双面叠合剪力墙结构空腔混凝土浇筑技术研究

2022-06-22刘承灵米宗宝

砖瓦 2022年6期

刘承灵米宗宝李昶刘阳韩卿

（中国建筑第四工程局有限公司，陕西西安 710000）

关键字：装配式结构；叠合剪力墙；空腔浇筑密实度；混凝土材料

为响应全国住房和城乡建设工作会议部署以及《十四五”建筑业发展规划》等文件精神，以西安为代表的西北区域也开始大力推动新型建筑工业化的发展。目前建筑行业相对常见的高层装配式剪力墙结构体系主要为钢筋套筒灌浆连接体系、钢筋浆锚搭接体系以及双面叠合空腔结构体系。其中，双面叠合空腔剪力墙结构体系凭借自身整体性好、自重轻、施工速度快、防渗漏效果好等优势，在建筑工业化方面有其一席之地，目前在湖南、上海等地均有应用，三一筑工等企业也基于该体系做出了一定程度的优化改进。湖南、上海等地抗震设防烈度均为7度以下，但西北区域如西安等地抗震设防烈度为8度，墙身配筋、连梁尺寸等方面均有显著提高，相应的在空腔混凝土浇捣难度方面也有所增加。本研究主要以QC小组活动PDCA循环法通过实验及检测的形式，从深化设计、原材料、施工工艺三个方面进行优化对比，旨在控制施工成本的同时确保空腔混凝土浇筑密实度。研究结果表明：通过优化钢筋及管线综合排布、调整浇捣方式两个方面进行控制，在确保叠合墙空腔尺寸不小于100mm的前提下，普通混凝土（粗骨料粒径≤30mm、坍落度220mm±20mm）可以满足空腔混凝土浇筑密实度需求。本研究结果为双面叠合空腔剪力墙结构在西北区域的应用奠定了基础，也推动了西安地区新型建筑工业化的发展。

对于常规高层住宅项目，剪力墙墙身厚度一般以200mm为主，当采用双面叠合空腔剪力墙结构体系时，为确保内外叶板在混凝土浇捣过程不因自身强度不足而破坏，内外叶板厚度一般为50mm（即空腔尺寸100mm），调研发现，受到施工偏差、空腔内壁粗糙处理、内部钢筋排布等因素影响，实际空腔有效厚度往往小于90mm，现场应用时其空腔混凝土浇捣质量成为影响结构安全的最大因素。湖南等地在应用该体系时，空腔内混凝土选择多以自密实混凝土为主，也有采用细石混凝土或普通商品混凝土的案例。西安等抗震设防烈度为8度的区域，为满足抗震设计要求，结构配筋及连梁尺寸均远远高于湖南等地，尤其是为提高住宅品质、加大窗洞口尺寸，外墙窗洞口底部上翻连梁配筋尤为密集，大大增加了空腔混凝土浇捣难度。

1 影响因素分析

1.1 设计因素

设计方面主要考虑梁、墙钢筋与预埋线管交错形成的狭小空间，尤其是当厨卫间窗洞口高度不一致时，若结构设计有折梁，如图1所示，大量钢筋弯锚及预埋线管交错、且窗下区域无法直接振捣造成该区域混凝土浇捣难度极大。

图1 典型厨卫间窗洞口位置叠合剪力墙深化图

此外，若适当降低内外叶板厚度，加大空腔净宽，也可有效降低空腔混凝土浇筑难度。

1.2 原材料因素

原材料方面主要考虑混凝土种类（普通混凝土、细石混凝土、自密实混凝土）、混凝土粗骨料粒径（30mm、20mm、15mm）、混凝土坍落度（220mm±20mm、200mm±20mm）等因素。

1.3 施工工艺因素

施工工艺方面主要考虑预制墙门窗洞口是否封边、混凝土输送方式（泵送或自卸）、混凝土浇捣分层厚度等因素。尤其是卧室窗洞口较宽且两侧墙身较短位置，如图2所示，过长的流淌距离也就造成中间顶部区域混凝土难以浇捣密实。

图2 典型卧室窗洞口位置叠合剪力墙深化图

2 实践检验

2.1 优化钢筋、预埋管线排布

通过BIM技术对钢筋与预埋管线的综合排布进行深化，避免形成混凝土浇筑盲区或狭小空间，肉眼可见地降低了局部区域混凝土浇筑不密实的情况，此处不做过多赘述。

2.2 增加空腔净宽

空腔狭小是导致双面叠合空腔剪力墙混凝土浇筑难度大的最主要因素，若能适当增加空腔宽度，即可有效降低施工难度，但在不改变墙身总厚度的前提下，增加空腔厚度就需要降低内外叶板厚度。现场第一次实验制作5块叶板厚度为40mm的叠合空腔剪力墙进行模拟浇筑实验，振捣过程在预留线盒部位因应力集中超出叶板承载力而出现胀裂，确认了降低叶板厚度不具可行性，如图3所示。

图3 降低叶板厚度后混凝土浇捣造成叶板胀裂

2.3 调整空腔混凝土材料

因为自密实混凝土不需要振捣，具有施工速度快、浇筑密实性好等优势，成为双面叠合空腔剪力墙空腔混凝土浇筑最佳的材料，但也存在造价高、耐久性略差、容易产生不稳定的气泡等局限性，该研究旨在通过实验验证普通混凝土进行空腔浇筑的可行性，并力求寻找一种最经济适用的普通混凝土配比。

现场选用自密实混凝土、细石混凝土（粗骨料粒径≤15mm）、普通混凝土1（粗骨料粒径≤20mm）、普通混凝土2（粗骨料粒径≤30mm）等材料进行了局部空腔混凝土浇捣实验。每组实验各选取3堵结构形式一致的墙身进行浇筑，然后各钻取10个芯柱试件进行密实度和抗压强度合格率检测。

