采用套筒灌漿連接的預制豎向構件安裝精度提高措施

吳自全

深圳市鵬城建筑集團有限公司 廣東 深圳 518040

1 預制構件安裝現(xiàn)狀

裝配式建筑在經歷過前幾年的政策鋪墊之后，自2020年以來，國內各大省市陸續(xù)加大了裝配式建筑的推進步伐，裝配式建筑正處在快速發(fā)展階段，因此需要有可靠的技術支撐[1-7]。

目前，行業(yè)內普遍存在豎向預制構件安裝精度差的問題，特別是構件連接處，經常出現(xiàn)錯臺或縫隙過大等缺陷（圖1、圖2），觀感質量較差，很難達到免抹灰的精度要求。另外，還存在鋼筋偏位處理不規(guī)范的問題，甚至出現(xiàn)工人直接切割掉偏位較大的連接鋼筋以保證構件安裝的情況，對結構受力造成嚴重影響（圖3、圖4）。

圖1 外墻豎向構件間錯臺

圖2 縫隙寬度不均勻

圖3 鋼筋偏位的調整

圖4 鋼筋超高現(xiàn)場切割

針對裝配式建筑預制構件安裝時存在的上述問題，本文通過理論分析，找出關鍵問題所在，提出解決方案，供科研機構、結構設計以及生產廠家參考，為裝配式建筑發(fā)展掃清一些障礙。

2 理論分析依據

2.1 加大套筒尺寸的理論分析

2.1.1 依據的相關規(guī)范

加大套筒尺寸依據的相關規(guī)范如下：GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》、GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術標準》、JGJ 1—2004《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》、JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》、T/CCIAT 0004—2019《鋼筋套筒灌漿連接施工技術規(guī)程》、JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》、DB J15-107—2016《廣東省裝配式混凝土建筑結構技術規(guī)程》。

2.1.2 各規(guī)范關于允許誤差的規(guī)定情況

在部分國標、行標、團體標準及地標中，匯總關于預制構件鋼筋套筒灌漿連接的套筒尺寸、套筒和鋼筋的預留預埋、預制構件安裝等的允許偏差情況，具體見表1。預制構件中套筒預埋中心線位置及安裝高度位置、預制構件外露鋼筋中心線位置、現(xiàn)澆結構預留鋼筋中心線位置、預留鋼筋長度或頂點標高等的允許誤差見表2。豎向預制構件安裝尺寸允許偏差要求見表3。不同規(guī)范對預留鋼筋的稱呼不統(tǒng)一，筆者認為規(guī)范GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術標準》中的“連接鋼筋”最合適，包括預制構件上預留的和現(xiàn)場現(xiàn)澆時預留的，因此本文統(tǒng)一稱為“連接鋼筋”。部分規(guī)范對連接鋼筋的指標是指預制構件上連接鋼筋的允許偏差，還有部分規(guī)范是指現(xiàn)澆后連接鋼筋的允許偏差，本文對該2種允許偏差都有統(tǒng)計，最終取混凝土澆筑后的允許偏差。

表1 套筒內徑規(guī)范要求 單位：mm

表2 預制構件中預留預埋允許偏差要求 單位：mm

表3 豎向預制構件安裝尺寸允許偏差要求 單位：mm

2.1.3 數(shù)據整理與分析

由于各規(guī)范或標準對允許偏差的規(guī)定不完全統(tǒng)一，故本文以最小值、最大值以及平均值分別統(tǒng)計（表4）。筆者建議，今后規(guī)范或標準更新時，應統(tǒng)一允許偏差，按高標準選取。

表4 允許偏差數(shù)據統(tǒng)計單位：m m

為便于分析，先考慮構件中某單根連接鋼筋、套筒位置、構件安裝垂直度、軸線偏差均朝最不利位置偏位或偏離時，連接鋼筋與套筒中心間距理論誤差S以及鋼筋插入套筒內長度誤差L，計算過程分別如下：

