装配式混凝土结构的施工现场连接技术研究

2024-05-21高华玲

中国建筑金属结构 2024年4期

高华玲

（山东省泰安市城市管理局建筑渣土和工地管理服务中心，山东泰安 271000）

0 引言

PC 结构作为一种先进的建筑方式，通过预制混凝土构件在施工现场进行拼装连接，具备提高建筑效率、减少施工噪音和粉尘、降低工程成本等优势。然而，该结构的关键在于精确且高效的连接技术，它直接关系到整体结构的安全稳定。唐天国[1]对装配式混凝土结构中的重要施工技术要点进行了研究，指出了连接技术在确保结构稳定性中的重要性。李定乾[2]针对装配式混凝土结构的施工现场连接技术与质量控制进行了深入分析，提出了提高连接效率的方法。王永锐[3]探讨了装配式混凝土建筑现浇连接部位的关键施工技术，对解决连接问题提供了新的思路。本文在此基础上，总结了定型化钢板连接技术在装配式混凝土结构中的应用现状和存在的问题，提出了创新的连接技术改进方案。

1 定型化钢板连接技术原理

定型化钢板施工技术是一种通过定型化钢板的连接方式，实现预制混凝土构件之间快速、高效连接的施工方法，其原理主要基于预应力混凝土技术和焊接技术，通过在预制混凝土构件的连接部位设置定型化钢板，利用预应力筋将钢板与混凝土有效连接，并通过焊接技术实现钢板的固定。墙体的厚度直接关系到建筑物的稳定性和安全性，过薄或过厚的墙体都可能引发严重的工程问题。过薄的墙体可能无法承受设计载荷，导致结构变形甚至垮塌；而过厚的墙体则可能导致材料浪费和施工成本的增加。在定型化钢板施工中，墙体厚度调控的主要方法是使用墙体厚度限位块。限位块是一种专门设计的装置，可以精确控制墙板的安装位置和厚度。通过合理设置限位块的尺寸和位置，可以在施工过程中实时监控墙体的厚度，及时调整，确保其符合设计要求。使用墙体厚度限位块调控墙厚的方法如下：首先，根据设计图纸和相关标准，确定墙体的厚度和所需的限位块尺寸。然后，在墙板的相应位置安装限位块，确保其稳定并能够承受施工过程中的压力和振动。在安装过程中，要时刻监测墙体的厚度，如果发现偏差，及时调整限位块的位置或更换合适的限位块。最后，在完成墙板安装后，进行全面的厚度检查，确保所有墙体的厚度都符合标准。通过使用墙体厚度限位块的方法，可以有效控制墙体的厚度，使其符合相关标准，如图1 所示。

图1 定型化钢板加固体系结构示意图

2 常见的装配式混凝土结构的施工技术

2.1 浆锚连接技术

浆锚连接是目前常用的一种连接方式，其工作原理是采用灌浆材料将各构件之间的钢筋相互搭接。在此基础上，合理选取钢筋长度，保证节点的整体受力。注浆锚杆受拉时，由于外部荷载增大，周边将出现径向裂缝，可通过对其进行约束，延缓裂缝发展速度，避免出现裂缝，并最大限度地发挥钢筋的力学性能。同时，对带浆锚热连筋而言，其搭接长度要根据地基锚固区的实际情况确定。在工程实践中，为确保灌浆锚的应用效果，应选取合适的锚固长度。

2.2 混凝土接合面连接技术

根据结构的受力情况，结构可以分为承载力的主要部分和次要的部分。一次受力叠合构件，即在整个施工阶段，支撑体承担全部垂直荷载，只有在其强度足够大的情况下，才能实现荷载分配。二次承载层压构件是指在浇注混凝土的过程中，首先对其进行自重和其他垂直荷载的作用，然后在达到一定的强度后，才能共同工作。为了加快施工速度，节省费用，现在广泛使用二次受力的层板。预制件通常都是在工厂内进行标准化的养护，只有当它的强度满足设计的需要时，才可以进行吊装。由于原材料不同，搅拌条件不同，龄期不同，养护条件不同，造成了新老混凝土之间的界面。

2.3 钢筋套筒灌浆连接技术

钢筋套筒灌浆连接创新性地提出基于新型筒管和无收缩灌浆材料新型补强技术，其优势在于可将新型筒管和无收缩灌浆材料复合，从而有效地解决了其竖向连接问题，达到了与现浇混凝土等效的设计原理。目前，对套管压浆连接的研究多侧重于接头的受力机理、接头受力性能以及各构件的抗震性能。在加载时，注浆材料与锚固件之间存在着相对位移，而纵筋则对浆液施加了径向压力，使注浆料环向伸展，阻止注浆料环向变形和裂缝的发展，在较小的锚固段范围内，提高钢筋承载能力。

