預制裝配式混凝土結構關鍵問題研究

張凌云

(福州市建設工程質量監督站 福建福州 350000)

0 引言

2017年，我國政府出臺了《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見要求》，要求用10年左右時間，裝配式建筑占新建建筑比例達30%。與傳統建造方式相比，裝配式建筑的優勢集中體現在綠色環保、工期快、減少現場濕作業、減少現場勞動力等方面。但是，現階段裝配式混凝土建筑仍然處在起步階段，在預制、吊裝、質量控制以及成本控制方面仍存在較多問題影響著裝配式建筑的推廣使用，如裝配式建筑鋼筋套筒連接技術無法進行現場抽檢、吊裝過程中鋼筋碰撞問題、接縫防水問題、耐久性問題等[1-2]。

為此，本文主要從預制混凝土裝配式構件的預制、吊裝、成本控制3個方面進行分析，探討其存在的難點及難以大幅推廣應用原因，并提出相應的對策，為該形式建筑工程推廣運用提供參考。

1 混凝土裝配式結構施工流程

混凝土裝配式建筑在施工過程中需要分別經歷構件設計、預制廠生產運輸、吊裝、臨時支撐、連接、漏漿處理以及養護等過程，如圖1所示。

圖1 裝配式混凝土結構

2 預制階段存在問題

2.1 管線、預埋件堵塞、位置偏差

裝配式建筑進行構件和管線預埋施工時，容易出現預埋位置和設計要求位置不相同、管道線路堵塞甚至脫落及穿線操作無法正常進行等問題[1-2]，如圖2所示。其原因在鋪設過程中管線材料未能實現有效連接，振搗過程中一些混凝土材料會混入管內，從而使管道堵塞；其次在對構件定位不牢靠，在振搗過程中出現位置偏移甚至脫離的狀況。

圖2 管線位置偏差

2.2 尺寸偏差超出允許范圍

預制構件精度不夠、接縫不均勻也是預制構件存在主要問題之一。其主要原因是：一些預制構件廠鋼模板標準化程度不高、針對不同的預制構件需要重新調整鋼模板，導致一些尺寸調整不到位，引起尺寸偏差；其次就是拆分不詳細，導致構件拼接難，預制構件不好加工等。 如圖3所示。

圖3 尺寸偏差

2.3 疊合板預制部分出現微裂縫

疊合板預制部分的厚度一般在60mm厚左右，但面積和跨度相對較大，在預制、運輸過程及吊裝過程如果支撐位置或吊點位置不合理，容易產生開裂現象。如疊合板進行施工運輸安置過程中，會被多層疊加，如果支撐點不在一條線上，容易產生附加彎矩，此外，過多層的疊加，也容易導致板材之間出現不同程度擠壓甚至邊角脆裂現象，如圖4所示。

圖4 疊合板運輸疊放不合理

2.4 運輸及安置不當

運輸距離、運輸路徑和運輸時段對成本有顯著影響。同時，在預制構件運輸過程中，預制空調板、預制樓梯等構件的受力要求各不相同，在保護不力的情況下極易發生損壞，如圖5所示。此外，預制構件在施工現場被無序堆放延緩施工流程，也會影響實際施工組織流水正常進行。

圖5 運輸保護不力

3 施工吊裝存在的問題

3.1 構件吊裝效率低

目前，由于預制構件之間的連接，尤其是豎向構件，以鋼筋套筒連接的形式居多，預制構件外伸鋼筋與預埋套筒要求預制定位精準，否則吊裝過程很難安放到位[3]。例如，由于剪力墻的分布鋼筋數量較多，存在鋼筋與套筒難于準確定位、安裝的問題；在外掛墻板的吊裝過程中，外掛墻板單片面積大的特點，存在外掛墻板定位較難而且工人作業空間小的問題，也影響了工人的吊裝效率，如圖6所示；在疊合板吊裝過程中，存在疊合板外“伸胡子筋”與梁、柱、剪力墻鋼筋碰撞的問題，也使疊合板吊裝效率大大降低。

圖6 外掛墻板作業空間狹窄

3.2 構件臨時支撐較隨意、計算過程欠缺

構件吊裝之后，建筑結構尚未形成穩固的主體，需對構件進行支撐固定來保障建筑施工質量與安全性。但是，目前施工現場構件的臨時支撐與固定較隨意，如圖7所示，并且對臨時支撐缺乏設計驗算。

圖7 臨時支撐與固定

3.3 連接做法不合理

在預制裝配式混凝土建筑中，鋼筋套筒連接仍然是主要連接形式之一。然而，灌漿套筒連接施工中，由于采用通腔灌漿方式，同時為了方便工人操作，出漿口采用軟管形式接出，并集中到工人易操作的地方，但如果控制不當，容易出現過于集中而影響混凝土密實度情況。例如，在灌漿過程中存在鋼筋套筒灌漿口軟管連接段過于集中，如圖8所示。此外，柱子、剪力墻的鋼筋套筒灌漿過程，尤其是剪力墻需要進行分倉，目前一般采用水泥砂漿進行分倉和封倉，然而水泥砂漿的強度不夠可能導致爆倉現象，但是目前對于水泥砂漿的強度尚沒有要求具體的設計驗算過程。

