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1、226超超大大異異形形預預制制混混凝凝土土柱柱帽帽預預制制及及安安裝裝施施工工工工法法1 1前前言言大約在上世紀 80 年代，隨著鋼筋桁架式的疊合樓板的發展，將全預制和現澆這二者的優點完美的結合在一起。使預制構件在住宅和公共建筑中得到大量的推廣和應用。但預制構件的應用大部分集中在預制樓板、墻柱、樓梯等規則構件上，對異形預制構件及高空拼接卻少有報道。阿爾及利亞大清真寺項目地處地中海邊，部分建筑四周無維護結構，柱帽常年被海風腐蝕，鋼結構柱帽無法滿足業主對結構耐久性的要求。為體現建筑的宗教風格，建筑師將屋面結構設計成耐久性更好的異形混凝土預制柱帽。但柱帽造型特殊，且構件超重超大，正常預制吊裝辦法無法2、滿足施工要求。如此大面積的超大異形混凝土預制柱帽的施工在以往的工程中沒有相關的工程經驗可以借鑒。因此項目經過各項試驗研究，整理出一套適用于高空超大異形預制柱帽的預制施工的工法現已對相關關鍵技術申報國家專利 3 項。2 2工工法法特特點點2.0.1 構件分解，異形拼裝，實現工業化生產將異形構件分解成由多個規則構件拼裝，設計連接節點將分解部分拼裝成異形構件，將預制混凝土構架和現澆混凝土完美結合實現工業化生產，解決超大異形預制構件生產拼裝問題。2.0.2 柱帽分類、提高精度、消除誤差將相鄰柱帽分類，區分不同類別柱帽的邊梁澆筑順序，將誤差消除在邊梁混凝土內部。2.0.3 場外拼裝，釋放現場場地，提高組3、織效率。自制超大異形構件轉運拖車，將異形柱帽在場外預拼，運輸到吊裝點附近吊裝，釋放吊裝點附近施工場地。與傳統方法相比，將預拼場地轉移到施工區以外，能完全釋放施工區域場地，不影響柱帽吊裝區域周邊的結構施工，對整個項目的工序安排和施工組織是十分有利的。2.0.4 固定鋼片與模板連接，保證埋件定位準確采用固定鋼片與模板連接，通過固定鋼片穿入帶絲螺桿與預埋件連接，保證了預埋件的定位準確，在混凝土澆注完成凝固后將螺桿及鋼片拆除即可，解決了傳統方法預制埋件固定困難的問題。2.0.5 獨特鋼模設計，簡化拆模工序，提高施工效率將鋼模設計成上大下小的梯形，構件建筑完成后直接將構件往上提，可輕松脫模，在不影響構件4、外形和受力的前提下簡化拆模工序，極大的提高了施工效率。2.0.6 自制三腳架，節約成本設計一種簡易的拆卸式三腳架，用鎖扣固定在預制構件主梁上。在三腳架上掛葫蘆吊進行埋件的定位調整。避免構件的調整占用大型垂直運輸設備，節約成本。3 3適適用用范范圍圍本工法適合于建筑工業化的裝配式建筑，尤其適用于超大異形預制構件的生產、拼裝和高空安227裝。4 4工藝原理工藝原理根據柱帽外形構造，經過受力分析，將柱帽拆解成多個較小的規則構件拼裝而成，在拆分交接處設置連接節點。規則構件在預制廠內生產，然后運輸到現場，現場根據異形柱帽的特點設計拼裝支撐架和模板體系進行拼裝，將連接節點用現澆混凝土澆筑形成完整柱帽。拼裝5、完成的柱帽在場內用自制的轉運拖車運輸到吊裝點附近，使用重型起重設備安裝，各柱帽之間采用鋼連接件連接，形成屋面整體，即方便更換又有利于抗震消能。5 5施工工藝流程及操作要點施工工藝流程及操作要點5.15.1 施工工藝流程施工工藝流程整個施工工藝分生產、拼裝、吊裝 3 部分。