近年来, 我国建筑工业化进入了一个快速发展时期, 装配式建筑具有设计标准化、构配件生产工业化、施工机械化、管理现代化的特征, 符合时代发展的需求。

装配式混凝土结构根据构件之间连接方式的不同可以可分为装配整体式结构和全装配式结构。其中, 装配整体式混凝土结构是国内常用的装配式混凝土结构, 具有构件质量大、湿作业少、节省劳动力、节省模板的优点, 但是其需要进行钢筋对接以及混凝土后浇, 现场干湿工艺复杂。而国外应用较多的则是全装配式结构, 全装配式结构主要采用的是干式连接的安装方式, 其主要通过螺栓连接和焊接的方式实现构件连接, 施工工艺简单, 施工效率高, 更加符合工业化建筑绿色施工的理念。

目前, 我国对装配整体式结构已取得了一定的安装经验。张鹏介绍了一种工具式吊装系统在装配式剪力墙结构中的应用, 其实现了采用统一的工具式吊梁对不同类型、规格的预制构件的多点吊装;杨海文介绍了一种采用多功能钢梁平衡调运技术、可调节斜撑矫正技术、墙板套筒灌浆逆向充填操作工艺、机械式承重托座应用技术的装配式剪力墙结构的安装工艺, 为实现上、下墙板的高效准确连接, 采用了一种专用钢筋定位卡具;王小男对一种预制混凝土叠合墙板的安装工艺进行了阐述, 其在底板安置木方以准确定位墙板, 并使用塑料垫块以调整墙板标高;张晓勇详述了装配式混凝土框架结构中承台、柱、梁、叠合板、自保温墙等预制构件的制作与安装, 通过采用柱底的可调螺栓, 实现柱的垂直度调节;雷克、胡会军对预制混凝土墙板的堆放、吊装、支撑安装、构件位置偏差的矫正等环节进行了比较详细的介绍, 其使用了定位销以实现墙板的快速定位, 并采用了可调式斜撑杆作为稳固和调节装置, 其中预制墙板与现浇楼板都需要预埋螺栓连接件以便于与斜撑杆的连接。

而对于采用干式连接安装方式的全装配式结构, 我国现阶段的研究仍主要集中于节点构造的实现上, 对实际工程的安装问题尚缺少研究, 工程应用方面, 也常因构件安装经验不足而出现安装质量问题。虽然美国已经拥有较成熟的设计和施工技术, 很多地方值得我们借鉴, 但是, 其干式连接构造对我国并不完全适用。例如, 美国装配式停车楼结构中双T板楼板之间往往仅通过连接件将其连为整体, 而我国装配式停车楼结构中, 为了增强结构整体性, 还需要在双T板楼板上后浇混凝土面层, 如果安装精度不够, 双T板间存在较大缝隙, 可能会造成漏浆, 影响工程质量。因而, 对于干式连接装配式混凝土结构的安装问题还需根据实际工程具体对待。

周光毅等已对我国某干式连接装配式停车楼工程的吊装施工技术进行了详述。本文将基于该工程, 把重心进一步聚焦于构件的安装方面, 对构件的定位安装工艺以及关键技术进行介绍, 并对安装过程中常见的问题进行分析和处理。

某装配式停车楼结构 (见图1) 采用了大型双T板-框架剪力墙的结构体系, 预制率达90%以上, 宽度为103.975m, 长度为132.40m, 地上7层, 局部地下1层, 建筑高度为24.00m。结构采用了预应力双T板作为主要水平承重构件, 双T板上有80mm厚现浇混凝土面层。

如图2所示, 工程中需要定位安装的构件分别为: (1) 竖向构件, 包括墙、柱; (2) 水平构件, 包括楼面梁、倒T梁、双T板或单T板、楼梯等。

该工程摒弃了传统后浇混凝土的湿式连接方式, 除竖向构件柱、剪力墙采用灌浆套筒连接方式以外, 其余节点均采用螺栓连接或焊接的干式连接方式 (见图3) , 这极大地减少了模板支设、混凝土浇筑及养护的工作量, 提高了施工效率, 降低了成本。

工程中涉及干式连接安装方式的包含了楼板、剪力墙、梁、柱、楼梯等几乎所有构件, 虽然预制构件本身的精度很高, 能达到mm级, 但是, 构件之间难免存在安装误差, 此误差会随着构件个数的增加逐渐积累, 若此误差值积累过大, 将导致装配式结构的精度优势无法得以充分发挥, 这不仅影响结构外观质量, 还会导致连接处产生安装应力, 严重时甚至影响结构安全。因此, 需要对干式连接结构中的定位安装提出更高要求。

