老年公寓项目预制装配式混凝土结构吊装施工及经济效益分析

杨士珏,何东文，宣梦铨，车德帅

(浙江八达建设集团有限公司,浙江 绍兴 312000)



老年公寓项目预制装配式混凝土结构吊装施工及经济效益分析

杨士珏,何东文，宣梦铨，车德帅

(浙江八达建设集团有限公司,浙江 绍兴 312000)

以老年公寓项目为例,详细介绍了装配式预制混凝土构件的吊装施工技术及其经济效益。从而为同类预制装配式混凝土结构吊装施工提供了有益的借鉴。

预制装配式混凝土结构；吊装；建筑工业化

PC(PrecastConcrete)是预制装配式混凝土结构的简称,它是以工厂生产的混凝土预制构件为主要构件,经装配、连接以及部分现浇而成的混凝土结构。预制装配式混凝土结构的主要特点是：“绿色施工”“节能环保”,预制构件工业化生产程度高、施工速度快等。近几年来,随着国民经济持续快速发展和节能环保要求的提高,人口红利渐失及劳动力成本的不断增长,使得我国预制装配式混凝土结构在住宅工程中的应用不断升温,项目施工总量快速递增,相应的施工技术也日趋完善。

1　工程概况

老年公寓位于江苏海门市南海路与嘉陵江路交汇处,地下2 层,地上25 层,1～3层为物业用房，采用现浇钢筋混凝土结构,4～24层为预制装配式混凝土结构,25层以上及屋面结构为现浇钢筋混凝土结构,建筑高度88.6m,总建筑面积约21 265.1m2,采用预制框架+现浇剪力墙结构体系。

本工程结构设计以现行设计规范和现有施工技术为基础,以绿色施工为目标,力求将本工程设计成预制装配整体式框架+现浇剪力墙结构的示范工程。主要预制构件的施工方式见表1。

2　工程难点

本项目施工难点为：PC构件吊装的精度控制;现浇部位与PC接合部的定位控制;梁柱节点施工及套筒灌浆质量控制。

3　塔吊选型

塔吊选择原则为：保证每个PC构件从卸货地点能够吊运至相应的建筑物部位。本工程最重、最远的PC构件为新定的WGB-01外挂墙板：高3.2m,长 6.835m,厚210mm,重达8.4t,离塔吊中心距离为33.8m。选用大臂长度为40m的平臂塔吊STT553,在40m大臂端部位置能起吊12t,足以满足PC构件的吊装需要。

4　标准层吊装施工进度计划

本工程PC吊装施工计划工期为145d,计划从2014年7月15日开始,2014年12月5日结束。根据标准层构件的数量,标准层吊装施工6日历天一个循环。

表1　预制构件种类及施工方式

5　支撑系统

本项目PC叠合梁、PC叠合楼板,考虑使用承插型盘扣式钢管支架,上部设置可调U托,底部设置可调底座。该支撑系统搭设方便、快捷,而且搭设精度高,梁板荷载直接通过可调顶托传给立杆,立杆再通过可调底座传给楼板,传力较为直接。见图1。支架搭设操作流程及操作要点如下：施工准备及放样→排放可调底座→安装第一步距架体(立杆、横杆)→调整可调底座标高和架体水平度→安装第一步距架体(斜杆)→安装第二步距架体→……→安装最后一步距架体→安装可调托座→调节结构支撑高度→安装模板体系。

图1　支撑体系示意图

6　标准层吊装施工要点

6.1竖向预制构件安装

1)竖向预制构件的吊装包括预制柱子、空调立板、阳台拦板的吊装。见图2。

图2　柱子吊装实景图

2)首先使用水平仪测量,调节竖向预制构件底部的水平调节螺栓或铁垫块,按同一基数值调好,允许偏差值为0～2mm。

3)竖向预制构件在车上直接起吊,首先安装吊点,根部设置防护垫子,当竖向预制构件直立后,调节手动葫芦,使预制构件底部水平。

4)预制构件离地面1m左右时,作业人员稳定竖向预制构件,不抖动,缓缓地指引竖向预制构件到指定位置300mm处,调整竖向预制构件位置,使钢筋头部对准底部的套筒空腔,慢慢插入。

5)根据事先弹好的边线确定竖向预制构件的位置,在初步吊装就位后,在竖向预制构件缝隙周围封泡沫条,用螺母垫片调节标高；在竖向预制构件初步就位后,安装可调斜支撑,配合红外线投线仪,通过可调斜支撑调整竖向预制构件垂直度,固定竖向预制构件。

6.2水平预制构件安装

1)水平预制构件的吊装包括叠合梁、叠合板的吊装。

2)放线在施工楼层面用墨斗弹出叠合梁的位置边线及其控制线,梁吊装完毕并固定后,根据楼板分割图的尺寸,用线锤把控制线吊到叠合梁顶面,再根据控制线在叠合梁上弹出楼板的边线。