生產在預制廠內完成，拼裝在現場空曠場地內完成，吊裝在現場吊裝點進行。圖 5.1 施工流程圖5.25.2 操作要點操作要點5.2.1 鋼模加工經拆分后的構件內部為一個封閉的三角形，該部分側模的拆除難度大，若制作成幾段，施工工效低，組裝及拆除工作量大。因此將內側模與底模形成一個整體，構件上邊緣比下邊緣截面尺寸大5mm?；炷翝仓?、成后，將外側模脫開。由于混凝土上表面比下表面大 5mm，內側模與底模之間為鈍角，直接將構件往上提，可輕松將構件與鋼模分開。如圖 5.2.1-1：圖 5.2.1-1 鋼模加工圖228圖 5.2.1-2 鋼模實物圖5.2.2 鋼筋安裝根據鋼筋深化圖綁扎構件鋼筋，設置鋼筋保護層墊塊。由于鋼筋密集且異形鋼筋較多，鋼筋綁扎困難。需要根據圖紙布置理清每根鋼筋的綁扎順序，在鋼筋綁扎區將鋼筋綁扎成型，運到混凝土澆筑區吊裝到鋼模內，如圖 5.2.2：圖 5.2.2 鋼筋安裝圖5.2.3 預埋件固定（吊點預埋）在設計階段，將內部裝飾石膏龍骨、金屬屋面等支撐埋件綜合考慮，設置埋件與預制構件一起澆筑在混凝土內。該預埋7、件的固定是本工法的一個重點，采用固定鋼片與側模螺栓連接，通過固定鋼片穿入帶絲螺桿與預埋件連接，保證了預埋件的定位準確，在混凝土澆注完成凝固后將螺桿及鋼片拆除。詳見圖 5.2.3-1：圖 5.2.3-1 構件內部埋件安裝圖構件運輸吊裝的吊點采用哈芬吊點，吊點承載力大，預留洞口小，對結構影響小，吊裝操作方229便，安全可靠。如圖 5.2.3-2。圖 5.2.3-2 吊裝吊點5.2.4 砼澆筑養護埋件安裝固定完后，進行混凝土澆筑，混凝土澆筑完 3 天后脫模，強度達到 75%后運輸到現場進行拼裝。圖 5.2.4 砼澆筑照片5.2.5 運輸養護完成的構件經驗收合格用平板車托運至施工拼裝現場。5.2.6 8、現場拼裝支撐架搭設預制單元運輸到現場前，先進行拼裝場地的準備工作。包括場地硬化、根據圖紙將需要拼裝的柱帽定位線投放到地面、澆筑芯柱模板、搭設拼裝支架等。芯柱模板使用混凝土澆筑，芯柱模板直徑比柱帽內空略小，確保順利脫模。以大清真寺項目為例：芯柱模板采用 C30 混凝土澆筑，直徑 760mm（比柱帽內空心筒小 80mm），高 3650mm，底部設置 18001800300mm 基座，基座與芯柱一起澆筑，保證拼裝過程中芯柱的穩定。芯柱混凝土外側設置鋼模。保證柱帽上下節點澆筑成型。如 5.2.6-1：230圖 5.2.6-1 芯柱模板示意圖拼裝支撐根據柱帽的形狀設計，確保穩定，方便支拆。如圖 5.2.9、6-2：圖 5.2.6-2 拼裝支撐架示意圖圖 5.2.6-3 拼裝現場腳手架布置5.2.7 下節點鋼筋安裝231下節點處鋼筋通過預制單元下端伸出的預留錨筋錨板將拆分的預制單元連接起來，如圖5.2.7-1：圖 5.2.7-1 下節點與預制單元鋼筋錨固實例由于下節點鋼筋綁扎復雜多為環形鋼筋，且由于其與預制單元錨固節點的特殊性，可在鋼筋加工場內制作，現場吊裝的方式，可簡化施工工序提高施工功效。如圖 5.2.7-2：圖 5.2.7-2 下節點處鋼筋制作安裝5.2.8 構件吊裝就位使用起重設備將預制構件吊到拼裝支撐架上。根據地面彈線調整預制構件定位。