套管注浆技术成熟可靠，适用范围广，可采用群灌工艺进行注浆，施工效率高，构件力学性能测试结果显示，其承载能力、刚度、耗能能力等指标基本接近于现浇混凝土，符合规范中装配式节点的设计要求，但仍然存在注浆料易受到环境温度影响，套管和灌浆料价格昂贵，预制件加工精度高，安装施工组织和管理要求高，灌注质量难以核实等问题。灌浆套管接头中钢筋搭接率高达100%，且钢套管抗侧刚度较大，易引起接头刚度突变，对其力学性能造成不利影响。为解决节点设置于板下而导致节点易形成弱连接的问题，可在受力最小处构造节点。

3 工程概述

本次研究选择了一个32 层的高层住宅工程作为研究对象，该工程采用了框架剪力墙结构，总长为104m。整个墙体中一共有3 处变形缝，每个缝宽为230mm。这些特点使得施工过程变得复杂且需要精细的规划。由于工程的特殊性，施工时面临着缺少作业面的难题，这为变形缝后浇段剪力墙外侧施工带来了较高的施工难度。为了克服这一缺陷，工程团队经过深入研究和实践，决定采用定型化钢板连接技术。这一技术的引入，不仅提高了施工效率，还极大地降低了施工难度。在具体实施过程中，工程团队在龙骨上设置了倒三角凹槽，如图2 所示，这一设计不仅增加了各预制构件间的连接长度，避免了漏浆问题的出现，而且提高了墙体的稳定性和安全性。

图2 定型化钢膜结构示意图

4 定型化钢板连接技术施工流程

4.1 施工准备

在开始施工之前，需要对所需材料进行采购，并确保其质量合格。同时，根据工程需求，准备好所需工具，如焊机、切割机、打磨机等。此外，还要对施工人员进行技术交底，确保他们了解施工工艺和安全操作规程。材料进场后，应进行验收，检查其规格、型号、数量等是否符合设计要求。同时，还要对材料的质量证明文件进行检查，确保其质量合格。对于不合格的材料，应及时进行处理，避免影响施工进度和质量。

4.2 加工制作

首先，要在离工地比较远的地方建造对应的钢板加工车间，既能避开工地噪声、灰尘等因素的干扰，又能确保作业的安全性。在加工车间，要有科学、合理的防火措施，避免加工车间发生火灾等危险，危及人身安全。在决定钢板的数目与尺寸时，应根据楼层标高、墙体的具体情况、变形缝的数目与尺寸等因素，综合考虑。在此基础上，计算出钢板的长、宽、厚及钢板用量。在生产钢板时，应先将螺母与主楞进行焊接，并进行紧固。为保证焊接质量，必须保证钢板与槽形预留孔的中心位置对齐，否则会影响到钢板的紧固效果。在钢板的安装过程中，需要遵循以下技术要求。首先要根据施工图纸和相关规范确定钢板的安装位置和标高。在安装过程中，需要采用合适的焊接工艺和材料，以保证钢板的稳定性和耐久性。同时，也需要考虑施工环境和气候条件对钢板安装的影响，例如温度和湿度等。在钢板安装完成后，需要进行质量检测和验收。质量检测主要包括外观检测、尺寸检测和承载力检测等方面。外观检测主要是检查钢板的平整度和焊缝质量；尺寸检测主要是测量钢板的长度、宽度和厚度；承载力检测主要是测试钢板在不同载荷下的表现。在验收过程中，还需要根据相关规范和标准对钢板的安装质量进行评估，以确保工程的安全性和可靠性。

在定型化钢板连接技术施工中，可以利用计算公式来控制钢板的尺寸精度和表面质量。尺寸精度是影响工程质量的关键因素。

（1）钢板长度

钢板长度（L）：

式中，a 为钢板单边切边长度，b 为钢板宽度，n 为所需长度模数（取值范围为50 ～1 000mm），C 为余量（一般取值50 ～100mm）。通过调整a、b、n 和C 的值，可以精确控制所需长度的钢板。

（2）钢板宽度

钢板宽度（W）：

式中，b 为钢板单边切边长度，M 为侧边余量（一般取值50 ～100mm）。这个公式用于计算钢板宽度，以确保宽度符合设计要求。钢板的表面质量直接影响其使用寿命和外观效果。