1）均取最小值時：S＝2＋3＋5＋5＝15 mm，L＝－5＋（－5）＋（－5）＋（－3）＝－18 mm。

2）均取最大值時：S＝5＋5＋10＋5＝25 mm，L＝－5＋（－5）＋（－5）＋（－4）＝－19 mm。

3）均取平均值時：S＝3.5＋4＋7.5＋5＝20 mm，L＝－5＋（－5）＋（－5）＋（－3.5）＝－18.5 mm。

綜合以上數(shù)據得出，預制構件安裝時，如果各工序均按規(guī)范允許偏差的最大值進行質量控制，鋼筋與套筒中心偏離值理論上最大能達到25 mm，平均值20 mm，最小也有15 mm。目前，規(guī)范中套筒內徑最小尺寸比鋼筋大10 mm（連接鋼筋直徑≤25 mm）和15 mm（連接鋼筋直徑＞25 mm），如果套筒產品的尺寸是按規(guī)范最小尺寸加工的，則理論上允許的鋼筋與套筒中心偏差只能為5 mm和7.5 mm，實際上僅安裝時軸線允許偏差這一項就超過了這個數(shù)值；鋼筋長度偏差按規(guī)范允許偏差控制時，最小可達18 mm，規(guī)范允許鋼筋插入套筒內最大可達10 mm，與理論有8 mm差距。

以上分析數(shù)據是以單根連接鋼筋最不利偏差進行理論計算的，實際每塊預制構件中的連接鋼筋和套筒有多根，各鋼筋、套筒間也存在相對位置偏差，對構件安裝會產生一定的影響。預制構件上的套筒是工廠預制時預埋的，最不利的相對位置最大允許偏差有2×2＝4 mm，連接鋼筋偏差理論上會有2×3＝6 mm，因現(xiàn)場施工時干擾因素多，實際偏差會比預制構件上預埋的大。另外，如果相對位置沒有經過模具進行校核，此偏差將更大；若工廠模具與現(xiàn)場連接鋼筋安裝使用了同一種模具，則可把此偏差值降低到最小，保證構件可以安裝。

2.2 加大連接鋼筋直徑的理論分析

國內實際工程應用中，剪力墻連接鋼筋直徑都比較小，直徑12、14 mm的使用最多。因鋼筋直徑過小，其變形偏位的風險大，加大鋼筋直徑可以降低偏位風險，還可以減少鋼筋接頭數(shù)量。

鋼筋直徑可以以預留鋼筋長度在一定側向力作用下不產生永久變形為標準來確定。若取最頂端可以承載水平力0.3 kN，在正常使用情況下，除了起吊脫模、吊運、吊裝過程中的碰撞會造成鋼筋受力超過0.3 kN，使鋼筋承載力超過其屈服強度造成永久變形外，在鋼筋綁扎、混凝土澆筑振搗過程中的人員踩踏、振搗棒振搗等很難造成其永久變形。在混凝土澆筑前發(fā)生的變形可以提前通過人工將其扳正。

取預制構件上鋼筋預留長度為1 000 mm時，直徑取25 mm，在800～1 000 mm之間時直徑取22 mm，在600～800 mm之間時直徑取20 mm，在400～600 mm之間時直徑取18 mm，小于400 mm時直徑取16 mm，計算時鋼筋強度設計值取鋼筋屈服強度，即鋼筋受到水平荷載后處于彈性變形階段，荷載消除后，連接鋼筋能恢復到原狀態(tài)，不會造成永久變形。

通過對上述預留鋼筋長度作抗彎承載能力分析，結果見表5?？梢钥闯觯睆?2、14 mm鋼筋外，其他型號的單根鋼筋都可以承受頂部水平推力0.3 kN。

表5 連接鋼筋承載能力計算

3 項目實際問題處理方式

3.1 鋼筋偏位處理方式

住宅類項目上剪力墻連接鋼筋偏位現(xiàn)象較多，往往采用現(xiàn)場直接扳正處理，部分需要鑿除一部分現(xiàn)澆混凝土后再扳正，因鑿除混凝土的工作量大，不可避免地存在工人偷工行為。

本文圖3中所示處理做法就滿足不了設計和規(guī)范要求，另外，某項目發(fā)生過工人直接切斷或燒斷鋼筋的現(xiàn)象，事后由工人自己爆料。

3.2 構件安裝偏位即相鄰構件間出現(xiàn)錯臺的處理方式

當上下、左右預制構件接縫處偏差較大時，直接用水泥砂漿修補平順（圖5）；當錯臺不大，即≤5 mm時，直接通過膩子層修補平順。

圖5 接縫錯臺水泥砂漿修補

3.3 鋼筋長度超長或不足的處理方式

鋼筋超高時，構件下放受阻，必須用切割機切除或氣焊切除。長度不足時，理論上只能通過鑿除部分現(xiàn)澆混凝土后雙面搭接焊接連接，這種處理方式工作量大，現(xiàn)場實際發(fā)生概率相對較小，目前未見這種處理方式，不排除工人未作處理直接完成安裝的現(xiàn)象。

