàn)拉應(yīng)力導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)受拉破壞；而對(duì)于多層預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)則需要對(duì)柱連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)，可采取卯榫式連接、杯口填充高強(qiáng)砂漿式連接和砂漿配合錨固件連接。

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]：將預(yù)制的混凝土框架梁采用起重機(jī)調(diào)放到設(shè)計(jì)位置，并在柱子上設(shè)置臨時(shí)支撐點(diǎn)；設(shè)置普通消能鋼筋和預(yù)應(yīng)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(zhǎng)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；采用高強(qiáng)灌漿料將梁柱的接縫進(jìn)行填充澆筑，也可以采用纖維砂漿進(jìn)行接縫澆筑，無(wú)論何種填充材料，梁柱之間均需預(yù)留約2cm的空隙，以便砂漿的流入，也方便安裝出現(xiàn)偏差時(shí)進(jìn)行調(diào)整；待高強(qiáng)灌漿料強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行張拉，張拉工藝與一般預(yù)應(yīng)力混凝土框結(jié)構(gòu)張拉施工一致。

本文中預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制板之間的連接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(xué)性能如表1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）→封堵下排灌漿孔→拌制灌漿料→漿料檢測(cè)→壓力注漿→封堵上排灌漿孔→補(bǔ)漿→試塊留置。

3 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量施工檢測(cè)

3.1 沖擊回波法灌漿缺陷檢測(cè)的基本原理

如圖2所示，沖擊回波法檢測(cè)灌漿質(zhì)量的基本原理是通過(guò)鐵錘對(duì)鋼筋傳力棒施加沖擊力（脈沖信號(hào)），傳力棒傳遞沖擊力使鋼筋套筒振動(dòng)，振動(dòng)機(jī)械波從鋼筋套筒向周?chē)炷羵鞑?，?dāng)遇到不同介質(zhì)界面時(shí)（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(hào)放大器和信號(hào)采集儀器采集反射波信號(hào)，分析反射波的波形、振幅、頻率等波動(dòng)特征，建立反射波信號(hào)的波動(dòng)特征與灌漿質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而判斷鋼筋套筒灌漿是否飽滿(mǎn)、密實(shí)[9]。

圖2 沖擊回波灌漿缺陷檢測(cè)基本原理圖

灌漿質(zhì)量直接影響著鋼筋套筒的水平剛度，兩者之間呈正相關(guān)。當(dāng)鋼筋套筒內(nèi)的灌漿液飽滿(mǎn)且密實(shí)時(shí)，漿液凝固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，可認(rèn)為鋼筋套筒與周?chē)炷吝_(dá)到了“等同現(xiàn)澆”的效果，鋼筋套筒處于固結(jié)約束狀態(tài)，可認(rèn)為其材質(zhì)均勻、水平剛度為無(wú)窮大，當(dāng)采用沖擊回波檢測(cè)時(shí)，其反射波形表現(xiàn)處振幅小、頻率低且波形迅速衰減；相反，當(dāng)鋼筋套筒周?chē)鸁o(wú)灌漿時(shí)，可認(rèn)為鋼筋套筒水平方向無(wú)約束，水平剛度為零，當(dāng)采用沖擊回波檢測(cè)時(shí)，其反射波形表現(xiàn)為振幅大、頻率高且波形反復(fù)震蕩的特征；當(dāng)鋼筋套筒有灌漿但存在灌漿不飽滿(mǎn)、不密實(shí)的情況時(shí)，采集的反射波信號(hào)特征介于上述兩種情況之間。

3.2 不同灌漿飽滿(mǎn)度的波形特征

為更好地判別鋼筋套筒灌漿的密實(shí)程度，有必要建立反射波形與灌漿不同密實(shí)程度的相關(guān)關(guān)系，識(shí)別機(jī)械波遇到不同密實(shí)程度灌漿的響應(yīng)特征。因此，在室內(nèi)建立了不同灌漿飽滿(mǎn)的物理模型，灌漿飽滿(mǎn)度分別設(shè)置為0、1/3、2/3和1，如圖3所示。

圖3 不同灌漿飽滿(mǎn)度的鋼筋套筒模型

圖4為不同灌漿飽滿(mǎn)度情況下的反射波波形特征。從圖中可以看出，隨著灌漿飽滿(mǎn)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(duì)應(yīng)的時(shí)間寬度之比值RPt作為信號(hào)特征指標(biāo)，RPt計(jì)算公式如式（1）所示。

圖4 不同灌漿飽滿(mǎn)度的特征波形

式中：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(duì)應(yīng)的時(shí)間寬度，ms。

從圖中可以看出，隨著灌漿飽滿(mǎn)度的增加，RPt也不斷增加，無(wú)灌漿條件下（灌漿飽滿(mǎn)度為0），RPt=22．3V/s，而在1/3 灌漿時(shí)，RPt=22．3V/s，在2/3 灌漿時(shí)，RPt=115V/s，在滿(mǎn)灌漿時(shí)，RPt=211V/s。

對(duì)波形幅值（電壓值）△U 與時(shí)間t進(jìn)行擬合，波形振幅在振幅兩個(gè)方向均呈指數(shù)衰減的趨勢(shì)，得到正負(fù)兩個(gè)方向的擬合曲線如式（2）～式（9）所示。

3.3 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量施工檢測(cè)效果驗(yàn)證

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，采用沖擊回波法對(duì)灌漿套筒的施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖5 所示，對(duì)本項(xiàng)目設(shè)置套筒灌漿的構(gòu)件31 個(gè)，布置319 個(gè)測(cè)點(diǎn)，獲得灌漿飽滿(mǎn)與不飽滿(mǎn)的特征波形，與3．2小節(jié)中的特征波形對(duì)比，判別鋼筋套筒的灌漿飽滿(mǎn)程度，測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)飽滿(mǎn)數(shù)量304 個(gè)，飽滿(mǎn)率達(dá)到96%。對(duì)存在缺陷的鋼筋套筒進(jìn)行破壞驗(yàn)證，如圖6 所示，結(jié)果表明，采用沖擊回波法能夠準(zhǔn)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(diǎn)的整治，保障裝配式建筑的整體安全性能。

圖5 沖擊回波法對(duì)灌漿套筒缺陷現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

圖6 存在缺陷套筒的破壞驗(yàn)證

4 結(jié)論

以廣東省深圳市某房地產(chǎn)建設(shè)工程二期預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工為研究對(duì)象，基于裝配式建筑施工的總體施工工藝流程，分析了其關(guān)鍵的施工工藝，并采用沖擊回波法對(duì)裝配式構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

①現(xiàn)場(chǎng)拼接的施工工藝主要關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為柱與基礎(chǔ)的裝配連接、柱與柱的裝配連接、柱與梁的裝配連接，目前預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)施工工藝眾多，本文預(yù)制梁、預(yù)制柱、預(yù)制板之間的連接采用鋼筋套筒灌漿連接，并確定了灌漿料的性能要求；

②建立反射波形與灌漿不同密實(shí)程度的相關(guān)關(guān)系，識(shí)別機(jī)械波遇到不同密實(shí)程度灌漿的響應(yīng)特征。結(jié)果表明，隨著灌漿飽滿(mǎn)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；

③采用沖擊回波法進(jìn)行鋼筋套筒灌漿連接點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試表明測(cè)點(diǎn)飽滿(mǎn)數(shù)量304 個(gè)，飽滿(mǎn)率達(dá)到96%，沖擊回波法能夠準(zhǔn)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(diǎn)的整治，保障裝配式建筑的整體安全性能。