（3）钢板表面粗糙度

钢板表面粗糙度（Ra）：

式中，Wp 为砂轮粒度，d 为砂轮直径。通过调整砂轮粒度和砂轮直径，可以控制钢板表面的粗糙度，使其满足设计要求。

（4）钢板表面波纹度

钢板表面波纹度（Wv）：

式中，λ为波长，f为频率。这个公式用于计算钢板表面的波纹度，以评估其平整度和美观度。通过调整加工参数，如砂轮转速和进给速度，减小钢板表面的波纹度。

4.3 后浇段剪力墙钢筋验收

在进行后浇部分楼面混凝土浇筑时，表面振捣是必要的一道工序，通过振动棒的振动，有效地排除混凝土中的气泡，使其更加密实，提高结构的强度和耐久性。在此过程中，应特别注意振捣的均匀性和深度，避免出现混凝土离析的现象。完成混凝土振捣后，接下来需要进行养护工作。养护是混凝土硬化的关键过程，通过适当的养护，可以防止混凝土表面出现裂纹，并确保其达到设计强度。在养护时间超过14d 且强度满足标准后，施工人员可以稳定站立于楼面上，标志着可以进行下一阶段的施工。在楼面处铺设模板承重体系是接下来的重要步骤，模板承重体系是支撑新浇筑混凝土的临时结构，它的稳定性直接关系到施工安全和质量。在铺设模板承重体系时，应确保其与原有结构的连接稳固，并根据工程需要进行适当调整。钢筋的绑扎是另一个关键环节，在此基础上，提出了一种新的思路，即先进行预应力筋的绑扎，然后再对其进行加固。在绑扎时，要保证钢筋位置准确，间距一致，与模板牢固连接。在钢筋固定并通过验收后，方可开始浇筑内部模板[4]。

4.4 钢板吊装

吊装过程中，速度的控制至关重要，过快的速度可能导致钢板在空中摇摆，甚至掉落，从而引发安全事故。因此，操作人员必须保持平稳、缓慢的速度，确保每一步操作都精确无误。同时，钢板的放置方向和稳定性也是关键因素。在吊装过程中，钢板必须与地面保持垂直，不可出现偏斜或大幅度摆动的情况。这不仅关乎施工的精度，更直接影响到施工安全。在剪力墙内侧模板稳定后，才能进行吊装，这一步骤需要精确的测量和判断，以确保模板的稳定性。在实施过程中，使用起重机为主要工具，将钢板移动到预设位置，这个过程需要多人的协同操作，确保每一步都按照预定计划进行。当钢板被移到指定的位置时，下面要垫一块方形的木板，以免翻倒。钢板稳固后，才可进行下一步操作，即拆除吊钩，这个过程同样需要细致的操作，确保在吊装过程中不会出现任何遗留问题。

4.5 后浇段剪力墙混凝土浇筑

在开始浇筑前，应确保所有模板、支架、预埋件等都已按照设计要求安装完毕，并经过检验合格。模板应清洁、干燥，无油污或其他杂质。应检查定型化钢板的连接是否牢固，确保在浇筑过程中不会发生移位或变形。后浇段剪力墙混凝土应选择高强度、低收缩性的材料，以减少裂缝的产生。配合比应根据设计要求和相关规范进行确定，同时考虑工程实际情况和现场环境因素。在满足强度要求的同时，应尽量降低水灰比和水泥用量，以减少混凝土的收缩。浇筑前要保证模板表面湿润、无积水。可采用分层浇筑法，每层厚度不超过40cm，确保混凝土的密实度。浇筑过程中，为提高混凝土密实程度，无孔洞或蜂窝状结构，应使用振捣器对混凝土进行充分振捣。振捣时应避免过度振捣，以免引起混凝土离析；应随时检查定型化钢板的连接情况，如有松动或移位，应及时进行调整，确保混凝土不漏振、不跑模。浇筑完成后，应及时进行抹面和收光，使混凝土表面平整光滑。在初凝前，应进行二次抹面，以消除混凝土表面的气泡和裂纹。

4.6 后浇段剪力墙模板拆除

浇筑完成后应及时进行抹面和收光工作，使混凝土表面平整光滑。初凝前应进行二次抹面以消除表面气泡和裂纹。养护期间要保持混凝土表面湿润，可采用洒水、覆盖湿布等方法降低收缩率，养护时间一般不少于7d。在达到一定强度后，可进行拆模，拆模时应小心谨慎，避免损坏混凝土表面。拆模后应及时清理模板和支架，以便重复使用。对于剪力墙等重要部位，应进行必要的监测和记录，以便及时发现问题并进行处理。