5.2.9 上節點鋼筋綁扎預制構件吊定位好之后綁扎上10、節點鋼筋，如圖 5.2.9-1：圖 5.2.9 上節點處鋼筋綁扎5.2.10 上下節點外模封閉澆筑混凝土由于上下節點處混凝土的強度是限制柱帽吊裝的關鍵點，因此上下節點鋼筋綁扎完成后立即封模澆筑混凝土。澆筑完成后覆蓋保溫保濕養護。5.2.11 鋼連接件埋件安裝232由于柱帽之間的鋼連接件的可調節的余地很小，單個拼裝完吊裝上去，誤差較大，連接件無法安裝。在地面將整個區域的柱帽按照吊裝完成后的定位全部拼裝完成，在拼裝過程中將連接件連接好，將連接件的埋件澆筑到混凝土內。吊裝時將連接件解開吊裝到屋面再次連接。這樣做能消除部分連接件埋板的誤差。由于鋼連接件較重，無法使用人工安裝調節，但使用起重設備調節則需11、長時間占用起重設備，對工期和成本控制不利。因此可以通過在柱帽主梁上設置自制簡易支撐桿掛葫蘆吊進行埋件的定位調整。圖 5.2.11 上節點處鋼筋綁扎5.2.12 邊梁模板鋼筋安裝屋面系統由多個柱帽連接形成，允許誤差只有 3mm。由于柱帽之間的鋼連接件的可調節的余地很小，單個拼裝完吊裝上去，誤差較大，連接件無法安裝。因此采用預拼裝的辦法在地面將整個區域的柱帽按照吊裝完成后的定位全部拼裝完成，并且將柱帽分為 A/B 兩種類型。在預拼裝過程中將連接件連接好，將 A 型的邊梁和連接件埋件澆筑到混凝土內。B 型的邊梁和埋件待吊裝完成調整埋件定位后再澆筑混凝土。這樣能消除連接件埋板的誤差，保證連接件能完美連12、接起到抗震作用，如圖 5.2.12-1 所示：綠色表示 B 型柱帽，紫色表示 A 型柱帽。圖 5.2.12-1：A/B 型柱帽方案示意圖AB 型柱帽邊梁模板均采用鋼模，其中 A 型柱帽邊梁混凝土在拼裝時澆筑，采用普通鋼模底部設置鋼管支撐。B 型柱帽邊梁混凝土需要在吊裝完成后澆筑，施工作業面距離地面較高。因此 B 型柱帽邊梁的支撐通過在拆分預制單元的橫向主梁上安裝型鋼挑梁牛腿支撐邊梁底模板。側模在鋼筋綁簡 易 支撐桿233扎完成后固定在底模上。如圖 5.2.12：圖 5.2.12-2 B 型柱帽鋼模板支撐5.2.13 A 型柱帽邊梁混凝土澆筑及養護鋼筋及連接件安裝驗收完成后，澆筑 A 型柱帽邊梁13、混凝土。B 型邊梁混凝土待吊裝完成后澆筑。5.2.14 自制設備脫模運輸待上下節點混凝土強度達到吊裝條件，邊梁混凝土養護達到拆模條件后再進行脫模運輸。柱帽脫模主要是將柱帽上下節點外模、內模、A 型柱帽邊梁模板拆除。其中上下節點外模和邊梁模板在拼裝支撐架上拆除。上下節點內模需要將柱帽吊起脫離混凝土芯柱模后才能拆除。為了節省接卸設備時間。根據柱帽外形設計柱帽支撐架。將吊出來的柱帽放在支撐架上，柱帽頂部支撐在支撐架橫梁上，底部離地約 1m。工人進入支撐架內部拆除上下節點內模。并在柱帽頂部搭設走道方面吊裝定位時上人進行連接件連接。支撐架見圖 5.2.14-1：圖 5.2.14-1 柱帽脫模支撐架脫模后14、的柱帽通過自制的轉運拖車運輸到履帶吊吊裝范圍內。234轉運拖車由車頭+車身+支撐架 3 部分組成。其中車頭使用半掛牽引車的牽引車頭作為控制、動力、制動系統，車身由兩根 HEA300 的型鋼與底部雙軸單列輪胎相連，組成整個車身的骨架。支撐架與脫模架相似，固定在車身上。車身寬 5m，能保證車身穩定。