如图4所示, 构件的安装顺序为:先安装墙、柱, 然后安装倒T梁、楼面梁, 接着安装双T板、单T板。为了便于吊装作业, 采用了递推阶梯式安装方式, 即在1层、2~3层、4~5层、6~7层处分别形成阶梯式的安装单元, 各安装单元交替吊装。为提高施工效率, 在吊装间隙进行灌浆施工, 以避免工程建设因灌浆施工而产生间歇。图5为递推阶梯式安装的现场照片。

所有构件的安装流程可分为准备、定位、安装校准3个阶段。准备阶段需要根据具体构件在接触面或构件上弹设中线、边线、标高控制线等;定位阶段需要选择合适的垫块对构件的标高进行控制, 竖向构件还需加以临时稳固措施;安装校准阶段需要准确调整构件标高和垂直度, 并将连接件进行连接或焊接, 对于安装完成后出现偏差的构件还需采取必要的矫正措施。

竖向构件的临时稳固是影响工程进度、施工安全以及施工质量的重要环节。本工程竖向构件较高, 根据这一特点, 墙板、柱采用钢丝缆风绳进行临时稳固和墙板垂直度调整, 同时采用长度可调的斜撑杆作为墙板的辅助稳固措施 (见图6) 。其中, 钢丝缆风绳中部适当位置采用倒链连接, 以便于张紧操作。钢丝缆风绳一端的锚固点取在墙板或柱的顶部吊点上, 另一端的锚固点取在地面预埋件或下层双T板的吊环上, 而斜撑杆则依靠双面夹板在墙板上固定, 这种临时稳固措施高效、方便, 且无需在预制墙板上额外加设临时锚固点。

1) 准备阶段需在安装接触面处弹设轴线控制线、构件边线、构件2个方向中心线, 并在预制构件上最少3面弹设中线、标高控制线。其中, 轴线控制线用于安装完成后复核轴线偏差, 构件边线用于校准构件安装时底部位置, 构件中心线用于安装完成后查验中心偏移, 标高控制线用于构件标高的校核。

2) 定位阶段先测量安装接触面标高, 在构件底部按控制标高放置适当厚度的非标准硬垫块, 并按照设计要求进行垫块顶部标高的校正, 然后固定垫块, 通过这一方式对标高进行控制。安装底层墙、柱时, 将预制构件与接触面边线缓缓对正, 然后放置构件, 再通过钢丝缆风绳进行临时稳固;安装上层墙板时, 下层墙板的顶角处已事先安装好限位夹具 (见图7) , 吊装上层墙板时要通过限位夹具进行水平限位, 待构件落稳后再用钢丝缆风绳进行临时稳固。限位夹具对上层墙板的安装可以起到很好的定位效果, 利用限位夹具可以使得墙板底边在面外方向自动对齐, 同时也可以防止进行垂直度调整时墙板底边发生错动, 因而很大程度上降低了安装难度, 提高了安装精度。

3) 安装校准阶段中先用钢丝缆风绳进行构件垂直度调整, 过程中通过2台经纬仪对构件的2个互相垂直的侧面进行全方位、远距离的垂直度控制, 垂直度调整完后用1台水准仪校核构件标高, 如果标高有偏差, 则需重复矫正垂直度和标高, 直到符合要求后, 安装斜撑杆进行稳固, 之后再进行套筒灌浆。

此外, 对于斜撑杆的安装, 还需处理一种特殊情况:由于本工程的单块墙板大多具有2层牛腿, 且每层牛腿上都要架设双T板, 然而牛腿高度因建筑要求并不完全一致, 一些墙板的下侧牛腿高度过低, 可能没有达到斜撑杆的支撑高度要求, 因而无法安装斜撑杆。

为了解决这一问题, 需对该类墙板的临时辅助稳固措施进行改进。当下侧牛腿距离墙底<1.5m时, 在墙体吊装、垂直度调整、钢丝缆风绳临时稳固之后, 暂且不安装斜撑杆, 而是先安装下侧牛腿上的双T板, 然后以该双T板为支撑平台, 再进行斜撑杆安装, 即将“三角形”辅助稳固体系从墙的下端移到上端 (见图8) 。