3)叠合梁安装①首先安装吊点,调节手动葫芦,使叠合梁底部水平,起吊。

②确定叠合梁底标高,并设置好梁底支撑立杆,在吊装就位过程中,注意梁钢筋与柱子钢筋错开。

③在叠合梁初步就位后,安装可调斜支撑,通过可调斜支撑调整叠合梁精确就位,并固定叠合梁。

4)叠合板安装叠合板在车上直接起吊,吊至楼面根据叠合梁上的控制线确定叠合板的精确位置,根据叠合板边线用撬杠微调楼板,同时调整支架标高。见图3。

图3　叠合板吊装示意图

6.3PCF外墙板吊装

1)PCF板用手动葫芦调节水平,使钢丝绳均匀受力,起吊并松开固定的斜支撑。

2)PCF板安装部位,在下部焊接垫片,控制标高。

3)离楼地面500mm左右,作业人员稳住PCF板,初步安装就位。

4)在PCF板初步就位后,安装可调斜支撑,通过可调斜支撑校准PCF板位置、标高、垂直度(配合卷尺、红外线投线仪),固定PCF板,PCF板之间用“板板连接件”连接。

PCF板安装完毕后,开始内侧“现浇剪力墙”钢筋绑扎,最后进行剪力墙内侧模板的封闭,内模板支设的龙骨采用40×90木方,板面用15mm厚胶合板,紧贴板面大肋竖向排列,间距250～300mm。横龙骨作为紧固模板穿墙螺栓之用,并应与PCF板预埋螺母对应排列位置。 见图4。

图4　PCF板安装完毕后示意图

6.4外墙挂板安装

预制柱、叠合梁及板吊装完成后,即开始吊装外墙挂板。外墙挂板剪力键及拉结钢筋锚入叠合板内,与楼层现浇板同时施工,吊装预制外墙挂板时,预制外墙挂板预留钢筋无须穿梁,只须将预制外墙挂板墙顶挂件(竖向支撑)插入板面埋件即可。然后，通过斜撑调节垂直度,利用限位片调节水平高度,利用插片调节板内侧制作及安装精度,就位后将限位片与墙顶挂件焊接,之后绑扎现浇层钢筋,浇筑混凝土外墙挂板节点与楼层现浇板同时施工,如此循环作业。见图5。

6.5现场装配施工关键节点的质量控制

6.5.1现浇楼面结构与PC柱子接合部的定位控制

在浇筑现浇楼面混凝土前将插筋露出部分进行保护,避免浇筑混凝土时污染钢筋,并采用钢筋定位卡具措施对插筋位置及垂直度进行再次校核,以保证预制柱子吊装一次完成。见图6。

图5　外墙挂板剪力键及墙顶连接挂件示意图

6.5.2高强灌浆料流动度控制、套筒灌浆模拟操作及套筒灌浆连接试验

流动度是高强灌浆料的重要工作性能,按浆料产品设计说明书的要求拌制好浆料,湿润玻璃板和截锥圆模内壁,但不得有明水,将截锥圆模放置在玻璃板中间位置,将灌浆料倒入截锥圆模内,直至浆体与截锥圆模上口平,徐徐提起截锥圆模,让浆体在无扰动条件下自由流动直至停止。测量浆体最大扩散直径和垂直方向的最大扩散直径,计算平均值,精确到1mm,作为流动度初始值,将玻璃板上的浆体装入搅拌锅内,并采取防止浆体水分蒸发的措施。自加水拌合起30min时,重复上述实验步骤,测定结果为30min流动度。

图6　柱子竖向钢筋定位卡具图

每次拌制的灌浆料拌合物应进行流动度检测,初始流动度大于等于300,30min流动度大于等于260。

在高强灌浆料流动度满足规范要求下,可进行套筒灌浆模拟操作及套筒灌浆连接试验,试验数据满足规范要求,可进行高强浆料的注浆施工。见图7。

6.5.3注浆施工

注浆是装配式混凝土结构施工的一道很重要的工序,本工程注浆的内容为竖向PC构件(如预制柱子、空调立板、阳台拦板)根部钢筋套筒连接注浆、主次梁节点钢筋套筒连接注浆。以柱子根部注浆为例,具体操作是先在柱子根部与结构面20mm高接缝处塞25mm直径的泡沫条,使其将柱脚20mm高的缝填充密实。为防止泡沫条在柱脚连接套筒灌浆时被灌浆料胀出,再在柱脚20mm高缝隙外用外形尺寸与柱断面尺寸一致角钢框箍紧,起到防止灌浆料溢出的作用；使用灌浆枪或灌浆泵对套筒灌浆,套筒的排浆孔溢出砂浆即应立即封堵注浆孔和排浆孔；多个接头连通灌浆时,为防止灌浆过程中窝气现象造成连通腔不能充满,应从最边缘下部的一个接头的灌浆口进行灌浆,禁止两个灌浆口同时灌浆,并及时将溢出砂浆的排浆孔用专用堵塞塞住,待所有套筒排浆孔均有砂浆溢出时,停止灌浆；灌浆完毕,立即用水清洗搅拌机、灌浆泵和灌浆泵管等器具。

