裝配式混凝土預制柱工法研究

牛小平，趙志紅

(山西省安裝集團股份有限公司，山西 太原 030032)

1 概述

山西省安裝集團股份有限公司從2018 年以來開始參與建設山西建筑產業現代化園區，當年完成了晉東南園區和晉中園區的PC 工廠建設，并全部投產，自此開始了PC 構件產品的研究和生產實踐。山西建筑產業現代化晉中園區的綜合服務區辦公樓裝配式建筑，由該公司負責總承包建設，A 棟為裝配整體式混凝土框架結構，裝配式混凝土構件在晉中園區PC 工廠生產。框架柱作為該棟辦公樓的豎向承重構件，公司對其預制生產質量非常重視，重點開展了裝配式混凝土預制柱工法的研究。

2 工法原理

混凝土預制柱面臨的技術問題是如何工廠化生產，從工藝、生產等角度綜合考慮，該工法可以有效地解決工廠化生產中的難點。預制柱作為裝配式建筑框架結構主要的結構構件，對截面尺寸、配筋、連接節點都有嚴格的要求，工廠加工構件的精確度和質量直接影響到現場安裝施工(如圖1 所示) 。使用定型鋼模具作為預制柱模板，可以很好的控制預制柱構件截面尺寸偏差到毫米級，對于預制柱的平整度、垂直度及灌漿套筒的定位也可以精準控制，同時對于每一根主筋伸出的位置也非常準確，極大的提高了預制柱的成型質量與外觀效果; 伸出主筋和全灌漿套筒作為預制柱豎向連接物，其位置及間距的精準度直接影響到與上層建筑連接是否可以達到設計和標準要求，所以針對預制柱伸出筋位置，對模具的開孔和灌漿套筒的定位有嚴格的要求; 節點連接是施工控制中的重中之重，也是裝配式混凝土預制柱工法研究的核心。

圖1 預制柱安裝現場圖

3 生產工藝要點

3．1 工藝流程

工藝流程: 構件深化→模具設計→預制前準備→構件制作→質量控制[1]。

3．2 構件深化

1) 預制柱構件深化設計流程: 結構施工圖設計→預制構件拆分方案設計→預制構件深化圖→預制構件綜合加工圖。2) 預制柱構件深化設計基本要求: a． 預制柱在單體建筑中規格少，同類型構件的模具可以重復使用;b．預制柱深化設計(如圖2 所示) 應綜合考慮對裝配式施工安裝調節和施工偏差配合的要求; c． 預制柱水平接縫處不宜出現全截面受拉應力; d． 預制柱高度尺寸按照建筑層高確定，截面尺寸按柱表尺寸確定。

圖2 預制柱深化設計

3．3 模具設計

1) 按照預制柱設計圖紙對模具四邊設計邊模，并對邊模的平整度、相互間的垂直度嚴格要求。

2)根據預制柱伸出筋的位置、大小、間距以及吊環位置、大小，對頂模設計開圓孔或者槽孔，嚴格按照圖紙設計;要求孔徑為伸出筋直徑+4 mm，槽口為吊環邊緣+2 mm。

3) 根據預制柱底面灌漿套筒的位置，間距，對底模設計開孔，孔徑為柱灌漿套筒固定螺栓直徑+4 mm，位置間距為±2 mm。

4) 參考構件重量對模具底模設計，模具側邊模與底模設計成合頁式結構(如圖3 所示) ，用于提高模具的使用效率，加強模具的整體性，同時減少制作過程中工人的吊裝次數，對安全問題加以預防。

圖3 裝配式 混凝土預制柱合頁式模具

3．4 預制前準備

1) 鋼筋籠規格、尺寸、形狀、箍筋數量等符合圖紙要求(如圖4 所示) ，鋼筋與灌漿套筒預埋符合規范要求JGJ 355—2015 鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程。

圖4 裝配式 混凝土預制柱鋼筋安裝

2) 灌漿套筒進場時應對其進行接頭型式檢驗，確定見證人員和取樣人員，送至第三方有資質機構進行檢驗，并出具檢驗報告。第三方資質機構對灌漿套筒外觀、外形尺寸進行核查;對鋼筋原材拉伸性能、對中單向拉伸性能、偏置單向拉伸性能、大變形反復拉壓性能試驗，檢測其性能是否符合要求(注:因需國檢型式檢驗，故灌漿套筒、相匹配的灌漿料等材料及鋼筋套筒連接接頭需提前一個月送檢) 。

3) 灌漿料必須與灌漿套筒匹配，且配比及使用應符合規范JG/T 408—2019 鋼筋連接套筒用灌漿料，必須保證進、出漿口、排氣孔通暢，無異物。且對首次施工，宜選擇有代表性的部位進行試制作、試安裝、試灌漿; 灌漿料進場時應對其進行型式檢驗，由第三方有資質機構進行檢驗，并出具檢驗報告，檢驗其流動度、豎向膨脹率、抗壓強度、氯離子含量等(注:待檢驗全部合格后，方可進入構件預制工序)[2]。

