建筑物狭小空间墙柱连接施工方法研究与应用

李明焱 中国建筑第五工程局有限公司工程师

1 引言

目前，我国建筑业模式已从传统的现浇逐步走向装配化和数字化，极大地提升了我国智能化建造能力，提高了建设的效率[1-3]。

由于装配式建筑采用的工厂化和标准化生产，通过将预制构件运输至现场进行组装拼接，因此具有良好的工业化水平，有利于整个建筑业的转型升级，装配式的建造模式符合我国绿色建造的发展理念，有助于实现“碳达峰、碳中和”目标，成为我国建筑的新兴模式。

不可否认，与发达国家的装配化建筑发展进程相比，我国装配式建筑方面的发展还相对落后，仍存在诸多不足，但由于装配式建筑具有工期短、质量优和安全环保等优点，受到越来越业内人士的认可[4-5]。

以辽宁省大连市某建筑迁建工程（三期）项目为例，针对建筑物狭小空间墙柱施工问题，研究施工中预制构件的吊装、预制构件斜支撑的施工以及竖向构件套筒灌浆3 个方面的关键施工技术进行分析，研究成果可为预制装配式建筑的施工提供更全面的判断和决策，也可为装配式混凝土结构的安装提供技术指导。

2 工程概况

辽宁省大连市某建筑迁建工程（三期）项目位于大连市东部，如图1 所示。总规划用地面积为8 916 m2，新建建筑产业现代化实训基地的面积为10 660 m2，其中，建筑占地面积为3 419m2，建筑层数为地上5 层，地下2 层，地上建筑高度为22.9 m，结构形式为装配整体式框架结构和装配式钢结构。该项目为大连市装配式建筑综合示范项目，预制率为40.2%，装配率高达71.3%。

图1 拟建项目效果图

3 预制竖向和水平构件类型

竖向结构构件采用预制柱，预制柱截面尺寸均为550 × 550（单位：mm），首层柱、楼梯中间平台处柱、楼板开大洞处边柱采用现浇，预制柱采用半灌浆套筒连接，纵筋直径不小于20 mm，预制柱应用比例46%；预制水平结构构件有预制叠合板、预制叠合梁、预制楼梯和预制空调板。预制叠合板拆分规格化、标准化，预制叠合板现浇层厚度为70 mm（观景平台处厚度为100 mm，密拼板处厚80 mm），预制板厚度为60 mm，叠合板后浇段宽度不小于300 mm。预制板搁置梁柱构件10 mm，预制板板边出筋长度至梁中线且不小于5d；预制主框架梁叠合现浇层厚度为150 mm，次梁为140 mm，预制梁与后浇混凝土叠合层之间的结合面设置粗糙面；预制梁端面设置键槽，且设置了粗糙面，粗糙面凹凸深度为6 mm；预制楼梯下端采用滑动铰接连接，上端采用固定铰接连接，预制楼梯计算严格按连接做法取楼梯计算跨度，楼梯栏杆埋件先行预埋。为做到经济合理，楼梯标准化拆分，第一跑楼梯不拆分采用传统现浇，预制的楼梯梯段跨度及高度均相同，全楼预制楼梯构件种类为1 类。

4 建筑物狭小空间墙柱连接关键施工技术控制要点

4.1 建筑物预制构件的吊装控制

项目正负零以下及地上一层框架柱全部采用传统现浇工艺施工[6]，二层及以上的框架柱采用预制吊装工艺，预制构件分布及数量具体如表1 所示。

表1 预制构件数量表

由于项目预制构件种类多，最重的为预制楼梯，重达5.2 t，这就对塔吊的选型和布置提出较大要求。经过多方考察和认真研究，项目部布置一台QTZ300（CF7035）塔式起重机，臂长60 m，最大起吊重量为8 t，最远端吊重为4.53 t，覆盖范围和起吊重量均满足要求[7]。

依据每种构件吊装的不同特点，按照审批通过后的吊装方案进行施工。吊装重点为构件进场验收、吊具安全性、支撑体系可靠性、吊装顺序、构件定位精准度等，尤其注意吊装安全，项目专职安全员全程监督，发现安全隐患及时整改，吊装速度较快，保证每层平均10 ～15天完成（平面面积约2 000 m2）。每层按照柱、梁、板和楼梯的顺序进行吊装，总体吊装顺序如下：第一，每层按照区域安装预制柱；第二，按区域吊装叠合梁；第三，按区域吊装叠合板；第四，安装预制空调板；第五，安装预制楼梯（下层的预制楼梯）。

