裝配式混凝土建筑預(yù)制柱鋼筋精準(zhǔn)定位快速施工技術(shù)

雒加巖 楊保坤 王曉航

河南省第二建設(shè)集團(tuán)有限公司 河南 新鄉(xiāng) 451464

隨著裝配式建筑在各地逐步推廣和應(yīng)用，發(fā)展裝配式建筑已成必然趨勢(shì)。裝配整體式框架結(jié)構(gòu)具有構(gòu)件質(zhì)量好、節(jié)省工期和成本、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但是存在較多的連接節(jié)點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)件的連接質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)起到了至關(guān)重要的作用[1]。預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)受力鋼筋根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求，常采用套筒灌漿連接、機(jī)械連接、漿錨搭接連接、焊接連接、綁扎搭接連接等連接方式[2]，其中裝配整體式框架結(jié)構(gòu)房屋高度大于12 m或?qū)訑?shù)超過3層時(shí)，宜采用套筒灌漿連接。鋼筋的施工質(zhì)量以及鋼筋位置的精準(zhǔn)定位直接影響預(yù)制構(gòu)件的安裝進(jìn)度和結(jié)構(gòu)的安全[3]，尤其是預(yù)制柱、剪力墻等構(gòu)件采用灌漿套筒的施工工藝，對(duì)鋼筋的位置有很高的要求，不能超出允許的偏差范圍，鋼筋位置的偏差會(huì)導(dǎo)致灌漿套筒安裝難度增加以及上層預(yù)制柱安裝的失敗[4]。

傳統(tǒng)裝配式施工中通常采用開孔木模板來進(jìn)行鋼筋定位，木模板開孔精度差、強(qiáng)度低，使用和拆除過程中易出現(xiàn)破壞等情況，故不適合現(xiàn)場(chǎng)使用。也有采用雙層鋼板定位箱固定鋼筋，雖然提高了較長預(yù)留鋼筋的定位精度，但現(xiàn)場(chǎng)安裝與拆卸較為費(fèi)工且制作較為復(fù)雜，且對(duì)定位件的整體固定沒有說明，施工現(xiàn)場(chǎng)多是使用連接件與框架梁主筋焊接進(jìn)行固定，這樣不僅浪費(fèi)人力，還對(duì)主筋正常工作帶來影響。

針對(duì)以上存在的問題，依托新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)二期裝配式設(shè)計(jì)施工總承包（EPC）工程，開展裝配式建筑結(jié)構(gòu)預(yù)留鋼筋定位技術(shù)研究，提出一種適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的預(yù)制柱鋼筋精準(zhǔn)定位快速施工技術(shù)，并重點(diǎn)對(duì)施工工藝、操作要點(diǎn)以及應(yīng)用效果進(jìn)行闡述，通過提高鋼筋定位的精確度以及減小整體軸線偏差，從而提高施工質(zhì)量和加快施工進(jìn)度[5-7]。

1 工程概況

新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)二期工程是河南省首家裝配式工程總承包（EPC）項(xiàng)目（圖1），總建筑面積65 375.62 m2，包含6棟單體，其中5棟為學(xué)生公寓，裝配形式為預(yù)制裝配整體式框架剪力墻結(jié)構(gòu)，共6層，裝配率達(dá)到66%，另外1棟為裝配式鋼結(jié)構(gòu)。共3層，裝配率達(dá)76%。項(xiàng)目設(shè)計(jì)工期20 d，施工工期150 d。

圖1 新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)二期工程效果圖

宿舍樓主體結(jié)構(gòu)的裝配式構(gòu)件有預(yù)制柱、預(yù)制樓板、SPD板、預(yù)制樓梯、預(yù)制剪力墻、ALC墻板。其中豎向受力構(gòu)件預(yù)制柱的構(gòu)件數(shù)量為1 630個(gè)，預(yù)制柱縱向受力鋼筋連接方式為半灌漿套筒連接?？蚣芰阂约傲褐?jié)點(diǎn)為現(xiàn)澆混凝土連接。本工程預(yù)制柱數(shù)量多、截面大，豎向受力鋼筋多且直徑大，若在施工過程中下層柱鋼筋產(chǎn)生位移，由于鋼筋直徑大，很難進(jìn)行事后校正，造成上層柱無法順利對(duì)孔安裝的情況。給施工帶來不便，對(duì)工期和成本都會(huì)產(chǎn)生較大影響。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，開發(fā)出一種預(yù)制柱鋼筋精準(zhǔn)定位技術(shù)，針對(duì)每種預(yù)制柱的鋼筋型號(hào)以及鋼筋排布情況，加工一種鋼筋定位法蘭盤，在梁柱節(jié)點(diǎn)澆筑前使用定位法蘭盤對(duì)鋼筋相對(duì)位置以及柱的軸線位置進(jìn)行校正，并固定牢固。澆筑混凝土以后，將法蘭盤拆除，進(jìn)行上層預(yù)制柱的吊裝，這樣可一次性完成吊裝，減少不必要的返工，大大提高了預(yù)制柱的吊裝速度和準(zhǔn)確率，加快了施工速度，節(jié)省了工期。