3．5 構件制作

1) 模具內部必須平整、光潔，將脫模劑用海綿刷先涂邊模，再涂底模和端模，涂抹時手勢一致，且不可有積液。

2) 灌漿套筒定位安裝: 灌漿套筒定位座安裝在底模對應孔位，定位橡膠安裝在底模內側，螺栓在外側。套筒與定位橡膠連接，精確定位套筒位置。

3) 灌漿套筒進出漿口:預制柱四面灌漿套筒進出口，上下面灌漿套筒進出口引出套管，在上面統一進出漿，左右套筒在側模定為開洞，引出套管進出漿料。

4) 確定加工構件尺寸規格與圖紙一致，檢查上邊模外端的箍筋長度是否滿足圖紙要求; 連接點處鋼筋是否全部綁扎;檢查鋼筋是否有位移; 注意邊模與底模黏合處，其縫隙的結構膠是否均勻涂抹，鋼筋不可有大面積的腐蝕和銹斑。

5) 當構件截面尺寸大于500 mm×500 mm，制作時采用分層連續澆筑(如圖5 所示) 、振搗，間歇時間不超過混凝土初凝時間(混凝土非流動、未初凝) ，每次澆筑400 mm，總數不超過3 次; 澆筑時間間隔以溫度為主，5 ℃～15 ℃，間隔1 h 左右，15 ℃以上，間隔0．5 h 左右;澆筑時分層下料，每層厚度為振動棒有效振動長度;經常觀察模板、鋼筋、螺栓、預埋預留等有無移動情況。采用插入式振搗器，插入的間距不大于振搗器作用部分長度的1．25 倍，振動棒插入間距500 mm ～700 mm，不可漏振;振搗棒插入下層3 cm ～5 cm。盡量避免碰撞預埋件、預埋螺栓，放置預埋件位移。最后用抹子壓光抹平，在初凝前二次收面閉合收縮裂縫。

圖5 裝配式預制柱混凝土分層澆筑

3．6 材料要求

為達到預制柱的各項指標，對材料有如下要求:1) 符合設計要求的構件模具;2) 符合設計要求的灌漿套筒以及與之配套的灌漿料;3) 符合構件要求的鋼筋、混凝土等原材。

3．7 質量控制

1) 已完成澆筑、振搗、找平的預制柱，進行蒸汽養護，且養護時間不得低于8 h; 滿足養護時間后即可拆卸邊模，后續仍需覆膜和澆水且進行常規養護，常規保濕養護不得少于7 d。

2) 預制柱蒸汽養護結束后即可拆除兩側和端部模板，在同條件混凝土試塊強度達到設計強度75%以上方可拆除底模和起吊轉運至堆場，待同條件混凝土試塊強度達到設計強度以上時方可按規定程序出廠。

3) 按型號分類，平鋪存放，間距保持一致，到堆場后，覆膜、蓋棉、灑水養護，灑水間隔為2 h/次，作業面積為100%。

3．8 效益分析

效益分析見表1。

表1 技術經濟效益分析表

預制柱模具設計及生產應用是針對混凝土預制柱生產制作的工藝方法，相對于傳統的現場制作，精簡了加工工藝，提高了加工效率和加工精度，確保了預制柱成型質量(如圖6 所示) ，杜絕了機械傷害的發生，極大減少了后期整改費用，受到了建設單位、監理單位、施工單位及同行的一致好評[3]。

圖6 預制柱成型效果

3．9 應用實例

1) 應用實例一:山西建筑產業現代化晉中園區二期4 號綜合樓A 樓為裝配式建筑框架結構，地下1 層、地上9 層，地上建筑面積12 650 m2，其中設計2 層～9 層采用預制柱，其規格種類為25 種，總數為144 根，總量約為390 m3(如圖7 所示) 。

圖7 裝配式建筑框架結構應用實例一

2) 應用實例二:山西建投晉南建筑產業有限公司辦公樓裝配式框架結構，總建筑面積13 042．79 m2，2 層～4 層裝配整體式框架結構應用預制柱94 根，該預制柱通過工廠深化設計，采用定制鋼模生產(如圖8 所示)[4]。

圖8 裝配式混凝土預制柱應用實例二

4 結語

裝配式建筑框架結構預制柱的現場安裝質量是工程的重點也是難點，而安裝的難易很大程度上取決于預制柱成型質量，預制柱外伸鋼筋位置的準確性，預制柱灌漿套筒位置的準確性，故而裝配式混凝土預制柱工廠化生產的工法研究非常必要，對于工法應用的可靠性驗證也很關鍵，公司在這方面做的一些工作和形成的經驗成果，必將有益于行業的進步，有助于推動裝配式建筑的發展。