車身后軸車輪設置剎車系統與車頭控制系統連接。圖 5.2.14-2 柱帽轉運拖車示意圖和實例圖5.2.15 現場準備花瓣吊裝前清理吊裝點附近場地，檢查起重設備工況，搭設上人腳手架或設置舉人車。5.2.16 現場柱帽吊裝柱帽吊裝采用大型起重設備吊裝。吊點設置在柱帽 4 條主梁處，使用布吊帶吊裝，避免鋼吊索吊15、裝損壞混凝土。圖 5.2.16 柱帽吊裝現場照片5.2.17 測量定位柱帽的標高通過鋼墊塊進行調節。在柱帽底部和八角柱支承柱帽的底座分別設置十字線，安裝時使上下十字線重合來實現柱帽的初步定位，如下圖所示：235圖 5.2.17 柱帽定位控制示意圖柱帽定位調整完成后連接相鄰兩個柱帽之間的鋼結構連接件5.2.18 柱帽與柱間灌漿柱帽與八角柱之間使用插隼式連接。柱帽上下節點與八角柱之間的間隙使用微膨脹灌漿料填充，確保柱帽與八角柱之間連接緊密。灌漿料使用舉人車進行施工。5.2.19 B 型柱帽邊梁混凝土澆筑B 型柱帽與周邊的 A 型柱帽全部連接完成后澆筑邊梁混凝土，在周邊地面架設汽車泵澆筑。澆筑完成后16、，將側模和底部松開，與混凝土脫離。最后接觸支撐抱箍將鋼模用繩子放到地下。整個拆模過程工人站在柱帽頂部鋪設的走道上操作，無需懸掛施工保證了施工安全。6 6材料與設備材料與設備6.16.1 材料材料本工法使用的材料主要為鋼筋、模板、混凝土、鋼管、鋼板等平臺建筑施工材料.6.26.2 設備設備以阿爾及利亞大清真寺項目為例，使用的設備如表 6.2 所示：表 6.2 施工設備使用表編號名稱型號數量主要使用說明1汽車吊50t3預制單元吊裝拼裝2龍門吊100t1柱帽脫模轉運3履帶吊400t1柱帽吊裝4平板車/2拆分預制單元運輸5自制拖車/1柱帽場內轉運6舉人車JLG-20081吊裝上下人7 7質量控制質量控17、制7.17.1 質量控制標準質量控制標準EN 13369：預制混凝土產品的共同規則EN 13225：預制混凝土制品線性結構元件EN 206-1 2000混凝土規范，性能，生產和合格證7.27.2 鋼筋間距、保護層及埋件定位控制鋼筋間距、保護層及埋件定位控制由于預制單元內部鋼筋較為密集，埋件較多。為保證鋼筋間距、保護層厚度及埋件定位準確。236在施工前對圖紙進行詳細翻樣，并做樣板實驗將鋼筋與埋件在樣板內反應，若有沖突及時與設計人員溝通調整。7.37.3 混凝土裂紋控制混凝土裂紋控制為防止混凝土表面出現貫通的微小裂縫，應在混凝土澆筑過程中控制預制臺的震動，及時濕水養護。收光面在終凝前進行抹壓收光。18、必須在混凝土達到強度后進行拆模和運輸。構件堆放必須嚴格按照堆放要求堆放，高度不超過8 層。7.47.4 測量定位控制測量定位控制柱帽拼裝前柱帽的投影線投放到拼裝場地上。嚴格按照投影線控制預制單元的定位。并使用全站儀對柱帽每個角點進行復核。柱帽吊裝完成后灌漿前，使用全站儀將柱帽的中點再次復核確保與圖紙一致。避免誤差超過金屬屋面及內裝飾的要求。8 8安全措施安全措施8.18.1 預制構件生產過程中的安全措施預制構件生產過程中的安全措施8.1.1 預制構件吊裝過程中注意吊裝設備的檢查與維護，防止構件掉落傷人；8.1.2 定期檢查預制廠內施工用電安全；8.1.3 定期檢查預制廠內鋼模支座的穩定性，防止19、發生坍塌施工。