墙板安装完成后, 可能会出现一侧的边缘能与相邻墙板对齐, 而另一侧则明显不齐的现象, 即发生了墙板变形。

墙板安装时, 墙板垂直度的校正只能保证墙面某点的垂直度达到要求, 很难确保整个墙面各点垂直度的准确, 因而墙板变形问题在安装校核过程中被掩盖了。工程中发现, 造成墙板变形的原因主要有3点: (1) 预制厂在生产墙板时由于底模变形导致一侧不平或灌浆套筒模具整体扭曲; (2) 墙板进行临时稳固时, 钢丝缆风绳在2个不同吊点处拉设, 导致墙板受扭; (3) 存在测量死角, 无法精确校验墙板垂直度。

根据上述导致墙板变形问题的原因, 应采取以下应对措施: (1) 预制构件生产厂应进行胎模和套筒模具的校正; (2) 施工现场的钢丝缆风绳需统一采用一点拉设方式; (3) 对于测量死角区域, 可用1块直钢板放置于安装完成的相邻墙面来进行定位测量。

对于仍有偏差的墙板, 可根据扭曲方向用钢丝缆风绳在不同的墙板吊点处进行反向拉设, 然后进行微调。

在双T板安装完成后的墙板垂直度复核过程中发现, 原本安装时无垂直度偏差的墙板在双T板安装完成后普遍出现了较大的垂直度偏差, 对于部分墙板, 甚至超出规范的允许范围。

造成双T板安装完成后墙板垂直度再度出现偏差的原因有4点: (1) 双T板安装完成后墙板偏心受力, 这是导致墙板垂直度偏差的最主要原因, 虽然双T板自重荷载造成的墙板变形已在结构设计中考虑过了, 但施工时, 该墙板的上端处于自由状态, 还未与上层墙板形成固接, 因而此时的墙板垂直度偏差超过了结构设计的预期结果, 所以需要采取措施对此时的垂直度偏差予以减弱或消除; (2) 由于墙板高度较高 (6.4m) , 安装后若仅用钢丝缆风绳进行临时稳固, 则会使得墙板平面外的侧向刚度不足; (3) 灌浆强度未达到要求或套筒内钢筋拉拔强度未达到母材强度, 导致在墙板水平拼缝处发生较大变形; (4) 双T板安装完成后未与墙板构件进行有效连接, 两者受到外界干扰作用 (如施工过程中的构件振动) 而缓慢发生错动。

根据上述导致墙板垂直度问题的原因, 应采取以下应对措施: (1) 安装墙板时, 在规范偏差允许范围内对墙板进行少量的反向偏移处理; (2) 墙板须采用斜撑杆进行辅助稳固, 安装完成后, 墙板之间的连接件应立即进行连接或焊接; (3) 墙板临时支撑的拆除及上部构件的施工需在灌浆强度满足要求时进行; (4) 双T板安装时单独1跨不超过1层, 且在双T板吊装完成后立刻进行连接件的焊接。

1) 准备阶段中, 因为构件设计时, 倒T梁、楼面梁与竖向构件的构造边缘本身是对齐的, 因而只需在梁支座和竖向构件的牛腿支座弹设中线, 以此复核构件中心偏移。

2) 定位阶段中, 直接在竖向构件的牛腿支座上放置标准垫块。由于本工程墙、柱、倒T梁、楼面梁等构件的尺寸精度很高, 且垫块为标准垫块, 故不需进行标高控制。当然, 如果工程中构件尺寸制作不够精准, 则应先进行标高校准, 然后确认垫块厚度。固定垫块后, 将梁支座的中线及边缘与竖向构件的牛腿支座对齐, 然后放置构件。

3) 安装校准阶段中, 调整梁上部, 使得梁顶部边缘与竖向构件边缘对齐, 调整完成之后进行固定与安装。

在外墙楼面梁上安装完双T板后, 会出现楼面梁倾斜的现象, 这主要是由于楼面梁偏心受力造成的。

对于此类问题应根据不同情况采取相应措施: (1) 当楼面梁的支座墙上已搭设有完整的双T板时, 以此双T板为安装平台, 先安装该支座墙的上层墙体并进行套筒灌浆, 待灌浆强度达到要求时, 再安装楼面梁, 并对楼面梁与上层墙体的连接件进行连接, 之后再在楼面梁上安装双T板; (2) 当楼面梁支座墙体不具备上层墙体安装条件时, 应在规范允许范围内将楼面梁反方向倾斜安装, 并在背面用钢丝缆风绳反向拉设, 然后安装楼面梁的双T板 (双T板与楼面梁之间先不进行连接, 其余连接件需连接牢固) , 之后以该双T板为安装平台, 对支座墙的上层墙体进行安装, 待灌浆强度达到要求后, 用千斤顶在楼面梁上方缓慢施力, 直到楼面梁回归正位, 最后再将剩余连接件进行连接或焊接。