4 改進措施建議

4.1 加大套筒內徑尺寸

在考慮多種誤差累積影響和調整安裝允許誤差的基礎上，通過理論計算得出套筒內徑與連接鋼筋允許直徑。若軸線偏位與垂直度允許偏差均減少到3 mm以內，套筒和鋼筋采用定形模具控制相對位置偏差至2 mm，加上連接鋼筋允許誤差2 mm，則套筒內徑尺寸可比鋼筋直徑加大至20 mm，即套筒凈空內徑應比鋼筋直徑大至少20 mm較合適。一旦套筒內徑尺寸加大，預制構件軸線偏位就有了可調余地，同時灌漿料還可以從純凈漿改成為砂漿，降低施工造價，消除不良承包商偷工減料的行為。

4.2 加長套筒長度

加長套筒和連接鋼筋長度，可以降低因鋼筋錨固長度不足而造成連接接頭質量不合格的風險。理論上，套筒內空尺寸應比鋼筋連接長度大至少19 mm，建議取不小于40 mm，則預埋鋼筋長度比套筒內空長度小15 mm即可，可以避免鋼筋長度不足造成鋼筋連接接頭不合格的情況。

4.3 加大連接鋼筋直徑

根據前面分析可知，鋼筋預留長度不大于400 mm時，鋼筋直徑不小于16 mm，不建議使用國內常見的12～14 mm直徑的剪力墻連接鋼筋，以減小其變形風險。

4.4 增加一次測量放線工作

在鋼筋綁扎完畢后、混凝土澆筑前，在綁扎完的成品鋼筋上再次定位放線，重點是墻柱的邊線，用于檢查鋼筋定位模具安裝精度，可以防止鋼筋整體偏位。

4.5 使用鋼筋定位模具

連接鋼筋定位模具的使用可以保證連接鋼筋間相對位置偏差不超過2 mm，同時可以調節(jié)整體偏位，通過第2次放線來檢查和調整模具偏位，并將其固定在相對牢固的結構上，如梁主筋、柱主筋、疊合板桁架筋、加固牢固的模板，防止混凝土澆筑過程中造成整體偏位。如圖6所示，采用扁鋼條作為連接鋼筋定位模具，且安裝兩層，底層可與梁主筋點焊固定并埋入混凝土內，上層模具可重復使用。圖7制作的單層定位模具比較牢固，鋼筋相對位置定位精度高，但預防整體偏位缺乏相應技術措施。

圖6 扁鋼條制作雙層定位模具

圖7 鋼板及型鋼制作定位模具

4.6 提高規(guī)范中安裝精度范圍

若軸線允許偏差從8 mm調整到3 mm以內，垂直度允許偏差從5 mm調整到3 mm，從目前項目實際實施情況來看，現(xiàn)有工人操作水平完全可以達到。鋼筋套筒尺寸加大后，構件可調整范圍加大，使得調整軸線偏位變得更容易。

4.7 在規(guī)范中增加垂直度與軸線偏位不同向規(guī)定

在第4.6條措施基礎上，通過調整垂直度的偏向來糾正已經發(fā)生的軸線偏差，可大幅減少因安裝誤差造成的鋼筋偏位影響。即軸線有偏差時，構件不得朝軸線偏差同一方向傾斜，應向相反方向進行糾偏，以免產生累積誤差。在調整垂直度前，先調查清楚軸線偏位方向，再通過調整構件傾斜方向，使預制構件朝軸線偏差相反方向傾斜，消除其影響。

5 國外成功案例

1）泰國使用大內徑套筒和粗直徑鋼筋，用水泥砂漿作為灌漿料，使用效果良好，其應用實例如圖8～圖10所示。

圖8 大內徑套筒應用于預制柱

圖9 大內徑套筒應用于剪力墻

圖10 現(xiàn)場預埋大直徑單排連接鋼筋

2）日本的預制構件也是使用大直徑套筒、粗直徑鋼筋，并采用定位模具，其應用成熟程度有目共睹，應用實例如圖11～圖13所示。

圖12 構件中使用大直徑套筒

圖13 構件中使用大直徑鋼筋

6 結語

通過以上分析及國外實例可知，為保證裝配式建筑施工質量，可以采取一些改進措施，如加大套筒內部凈空尺寸包括內徑和長度，加粗連接鋼筋直徑和加長連接鋼筋，提高規(guī)范中安裝允許偏差標準，同時也可施工過程中采取減少安裝偏差的措施，為裝配式建筑順利推廣應用提供技術支持。