2 深化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及難點(diǎn)

依據(jù)預(yù)制柱構(gòu)件深化圖，對(duì)法蘭盤進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)預(yù)制柱的鋼筋型號(hào)、間距、截面尺寸和所用灌漿套筒的技術(shù)參數(shù)確定法蘭盤的開孔尺寸和截面尺寸。以新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)二期工程預(yù)制柱相關(guān)信息為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，截面尺寸為600 mm×600 mm的柱子數(shù)量占比很大，能更好地發(fā)揮法蘭盤定位技術(shù)周轉(zhuǎn)的優(yōu)勢(shì)，選取5#宿舍樓2層YKZ3截面為600 mm×600 mm的預(yù)制柱為研究對(duì)象，預(yù)制柱深化信息如圖2所示。

圖2 預(yù)制柱深化信息

YKZ3縱向受力鋼筋為16根φ25 mm三級(jí)鋼。灌漿套筒如圖3所示。

圖3 灌漿套筒

對(duì)照不同灌漿套筒的相關(guān)參數(shù)可知，適用于φ25 mm鋼筋連接的灌漿套筒的內(nèi)徑為36 mm

因此，法蘭盤的鋼筋定位孔尺寸應(yīng)控制在25～36 mm之間?？紤]法蘭盤的周轉(zhuǎn)，法蘭盤的設(shè)計(jì)應(yīng)保證易安裝、易拆除，鋼筋定位孔應(yīng)選擇較大尺寸，同時(shí)考慮預(yù)留鋼筋承插部分的垂直度，控制承插長度內(nèi)垂直度在2 mm以內(nèi)。另外，考慮鋼筋的截面尺寸的偏差，將法蘭盤開孔尺寸確定為32 mm。法蘭盤技術(shù)參數(shù)及三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 法蘭盤技術(shù)參數(shù)及三維結(jié)構(gòu)

2.2 鋼筋定位法蘭盤的加工制作

鋼筋定位法蘭盤材料選用厚6～10 mm的鋼板邊角料，經(jīng)過焊接成形后，用數(shù)控沖床按照法蘭盤的技術(shù)參數(shù)和尺寸進(jìn)行加工。加工時(shí)應(yīng)注意先整體焊接，再行開孔，因?yàn)殇摪逶诤附又蠛缚p位置會(huì)產(chǎn)生收縮，造成整體尺寸和定位孔相對(duì)間距減小，造成誤差過大的情況。

選擇數(shù)控沖床進(jìn)行開孔，保證孔位間距誤差與孔徑大小偏差均控制在0.5 mm以內(nèi)，防止誤差累積，造成總體誤差過大的情況。

3 施工工藝流程及施工操作要點(diǎn)

3.1 預(yù)制柱鋼筋精準(zhǔn)定位施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→確定預(yù)制柱鋼筋位置及間距→鋼筋定位法蘭盤設(shè)計(jì)→定位法蘭盤加工制作→定位法蘭盤安裝→定位法蘭盤的位置調(diào)整→定位法蘭盤固定→混凝土澆筑→定位法蘭盤拆除清理→預(yù)制柱快速吊裝→預(yù)制柱整體檢驗(yàn)→定位法蘭盤周轉(zhuǎn)使用

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

組織相關(guān)人員進(jìn)行預(yù)制柱快速安裝施工方案的制定，對(duì)安裝過程中可能存在的問題進(jìn)行梳理并討論研究，包括細(xì)化安全質(zhì)量措施等要求。

3.2.2 確定預(yù)制柱鋼筋位置及間距

技術(shù)人員根據(jù)施工圖紙及現(xiàn)場(chǎng)放線信息保證所定位鋼筋間距和位置的準(zhǔn)確性。

3.2.3 法蘭盤設(shè)計(jì)

通過技術(shù)人員提供的參數(shù)信息，利用BIM三維可視化軟件對(duì)法蘭盤進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證法蘭盤開孔的尺寸和整體的軸線位置的準(zhǔn)確性。

3.2.4 法蘭盤加工制作

加工成形的法蘭盤標(biāo)準(zhǔn)，要做到法蘭盤現(xiàn)場(chǎng)快速安裝、方便拆除。對(duì)鋼筋定位孔徑的確定較為重要，法蘭盤加工時(shí)要控制孔徑的最小誤差≤0.5 mm。