8.28.2 拼裝過程安全措施拼裝過程安全措施8.2.1 拼裝場內起重設備附近設置安全警戒線，防止發生傷人事故；8.2.2 拼裝支撐架周邊設置安全防護措施防止高處墜落；8.2.3 定期檢查龍門吊、汽車吊等大型起重運輸設備，防止發生安全事故，操作工人及指揮持證上崗并定期交底培訓。8.38.3 柱帽轉運和安裝過程安全措施柱帽轉運和安裝過程安全措施8.3.1 柱帽運輸道路平整度滿足轉運拖車行駛要求，避免因道路不平發生側翻；8.3.2 柱帽運輸過程中有專人指揮交通；8.3.3 轉運拖車為自制非標準設備嚴禁開出施工現場；8.3.4 柱帽吊裝過程中，起重設備工作范圍內嚴禁站人，柱帽頂部設置安20、全防護，確保吊裝工人安全；8.3.5 定期檢查重型起重設備和舉人車的設備安全。9 9環保措施環保措施9.0.1 場專門劃出一塊場地用于在地面進行灌漿料攪拌。9.0.2 灌漿料施工過程中，要細心操作。在灌注過程中要均勻把灌漿料倒入灌漿洞口，速度不能過快，以免灌漿料溢出，污染八角柱和混凝土墻面。9.0.3B 型環梁澆筑只能白天進行施工，防止發生高處墜落，防止夜間擾民。9.0.4B 型柱帽邊梁澆筑前仔細檢查邊梁模板接縫，防止發生漏漿污染環境。9.0.5 混凝土澆筑完成后，及時打掃現場，把剩余的施工廢料歸堆，清出廠外。同時對相關的灌漿設備，如攪拌機，塑料桶等進行清洗，確保沒有殘留物，以免影響下次施工。21、1010效益分析效益分析10.110.1 社會效益社會效益237由于預制柱帽的良好性能滿足環境對建筑的耐久性、防火性的要求，并且預制構件的綠色環保、方便施工、耐久性好的特點，使得預制構件越來越受重視。本工法的推廣能推動超大異形預制構件的生產拼裝和吊裝，解決傳統的預制構件外形不夠靈活的缺點，使預制構件樣式多樣化發展。10.10.2 2 經濟效益經濟效益以阿爾及利亞大清真寺項目為例，共有預制混凝土柱帽 422 個，通過本工法的成功實施，以每天不小于 2 個的速度（每天完成屋面面積不少于 131.22）完成柱帽吊裝，為項目節省工期約 4 個月，預測節約成本約 130 萬元。由于采用吊裝場地外拼裝，拖22、運到吊車附近吊裝的辦法，大量的釋放了施工場地，將吊裝點對周邊結構施工的影響降到最低。例如：若選在吊裝點附近拼裝，則吊裝點附近最少 100m45m 的范圍內結構施工需等到吊裝完成后才能進行。但采用本工法拼裝+轉運的方式施工，則施工現場只需留置 14m 寬道路供履帶吊行走即可，對其他區域不影響。1111應用實例應用實例阿爾及利亞大清真寺項目位于阿爾及利亞首都阿爾及爾市的默罕默迪亞（Mohammadia）,占地面積約 27 萬 m2，建筑面積約 40 萬 m2，共有 12 個建筑物，為世界第三大清真寺。工程開工時間為 2012年 3 月，預計竣工時間為 2018 年 12 月.其中 A 區祈禱大廳及庭院、B 區 C 區廣場及南區局部開闊型的空間屋面結構全部采用預制混凝土柱帽。多個柱帽連接形成屋面支撐結構。項目共有預制混凝土柱帽 422 個，通過本工法的成功實施，以每天不少于 2 個的速度（每天完成屋面面積不少于 131.22）完成柱帽吊裝，為項目節省工期約 4 個月。工程實例圖片如下：圖 11-1 預制柱帽成型效果圖238圖 11-2 柱帽吊裝完成后照片