某装配式办公楼预制柱施工技术

张党生

(福建省泷澄建设集团有限公司 福建漳州 363100)

0 引言

装配式建筑的发展是一种对传统建造方式的重大变革，其有利于节约资源与能源减少施工过程中产生的污染缩短施工工期提升生产效率和施工质量。近年来，装配式建筑在我国进入发展的快车道。2016年住房和城乡建设部发布的国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2016于2016年6月1日开始实施，拉开了我国装配式建筑发展的大幕。2017年住房和城乡建设部印发了《十三五装配式建筑行动方案》的通知，旨在全面推进我国装配式建筑的发展。然而，由于还处于装配式建筑发展初期，实际工程施工中还存在各种施工质量问题。其中，预制柱作为混凝土结构体系主要的竖向受力构件，是施工质量的重点控制对象。

王义强等[1]通过分析预制柱安装过程中梁柱节点产生的质量缺陷，提出梁柱节点模板安装前应检查其断面尺寸垂直度，应将模板缝隙填塞严密防止侧板吊脚。并制定适合预制柱安装的施工工艺技术措施，保证顺利施工。王剑等[2]通过分析预制装配式混凝土结构的施工特点并结合实际工程，探讨了预制装配式混凝土结构构件的施工要点与难点。提出通过设置防护垫子红外线水平仪等辅助措施，确保预制柱处于完好的垂直状态后再进行固定安装。王庆林等[3]通过分析混凝土预制构件安装过程中的施工问题，提出采用高流动性细石混凝土现场浇筑，并引进垫钢板施工措施及基础杯口一侧下料技术，确保预制柱底混凝土浇筑的密实性。

上述文献对装配式建筑工程施工技术分析比较宽泛，对装配式建筑关键部位施工详细分析较少。本文以福建省某装配式办公建筑为例，通过实践追踪整个施工过程，对预制柱安装的施工技术做详细分析，为类似装配式建筑工程预制柱的施工提供参考。

1 预制柱施工工艺及原理

1.1 施工工艺

装配式建筑与传统建筑在施工技术上存在着一定差异，装配式建筑的施工难度在于预制构件的精准安装。尤其是预制柱尺寸普遍较大，给吊装工作带来较大困难，在吊装操作过程中稍有不慎就可能发生质量问题。为此必须从人员材料机械操作等方面进行科学合理的安排和组织。同时制定具体并切实可行的吊装方案操作流程及安全质量标准，确保预制柱吊装的安全顺利进行。同时做好吊装前的技术交底工作，使每个参与吊装人员明白执行的规范标准和要求。

1.2 基本原理

在装配式混凝土预制柱的安装中，先将预制柱初步吊装就位并通过辅助措施保证其垂直度。再采用改进的全灌浆口顺序灌浆工艺，选取一对灌出浆口作为工作口，其余洞口采用橡胶塞临时封堵。待工作出浆口流出连续柱状浆液后，按顺序切换成下一对工作口，重复作业至下层柱预留插筋和上层柱预留套筒紧密结合成整体，最后分别在绑扎柱节点钢筋后和柱节点混凝土浇筑完成后，采用特制定位钢板对柱预留插筋的位置进行二次定位，确保预留插筋位置准确。预制柱套筒灌浆连接如图1所示。

注：1-上层柱；2-下层柱；3-套筒大样；4-连接套筒；5-钢筋；6-出浆口；7-灌浆口；8-接头灌浆料；9-封缝灌浆料；10-预留插筋图1 预制柱套筒灌浆连接

2 工程概况

工程位于福建省漳州市龙海，为企业自用办公综合楼，地上7层，无地下室，底层为展厅和接待室，底层平面图如图2所示，二层为配套用房和会议室，三至七层为办公用房，总建筑面积为5747.47m2，标准层平面图如图3所示；建筑平面规则，X向(纵向)长度46.20m，Y向(横向)长度宽16.20m；建筑总高度为23.75m，其中底层3.50m，其余各层为3.30m，建筑Y向剖面如图4所示。

图2 底层平面图

图3 标准层平面图

图4 建筑剖面图

结构底层及基础部分为现浇混凝土框架结构，二至七层采用预制装配式钢筋混凝土框架，横向两跨纵向七跨，主要柱网尺寸为9.00m×6.60m+7.20m×6.60m；墙体：内填充墙为加气混凝土砌块，外墙为异型预制装配式外挂墙板；抗震设防烈度为7度(0.15g)，特征周期0.45s，场地Ⅱ类，基本风压0.80kN/m2。