圖8 灌漿孔軟管過于集中

4 現階段裝配式建筑工建安成本較高

4.1 附加措施引起成本增加

相對普通現澆混凝土結構，預制裝配式混凝土結構需要增加一些附加的措施，如鋼筋套筒、臨時支撐的預埋件、吊環等[4]。而且疊合板包含疊合層+現澆層，通常預制層60mm，疊合層80mm，總厚度在140mm左右，與傳統現澆的混凝土樓板(100mm～120mm)厚相比，所需混凝土用量大，而且增加桁架筋等配筋率也相對較大。再比如，考慮吊裝運輸中的不確定因素，預制墻體門窗洞口的附加鋼筋的配置也比現澆混凝土結構多。總體而言，裝配式混凝土結構為了運輸、吊裝的需要，往往要采用一些相應措施，而這些措施必然導致混凝土和鋼材的用量，即導致了成本的增加。

4.2 設計標準化程度低引起成本增加

首先，由于相應的設計方法、設計軟件尚未成熟，裝配式建筑的設計仍然采用“逆向”設計方法，即先按傳統的現澆混凝土結構設計方法進行設計， 然后再根據連接技術、預制運輸、吊裝等能力進行拆分設設計。不同的設計單位、設計人員，其拆分的原則不盡相同，導致后期預制、吊裝困難，甚至返工。

其次，目前裝配式建筑仍處于鼓勵推廣階段，大都僅是在裝配式建筑施工招投標中規定多少比例必須采用裝配式建筑的形式，而施工單位在中標結束后才介入裝配式建筑的拆分工作，施工單位技術水平參差不齊，要求也不盡相同，從一定程度上也影響了標準化設計的推廣。

最后，施工過程的設計變更、甚至是““邊決策、邊設計、邊修改”的模式在目前項目建設中也是常見的現象，大大影響了裝配式建筑設計標準的推廣運用。

4.3 上下游供應商資源不足引起成本增加

首先，預制構件及部品的生產商、有成熟經驗和技術能力的施工單位和有混凝土裝配式建筑全過程(含深化)設計經驗的設計單位都很少，生產能力也還不夠[5]。

其次，施工總承包單位也不具備預制構件生產和吊裝的能力、或者缺少相應的經驗。

5 改進建議

5.1 優化預制構件制作方案

(1)參建各方協同參與

在預制廠進行構件預制過程之前，設計單位、施工單位、預制廠應該統一協調，從設計構造措施、拆分受力合理性、現場塔吊吊裝能力、預制廠生產能力、運輸能力等進行協商，制定出一套合理的方案。

(2)加強運輸階段保護措施

預制構件從預制廠到現場拼裝，要經歷吊裝、堆放和運輸等一系列過程，各個環節都應該有明確的方案，如吊點、具體可操作的保護措施，如邊角的保護措施、吊點的標記要明顯，以防止工人隨意綁扎吊點。

5.2 完善吊裝質量控制體系

(1)細化各構件的吊裝方案

在預制裝配式構件吊裝之前，應當分別針對不同預制構件的特點和受力要求，制定吊裝、運輸、施工方案[6]。例如，針對外掛墻板、剪力墻、疊合板等特殊構件吊裝，施工方應對每一類構件分別設計一份詳細的計劃安排，尤其要突出各階段的技術要點。同時，吊裝吊具也應該根據預制構件的特色提前進行確定，應科學合理選擇起吊點，在吊裝之前對控制線進行標注。

(2)在施工過程要貫徹落實規范化的施工理念

在預制構件進行臨時支撐之前，需對臨時支撐進行設計計算，形成計算書并留存。在進行臨時支撐與固定的過程中，要有序化施工，使支撐與固定措施符合規范要求，從而提高裝配式建筑的整體質量。

加強鋼筋套筒連接的過程控制，對鋼筋灌漿套筒的施工應編制專項的施工方案，在灌漿過程應該有監理旁證，各套筒出漿飽滿方可塞孔，嚴格控制灌漿過程，同時有視頻和錄像記錄，做好記錄。

5.3 完善預制裝配式建筑成本控制體系

(1)設計階段成本控制

從建筑設計開始，在結構選型、平面布置等方面，融入裝配式標準化設計理念，在現階段尤其要盡量保證拆分構件的標準化程度。在后續逐漸走向正向設計階段，采用標準化試件進行設計，而是拆分設計[7-8]。

在設計階段，優化連接構造做法，盡量減少現場濕作業，盡量采用干式連接[9]。

(2)預制階段成本控制

在預制階段，鋼模的周轉使用尤為重要。鋼模板設計除了保證標準化之外，應具有可調整的范圍。

鋼筋綁扎等建議盡量采用機械化手段，如與BIM 技術結合，優化鋼筋下料方案、優化預埋件的安裝定位等。

(3)施工吊裝階段成本控制

合理選擇吊裝方案、吊裝順序，提高吊裝效率，降低施工成本。合理選擇施工機械，尤其是塔吊選型、位置布置等，盡量充分發揮塔吊的裝配式構件吊裝過程中的作用。合理安排進度計劃、工序交叉搭接等，減少窩工，降低人工成本[10]。

6 結語

預制裝配式混凝土結構在預制、施工階段的技術還存在一些不足，如預制精度不夠、預制構件運輸過程保護不夠、吊裝效率低、臨時固定措施不可靠、連接做法不合理、建安成本較高等問題。

針對存在的不足，提出了參建各方尤其是設計、施工和預制廠協調參與的建議，如提高裝配式建筑在拆分、吊裝上合理性等。

為確保工程質量，要力求細化吊裝方案，尤其是臨時支撐的設計、灌漿套筒的施工方案等。

基于現階段，預制混凝土結構的建安成本存在較高問題，本文從設計、預制、施工階段提出降低成本措施，如設計標準化、預制盡量機械化、優化吊裝順序等入手，盡可能的降低建安成本，可供借鑒參考。