（1）实验一：采用坍落度为650mm、粗骨料粒径≤25mm的C30自密实混凝土，通过自卸料斗吊运的方式浇筑；

（2）实验二：采用坍落度为200mm±20mm、粗骨料粒径≤30mm的C30普通混凝土，通过自卸料斗吊运的方式浇筑；

（3）实验三：采用坍落度为200mm±20mm、粗骨料粒径≤20mm的C30普通混凝土，通过自卸料斗吊运的方式浇筑；

（4）实验四：采用坍落度为200mm±20mm、粗骨料粒径≤15mm的C30细石混凝土，通过自卸料斗吊运的方式浇筑；

（5）实验五：采用坍落度为220mm±20mm、粗骨料粒径≤20mm的C30普通混凝土，通过自卸料斗吊运的方式浇筑。

实验结果见表1。

表1 不同混凝土材料对空腔混凝土浇筑效果的影响

结果表明：从兼顾工程质量和施工成本的角度综合考虑，坍落度为200mm±20mm、粗骨料粒径≤20mm的普通混凝土可作为叠合空腔剪力墙空腔混凝土浇筑材料的最优选。

2.4 门窗洞口封边形式

传统双面叠合空腔剪力墙在门窗或其他预留洞口位置不进行封边，需要在现场采用木模或铝膜等形式进行封堵加固，然后再进行混凝土浇筑，如图4所示，此方案窗洞口侧边与模板均为硬材质，受生产偏差及表面粗糙度影响，很难做到完全不漏浆，成型效果很不理想。

图4 传统窗洞口不封边效果图

部分构件厂对此进行了优化处理，在构件生产过程中在门窗等洞口侧面增加50mm厚现浇混凝土环带，如图5所示，大大提高了成型效果，并减少了现场封模加固的工序。但此方案仍有其不足之处，受生产工艺限制，该环带是在内外叶板浇筑完成后进行单独浇筑的，需要在空腔内设置快易收口网拦截，实际生产时常出现因快易收口网松动造成环带胀模、进而造成环带超厚锚固钢筋无法按设计长度足量锚入的问题，同时，因环带封闭，现场无法进行窗洞口下部空腔混凝土振捣，易出现该区域混凝土浇筑不密实的情况，如图6所示。

图5 优化后窗洞口增加环带封边效果图

图6 窗洞口底部空腔混凝土不密实

为提高空腔混凝土密实度并保证窗洞口侧边混凝土成型质量，本研究改进了一种窗洞口侧边封模形式，在构件生产过程叶板混凝土浇筑前，在模态上固定一套标准化高周转的模板（铝合金模板、钢模板、塑料模板等），叶板混凝土浇筑后与封边模板紧密贴合，该工艺结合了前述窗洞口不封边和窗洞口增加环带封边两种方案的优势，有效提高了窗洞口侧边混凝土成型质量，减少了现场施工工序，在窗洞口底部模板中设置1块可拆卸的模板作为观察孔，如图7所示，该观察孔也可作为振捣孔甚至浇筑孔使用，可有效提高窗洞口底部窗台内混凝土浇筑密实度。

图7 窗洞口侧边自带标准化模板

2.5 混凝土输送方式

混凝土的输送浇筑方式一般分为泵送和非泵送两种，具体到高层单体施工，除底部非标准层可采用车载混凝土泵车浇筑外，上部楼层一般采用地面混凝土输送泵（作业面设置布料机配合）或塔式起重机吊运混凝土料斗两种方式，考虑到施工效率，更多地采用混凝土输送泵进行浇筑。

为最大限度地模拟混凝土输送方式对空腔混凝土浇筑的影响，现场选取局部双面叠合空腔剪力墙，采用普通混凝土（粗骨料粒径20mm、混凝土坍落度200mm±20mm），通过混凝土输送泵分别外接40m、60m混凝土输送泵管（以下简称泵管）进行浇筑试验。浇筑过程发现，当混凝土输送泵正常泵送混凝土时，因布料机出口混凝土流速太大而墙体空腔尺寸小，难以按照预期方案进行分层浇筑；一旦限制流速，两组对比，60m泵管输送时因泵管过长而混凝土流速过慢，导致泵管频繁堵塞。

试验得出结论：当采用普通混凝土浇筑双面叠合空腔剪力墙空腔混凝土时，输送距离小于40m时，可采用车载混凝土泵车或混凝土输送泵；当输送距离超过40m时，建议采用混凝土搅拌车自卸结合料斗吊运的方式进行浇筑，实际因空腔混凝土现场浇筑方量较少，调整浇筑方式对施工效率的影响较小。

2.6 混凝土分层厚度

传统现浇结构墙身模板不管采用木模、铝合金模板、塑料模板等，受限于模板尺寸，墙身或多或少均会有一些拼缝，该拼缝在混凝土浇筑过程中可作透气使用，通过振捣可有效降低墙身混凝土气泡的产生，但双面叠合空腔剪力墙叶板一般为整块混凝土板，自身透气性较差，一旦混凝土浇筑过快或分层厚度过大，仅通过振捣方式很难完全杜绝空腔混凝土产生气泡。现场选取局部墙体通过试验方式，验证了混凝土浇筑分层厚度对空腔混凝土密实度的影响，主要采用同一批普通混凝土（粗骨料粒径20mm、混凝土坍落度200mm±20mm）按照分层厚度为500mm、600mm、1000mm三种形式的浇筑试验，确保充分振捣，然后在墙身不同高度各进行6组钻芯取样观察，试验结果见表2。