该工程预制混凝土构件的范围为二层楼面以上至屋面层，预制构件包括：叠合梁叠合板外挂板柱和楼梯，外挂板直接在工厂预制，运至现场吊装及安装，二至七层施工期间从2017年3月开始至2017年8月结束。该工程预制混凝土柱子的范围为二层至七层(屋面层)，每层的角柱边柱中柱共有24根。二层至四层柱子主要截面尺寸为600mm×600mm(角柱边柱)700mm×700mm(中柱)，五层至七层的柱子主要截面尺寸为600mm×600mm。

3 安装要点

预制柱施工常见问题主要为安装尺寸偏差及灌浆质量问题。①安装尺寸偏差包括实际平面位置与设计平面位置偏差及垂直度不符合要求等，其主要原因包括放样偏差预制柱尺寸偏差，施工人员配合不当等。②灌浆质量问题主要包括灌浆材料强度流动度等特性不满足要求套筒灌浆不饱满及柱底漏浆等。

预制装配式混凝土结构中预制柱的预留插筋长度仅为8D(D为钢筋直径)+20mm。钢筋套筒内壁边比其宽3mm以内，预留钢筋偏差大，超出套筒内壁时直接造成竖向构件无法吊装，吊装就位将出现无法施工的问题。预留插筋的定位偏差在套筒内，但是超出了允许偏差3mm时，即使预制构件能够勉强吊装，也将会导致柱子垂直度产生较大的误差，钢筋连接套筒灌浆质量难以达到要求，由此可见预制柱预留插筋定位准确的重要性。为此，分析总结安装要点如下。

3.1 工艺流程及施工准备

工艺流程为：施工准备→柱吊装→柱校准定位→灌浆→柱节点插筋定位→柱节点插筋二次定位。

熟悉经审查合格的施工图及构件安装做法。核对预制柱进场型号尺寸外观质量预埋件位置和尺寸吊环的规格和位置及构件数量，如表1～表2所示。其中准备工作包括：

(1)预制柱主筋套筒质量检查套筒内部清理构件编号和吊点确认。

(2)预制柱角钢包边平整度检查柱长度检查。预制柱上下连接处角钢包边如图5所示。

(3)预制柱预留插筋预留长度的检查(不小于柱内钢筋套筒长度)。

(4)准备吊装前所需设备(斜撑及固定铁件经纬仪等)。

(5)确认预制柱吊装顺序，检查灌浆料质量及准备施工工具。

(6)预制柱连接处混凝土面清理。

(7)放样出柱边线。

图5 预制柱上下连接处角钢包边

项目允许偏差/锚板中心线位置5锚板与混凝土平面高差0,-5螺栓中心线位置2螺栓外露长度+10,-5套筒螺母中心线位置2套筒螺母与混凝土面平面高差0,-5预留插筋中心线位置3预留插筋外露长度±5

表2 预制柱尺寸允许偏差

3.2 预制柱吊装

(1)预制柱吊装机械利用现场的塔吊。吊点为柱内预埋吊钩(环)，并应根据柱重量采取不同尺寸的吊钩。

(2)必须在预制柱装卸前检查施工环境。吊索应完好，捆绑应牢固，柱与其他物件不得接触连接。

(3)预制柱在吊装时应严格按起吊点起吊，起吊时吊索应等长，严禁偏心起吊。在吊装过程中禁止柱出现大幅度晃动。

(4)预制柱在吊装时应控制好尾端溜绳，防止因晃动造成柱边缘磕碰破损。

(5)预制柱吊装时先将柱吊离地面500mm左右，对中后再缓慢升钩。移动到安装位置上方约500mm处之后，拉溜绳旋转柱到正确方位。

(6)利用高精度的镜子观察预留插筋与柱内套筒位置，调整柱至预留插筋与预留套筒逐根对应，全部准确插入套筒后，柱缓慢下降，由安装人员根据辅助定位线轻推柱初步定位。

3.3 预制柱校准定位

(1)在轴线上架设经纬仪，并控制经纬仪与预制柱的距离。保证经纬仪视线面与观测面相互垂直，以防止因测点偏差而产生测量偏差，尽量避免因遮挡而影响观测。

(2)吊装顺序应安排合理，首先吊装施工困难的预制柱，再吊装施工容易的预制柱。

(3)架设两台经纬仪来校准预制柱边缘与定位控制线位置，并通过在柱下方放置钢垫片来调整柱垂直度。

(4)将斜撑杆与预制柱稳固连接(斜撑应相互垂直)，如图6所示。

(5)预制柱安装调节完毕后，须进行复核和验收。验收通过后，方可进行柱底角钢焊接固定操作。

图6 预制柱校准定位

3.4 预制柱底灌浆

(1)浆液水料比应严格按照设计配制，先放置70%的浆料进行搅拌，约1min～2min后，再将余料加入，搅拌至浆料彻底均匀。静止2min～3min待气泡自然排出。灌浆料须在30min内使用。