7　经济效益分析

传统现浇混凝土结构施工中的搭设支模架、绑扎钢筋、浇筑混凝土,多数由手工完成。施工现场普遍存在噪音扰民、粉尘污染；模板周转消耗大,施工人员多,手工劳动多,劳动强度大,且熟练程度要求高；施工进度慢,建设周期长,受自然条件影响大；混凝土外观及内在质量控制难；现场材料浪费严重。老年公寓项目采用预制装配式混凝土结构体系与传统钢筋混凝土结构建造方式相比,具有以下六大优势,见表2。

图7　套筒灌浆模拟操作及套筒灌浆连接试验实景照片

优势项目传统现浇钢筋混凝土结构装配式混凝土结构工期优势定额工期720日历天。　　实际工期360d，其中结构吊装工期为145日历天，拟考虑6日历天一个吊装循环，预制装配式混凝土结构工期短，投资回收快。由于减少了现浇结构的支模、拆模和混凝土养护时间，PC构件采用工厂预制、现场机械吊装的施工方法后，施工速度大大加快。从而缩短了投资回收周期，减少了整体成本投入，具有明显的经济效益。成本优势1)传统建筑每平方米用工为20工时。2)传统建筑工期长，投资回收慢，财务成本高。1)因建筑工业化的量产与施工简易化减少劳动力，两方面均能降低建设费用，在采用了装配式建筑，推广了工业化施工方法以后，每平方米用工下降到115工时，节约用工在50%左右。同时，还降低了劳动强度。2)在目前这个实践节点上，装配式PC结构的综合成本较传统现浇结构每平方增加500元，老年公寓项目总计增加930万；但根据老年公寓项目的工程实践，实际工期较定额工期缩短一年，节约财务成本近1000万元，可见，装配式PC结构的施工成本基本和传统施工成本持平。质量优势在施工材料合格的情况下，施工质量很大程度取决于班组的熟练程度和管理人员对质量的监管力度。1)由于工厂严格管理和长期生产，可以得到品质均一且安定的PC构件产品。2)工厂大多以机械化设备来生产预制构件，这样既利于提高构件的精准度，又能保证建筑工程的质量。结构安全优势传统建筑梁柱节点位置钢筋绑扎质量很难控制，梁高范围内柱子箍筋很难绑扎到位。在发生地震时，梁柱节点很容易首先破坏，从而导致房屋坍塌。1)根据大量试验论证，预制装配式混凝土结构具有传统钢筋混凝土结构一切安全性能，尤其是在抗震、耐久性方面性能优于传统钢筋混凝土结构。2)预制装配式混凝土结构梁、柱节点钢筋连接采用高强浆料的灌浆直螺纹套筒连接，梁、柱节点混凝土浇筑采用高强混凝土浇筑(C60及以上)，符合“强节点弱构造”的结构设计要求。与20世纪80年代我国非常流行的预制多孔板的住宅体系的节点设计有着本质的区别。节能环保、文明施工优势噪音扰民、粉尘污染；模板周转消耗大，支模架工作量大，现场材料浪费严重。1)PC建筑的施工，由于除了主次梁节点采用木模封闭，以及支模架主楞采用木枋外，叠合梁两侧及底部、叠合板底部均无须木模，大大减少对木材的使用；结构支撑系统，由于预制叠合梁、叠合板均达到一定强度，本身能承载叠合现浇层的现浇荷载和施工荷载，支撑系统立杆间距可以放宽到24m×24m，大大减少支模架的工作量；另外，采用PC结构可在一定程度上降低材料浪费，减少施工噪声、粉尘污染、建筑垃圾和污水排放，有利于节能环保。2)外挂墙板、预制柱子、叠合梁及板底无须粉刷；配管、窗框、外装等均可与构件一体生产，可得到很高的施工集成。减少现场制作的噪音。劳动力优势施工人员多，手工劳动多，劳动强度大。　　随着多元经济发展，人口红利渐失，建筑工人短缺问题严重。PC结构施工采用“工厂加工+现场安装”的施工方式，减少繁重体力劳动和施工现场作业的劳动用工达70%以上，减少劳动力资源消耗。

8　结　语

虽然目前我国已经有了一些代表性的预制装配式建筑项目和示范工程,在结构体系研究上取得了一些成果和进展,但在实践应用中还存在一些关键问题有待解决。比如：缺乏统一的规范标准，配套定额与取费标准滞后，施工管理水平有待提高，节点的延性和防水等关键技术仍需攻关，等等。采用预制装配式施工构件都是在工厂车间批量生产,减少现场手工作业,属于施工速度快、经济效益好且施工质量高、节能环保指标高的现代化建筑业生产方式,可实现构件生产的工业化、标准化和集约化,特别是随着预制构件高效生产技术和构件可靠连接关键技术的不断发展,以及国家相关行业规范标准的完善,预制装配式建筑将迎来新的发展阶段。这有利于我国建筑业转变生产方式,和国际建筑业发展模式接轨,符合工业化大生产模式的发展方向。

Analysis on the Hoisting Construction and Economic Benefits of the Prefabricated Assembled Concrete Structure for the Old Apartment Project

YANG Shijue, HE Dongwen, XUAN Mengquan, CHE Deshuai

2016-04-12

杨士珏(1979—)，男，湖北孝感人，高级工程师，从事工程技术管理工作。

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