3.2.5 法蘭盤安裝、微調(diào)和固定

將外露鋼筋接頭插在法蘭盤上，并根據(jù)柱的軸線位置對(duì)法蘭盤進(jìn)行整體固定，法蘭盤在預(yù)留鋼筋的固定位置要位于鋼筋截面中間，不能過上或者過下。法蘭盤整體位置控制要充分利用腳手架或者梁的主龍骨加固件，控制鋼筋的整體位置偏移，做到固定牢固，避免澆筑混凝土過程中出現(xiàn)偏移，保證上層預(yù)制柱的快速有效安裝。

1）在下層梁混凝土澆筑前，將控制點(diǎn)和縱橫控制線引至工作面，根據(jù)控制線定位出上層預(yù)制柱的位置，并在疊合板或者模板上標(biāo)記出上層預(yù)制柱偏移200 mm控制線，用于校正法蘭盤的整體位置。

2）對(duì)鋼筋進(jìn)行校正，按照對(duì)應(yīng)的預(yù)制柱縱向鋼筋位置布置圖調(diào)整預(yù)留鋼筋間距，注意鋼筋不得有較大的傾斜。

3）預(yù)留鋼筋調(diào)整完畢后，套上法蘭盤，法蘭盤應(yīng)處于鋼筋承插長度的中間位置，控制預(yù)留鋼筋的垂直度，之后對(duì)法蘭盤進(jìn)行校正，依據(jù)疊合板或者模板上的控制線進(jìn)行調(diào)整，軸線位置偏差控制在2 mm。

4）對(duì)法蘭盤進(jìn)行固定，將2根長1.5 m的腳手架鋼管固定于法蘭盤兩對(duì)邊的管箍上（見圖4），再使用其他合適長度的腳手架鋼管固定于框架梁模板的主龍骨上，使得法蘭盤和框架梁加固體系形成一個(gè)整體，防止混凝土澆筑或其他施工過程中對(duì)法蘭盤位置造成影響。

3.2.6 法蘭盤的拆除和周轉(zhuǎn)

完成混凝土澆筑后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求的30%即可先拆除法蘭盤固定架，最后使用錘子輕輕敲動(dòng)法蘭盤。法蘭盤拆除后，清除吊裝基層面的雜物和浮漿并鑿毛處理，清理預(yù)留鋼筋上的水泥漿，檢查鋼筋間距及位置，將法蘭盤表面和管箍表面混凝土余渣清理干凈后，即可重新使用。

3.2.7 預(yù)制柱快速吊裝

使用墊板找平、吊裝預(yù)制柱，在預(yù)制柱的吊裝過程中，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，只需要將預(yù)制柱4個(gè)角的套筒對(duì)準(zhǔn)4根預(yù)留角筋，柱子即可順利安裝就位，方便快捷，預(yù)制柱就位后安裝斜支撐，校正預(yù)制柱的垂直度。

3.2.8 預(yù)制柱整體檢驗(yàn)

預(yù)制柱吊裝完成后，在灌漿前，按照GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定對(duì)每個(gè)預(yù)制柱整體位置偏差進(jìn)行檢查。通過對(duì)所有預(yù)制柱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)整體最大偏差為8 mm，優(yōu)于要求的10 mm的規(guī)定，應(yīng)用效果良好。

4 效益分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，采用法蘭盤對(duì)鋼筋進(jìn)行精準(zhǔn)定位后，預(yù)制柱灌漿套筒與下層鋼筋位置準(zhǔn)確率達(dá)到99%以上，施工操作簡(jiǎn)單，平均7 min即可完成1根預(yù)制柱的吊裝，提高了預(yù)制柱吊裝的效率，加快了施工進(jìn)度，項(xiàng)目主體工期比預(yù)計(jì)提前了約20 d，吊裝人工費(fèi)的投入也大為減少，預(yù)制柱吊裝預(yù)計(jì)配備2個(gè)班組共16人進(jìn)行，實(shí)際使用1個(gè)班組即可滿足現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度需要。

通過工程的實(shí)際應(yīng)用，該項(xiàng)目為工程總承包（EPC）項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)階段就已考慮標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，做到節(jié)點(diǎn)種類少，構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，極大地減少了鋼筋定位法蘭盤的型號(hào)和種類，使所加工的法蘭盤能夠充分得到周轉(zhuǎn)使用，減少了加工量和投入，取得良好的效果。

5 結(jié)語

鋼筋定位法蘭盤安裝方便、快速，可拆卸重復(fù)使用，綠色節(jié)能效果好，通過法蘭盤定位孔對(duì)預(yù)留鋼筋位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，保證了灌漿套筒和預(yù)留鋼筋位置的精確對(duì)準(zhǔn)，使預(yù)制柱可以一次性吊裝成功，解決了預(yù)制柱鋼筋精準(zhǔn)定位快速吊裝施工的問題。在加快施工效率的同時(shí)，提高了灌漿套筒鋼筋連接的質(zhì)量，降低了人工成本，經(jīng)濟(jì)效益良好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。