(2)选取一对灌出浆口作为工作口，其余洞口采用橡胶塞封堵，并将上下层柱之间的接缝用透明塑料板密封。

(3) 通过螺杆式灌浆泵将灌浆料从工作灌浆口注入，待工作出浆口连续流出圆柱状浆液时，封堵这一对工作口。

(4)依次选取下一对灌出浆口作为工作口重复以上步骤，并保持灌浆套筒内压强，以确保灌浆套筒内灌浆料密实。

(5)直至所有钢套筒透明封板中浆料饱满且浆料无气泡时停止灌浆，如图7所示。

图7 预制柱套筒灌浆

3.5 预制柱节点插筋定位

绑扎梁柱节点钢筋后，采用特制定位钢板及经纬仪对柱预留插筋的位置进行定位调整，防止绑扎梁钢筋时扰动柱预留插筋而使柱筋偏位。应根据图纸对中心位置偏差超过3mm的钢筋进行位置校正，钢筋校正时应采用1∶6冷弯校正，如图8所示。

图8 柱节点钢筋定位

3.6 预制柱节点插筋二次定位

节点混凝土浇筑完成后，采用经纬仪将预制柱的各个截面控制线准确定位。再次利用定位钢板对连接钢筋进行二次定位。确保连接钢筋位置准确及预制柱浆锚连接的质量。对个别位置偏差较大的钢筋，应凿去钢筋根部混凝土至有效高度后再进行冷弯校正，如图9所示。

1-定位钢板；2-预留插筋图9 定位钢板二次定位

4 预制柱质量控制和验收

4.1 预制柱混凝土浇筑质量控制和验收

制定装配式结构施工专项施工方案。施工专项方案应结合柱吊装与支撑体系等进行制定，并考虑装配式结构施工的特点[4]。

对进场的预制柱须进行全数质量验收，验收合格后方可吊装。

(1)主控项目：检查柱质量文件标识；插筋和预留孔洞的规格位置和数量等。

(2)一般项目：检查预制柱外观质量尺寸允许偏差等。

4.2 预制柱安装质量控制和验收

对预制柱的安装与连接进行质量验收，主要的内容分为主控项目和一般项目。

(1)主控项目：预制柱垂直度偏差不应大于柱高度的1/500且构件顶部偏移不大于5mm。柱连接应全数检查，灌浆应饱满密实,满足《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》[5]的要求。后浇混凝土外观质量不应有严重缺陷，不应有影响结构性能的尺寸偏差，检查数量和检验方法按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2015)的相关规定。

(2)一般项目：预制柱安装的尺寸偏差应符合《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》表5.2.3条款的规定，应抽查柱数量的10%，且不少于3件。后浇混凝土外观质量不应有一般缺陷后浇混凝土拆模后的位置和尺寸偏差应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2015)的相关规定。

5 预制柱深化设计分析

装配式混凝土结构与传统现浇钢筋混凝土结构施工不同，装配式预制柱施工需要设计生产及施工单位之间的相互配合，这样可以将部分质量问题在施工前予以解决。施工图深化设计环节需要设计生产及施工单位共同参与；施工安装环节需要设计及生产单位配合施工单位，制定合理的施工组织方案并对吊装机械做出了合理的选择。预制柱施工深化设计主要包括：预制柱位置及数量关系表装配图吊装顺序图等。其中吊装机械及配套的钢丝绳及卸扣的选择根据预制柱的最大重量考虑，并保证吊运过程中钢丝绳与构件之间的角度按45°考虑，保障施工安全。

6 结论

通过对该工程的施工，现场跟踪记录和分析了预制柱安装施工过程，得到以下4点重要结论。

(1)通过在预制柱上下连接处增加角钢，可大大减少预制柱连接处混凝土产生缺棱掉角。

(2)改进了全灌浆口顺序灌浆工艺，确保预制柱浆锚连接的质量。

(3)通过预制柱节点插筋二次定位，确保预留插筋位置准确。

(4)施工部署阶段应进行预制柱施工图深化设计，根据实际施工现场情况和条件选择吊装机具及吊装方法。