预制柱的主要吊装流程为：柱底高程测量→柱底标高调整垫片摆设并喷漆标识→构件尺寸、外观及编号检查→柱套筒清洁→柱头角钢锁接→翻转底部保护→起吊下部钢筋对位→上柱斜撑支撑→柱垂直度调整→下柱斜撑支撑→再次对垂直度校验→柱底封堵→套筒灌浆。

叠合梁的主要吊装流程为：搭设支架并验收→测量放线进行定位→构件尺寸、外观及编号检查→构件吊装安放→梁标高、轴线校验→梁位置固定→梁柱接头钢筋绑扎→梁上部钢筋绑扎→浇筑面层混凝土。

预制墙的主要吊装流程为：搭设支架并验收→测量放线进行定位→构件尺寸、外观及编号检查→构件吊装安放→墙标高、轴线校验→墙位置固定→墙体接头钢筋绑扎→钢筋绑扎→浇筑面层混凝土。

4.2 建筑物狭小空间墙柱钢筋套筒灌浆连接施工控制

钢筋套筒灌浆施工采用单组分水泥基灌浆料，灌浆料的物理、力学性能如表2 所示。

表2 与灌浆套筒匹配的灌浆料性能要求

具体的钢筋套筒灌浆施工流程为塞缝（坐浆）→拌制灌浆料→浆料检测→压力注浆→封堵上排灌浆孔→试块留置。压力灌浆过程如图3 所示。

4.3 建筑物狭小空间墙柱钢筋套筒灌浆连接质量检测

冲击回波法检测灌浆质量的基本原理是通过铁锤对钢筋传力棒施加冲击力（脉冲信号），传力棒传递冲击力激励钢筋套筒振动，振动机械波从钢筋套筒向周围混凝土传播，当遇到不同介质界面时（如钢筋套筒灌浆存在空洞，钢筋固体介质与空气介质存在界面），发生折射和反射现象，借助信号放大器和信号采集仪器采集反射波信号，分析反射波的波形、振幅、频率等波动特征，建立反射波信号的波动特征与灌浆质量的相关关系，进而判断钢筋套筒灌浆是否饱满、密实[8]。

为更好地判别钢筋套筒灌浆的密实程度，有必要建立反射波形与灌浆不同密实程度的相关关系，识别机械波遇到不同密实程度灌浆的响应特征。因此，在室内建立了不同灌浆饱满的物理模型，灌浆饱满度分别设置为0（图2-a）、1/3（图2-b）、2/3（图2-c）和1（图2-d）。

图2 不同灌浆饱满度的钢筋套筒模型

检测表明，随着灌浆饱满度的增加，反射波的波形出现明显的变化，首波的振幅逐渐增大，反射波的频率逐渐降低，波形衰减速度则逐渐增加。采用首波振幅幅值与首波峰值的一半对应的时间宽度之比值RPt 作为信号特征指标，RPt计算公式如方程（1）所示。

其中，Pmax 为反射波波形首波振幅最大值，mV；t0.5 为首波峰值的一半对应的时间宽度，ms。

从图中可以看出，随着灌浆饱满度的增加，RPt 也不断增加，无灌浆条件下（灌浆饱满度为0），RPt=22.3V/s，而在1/3灌浆时，RPt=22.3V/s，在2/3 灌浆时，RPt=115V/s，在满灌浆时，RPt=211V/s。

对波形幅值（电压值）△U 与时间t 进行拟合，波形振幅在振幅两个方向均呈指数衰减的趋势，得到正负两个方向的拟合曲线如方程（2）～方程（9）所示。

施工完成后，采用冲击回波法对灌浆套筒的施工质量进行监测，其监测原理是将传感器预先埋设在出浆孔底部，灌浆完成后测试传感器采集的波形信号，通过信号的衰减程度判别灌浆料的饱满程度。对本项目设置套筒灌浆的构件31个，布置319 个测点，获得灌浆饱满与不饱满的特征波形。

测试结果表明，测点饱满数量304个，饱满率达到96%，采用冲击回波法能够准确地判别钢筋套筒的灌浆质量，有利于装配式建筑存在缺陷节点的整治，保障装配式建筑的整体安全性能。

5 结语

以辽宁省大连市某建筑迁建工程（三期）项目为例，项目预制率高达70.2%。根据国家相关规范和行业标准、设计文件以及多年的装配式建筑施工经验，针对建筑物狭小空间墙柱施工问题，研究施工中预制构件的吊装、预制构件斜支撑的施工以及建筑物狭小空间墙柱钢筋套筒灌浆连接3 个方面的关键施工技术进行研究，研究成果保证预制构件吊装和安装的安全、准确，施工质量可靠可信，用以对现场管理人员和作业人员的技术交底和实际作业的指导。