准备阶段中, 在墙、柱、楼面梁、倒T梁上的牛腿支座处弹设双T板、单T板肋梁的边线, 仅通过该边线进行位置控制。

定位阶段中, 先测量支座牛腿面的标高, 以此来确定需要放置的垫块高度, 然后放置并固定垫块。将构件缓缓下落, 使肋梁边缘与牛腿支座处弹设的边线对齐, 然后放置构件。

安装校准阶段中, 由于需后浇混凝土, 板的上表面进行了粗糙化处理, 其标高及位置不易控制, 因此仅校准板的下表面位置。构件落稳后, 检查板端部的下表面与相邻板面是否有明显高差, 如果存在, 则需要调整, 调整后, 完成双T板、单T板在端部的连接件安装。接着检查板的跨中下表面与相邻板面是否有明显高差, 如果存在, 则矫正后再进行板的中部连接件安装。由于双T板上还要后浇80mm厚现浇层, 为了防止出现漏浆现象, 可在双T板的细小缝隙处采用发泡PE棒封堵, 如果缝隙较大, 则可在板底设置木模板将缝隙挡住。

双T板安装时, 相邻双T板在板端部先进行了调整对齐, 然而在板面跨中却存在高差, 这一现象是由相邻双T板起拱不一致导致的, 这在一定程度上影响了相邻双T板间连接件的焊接。

引起相邻双T板起拱不一致的主要原因包括: (1) 预应力双T板的钢绞线放张时间不一致, 预应力损失存在偏差; (2) 双T板在现场堆放时间不一致, 混凝土徐变程度不同, 其中堆放时间长的起拱较大; (3) 混凝土选用不同商业混凝土搅拌站生产, 弹性模量存在偏差。

对于此类问题, 可通过如下措施进行简单处理:在双T板中部放置一定量重物, 对其进行施压, 使其产生形变, 待跨中的板面高差减小到允许范围之内时再将双T板间的连接件连接, 然后卸载重物。

楼梯间和电梯井安装的重点是构件的安装顺序和楼梯的标高校准。

安装楼梯间和电梯井时, 各位置的墙板需要考虑合理的安装顺序, 如果安装顺序不合理, 可能导致安装主要承重构件时施工操作困难。如图9~图10所示, 楼梯间应先安装支座墙, 再安装楼梯, 最后安装其余墙;电梯井应在双T板的支座墙以及外墙安装完成后, 再安装电梯井隔墙。

安装楼梯时, 应先对楼梯支座面标高进行校准, 根据其标高偏差用垫块进行调整, 构件放置后需对其表面标高进行复核, 确认无误后再进行连接件的焊接。

1) 本文基于某装配式混凝土停车楼结构的实际工程, 对预制墙、柱、梁、楼面梁、双T板、单T板等构件及楼梯间、电梯井的干式连接安装方式的关键技术进行了阐述。干式连接安装过程中, 可采用硬垫块对构件进行标高控制;竖向构件宜采用钢丝缆风绳进行临时稳固和垂直度调整, 并采用可调式斜撑杆进行辅助稳固以提高侧向刚度;墙板安装时可采用限位夹具, 以提高定位效率, 降低安装难度;楼面梁、倒T梁安装时, 可采用标准垫块, 当构件尺寸精度很高的条件下可不必进行标高控制;双T板、单T板安装时需对板面高差进行调整, 安装后可在缝隙处采用发泡PE棒封堵或板底设置木模板以防止浇筑混凝土面层时出现漏浆现象;楼梯间和电梯井安装时需按照合理的构件安装顺序进行。

2) 本文对墙板扭曲、双T板安装完成后墙板垂直度再度出现偏差、楼面梁倾斜、相邻双T板板面存在高差等常见安装问题, 主要采用了缆风绳反向调整、墙板反向偏移处理、楼面梁安装顺序滞后、双T板搁置重物调整起拱等措施进行处理, 并针对引起这些问题的其他次要原因给出了相应处理措施。

3) 工程实践表明, 若具备合理的安装顺序、恰当的调整和校核方法、合适的稳固方案以及有效的问题处理措施, 干式连接将最大程度地发挥装配式结构高效低成本的建造优势。