采用套筒灌浆连接的预制竖向构件安装精度提高措施

吴自全

深圳市鹏城建筑集团有限公司 广东 深圳 518040

1 预制构件安装现状

装配式建筑在经历过前几年的政策铺垫之后，自2020年以来，国内各大省市陆续加大了装配式建筑的推进步伐，装配式建筑正处在快速发展阶段，因此需要有可靠的技术支撑[1-7]。

目前，行业内普遍存在竖向预制构件安装精度差的问题，特别是构件连接处，经常出现错台或缝隙过大等缺陷（图1、图2），观感质量较差，很难达到免抹灰的精度要求。另外，还存在钢筋偏位处理不规范的问题，甚至出现工人直接切割掉偏位较大的连接钢筋以保证构件安装的情况，对结构受力造成严重影响（图3、图4）。

图1 外墙竖向构件间错台

图2 缝隙宽度不均匀

图3 钢筋偏位的调整

图4 钢筋超高现场切割

针对装配式建筑预制构件安装时存在的上述问题，本文通过理论分析，找出关键问题所在，提出解决方案，供科研机构、结构设计以及生产厂家参考，为装配式建筑发展扫清一些障碍。

2 理论分析依据

2.1 加大套筒尺寸的理论分析

2.1.1 依据的相关规范

加大套筒尺寸依据的相关规范如下：GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》、GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》、JGJ 1—2004《装配式混凝土结构技术规程》、JGJ 355—2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》、T/CCIAT 0004—2019《钢筋套筒灌浆连接施工技术规程》、JG/T 398—2019《钢筋连接用灌浆套筒》、DB J15-107—2016《广东省装配式混凝土建筑结构技术规程》。

2.1.2 各规范关于允许误差的规定情况

在部分国标、行标、团体标准及地标中，汇总关于预制构件钢筋套筒灌浆连接的套筒尺寸、套筒和钢筋的预留预埋、预制构件安装等的允许偏差情况，具体见表1。预制构件中套筒预埋中心线位置及安装高度位置、预制构件外露钢筋中心线位置、现浇结构预留钢筋中心线位置、预留钢筋长度或顶点标高等的允许误差见表2。竖向预制构件安装尺寸允许偏差要求见表3。不同规范对预留钢筋的称呼不统一，笔者认为规范GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》中的“连接钢筋”最合适，包括预制构件上预留的和现场现浇时预留的，因此本文统一称为“连接钢筋”。部分规范对连接钢筋的指标是指预制构件上连接钢筋的允许偏差，还有部分规范是指现浇后连接钢筋的允许偏差，本文对该2种允许偏差都有统计，最终取混凝土浇筑后的允许偏差。

表1 套筒内径规范要求 单位：mm

表2 预制构件中预留预埋允许偏差要求 单位：mm

表3 竖向预制构件安装尺寸允许偏差要求 单位：mm

2.1.3 数据整理与分析

由于各规范或标准对允许偏差的规定不完全统一，故本文以最小值、最大值以及平均值分别统计（表4）。笔者建议，今后规范或标准更新时，应统一允许偏差，按高标准选取。

表4 允许偏差数据统计单位：m m

为便于分析，先考虑构件中某单根连接钢筋、套筒位置、构件安装垂直度、轴线偏差均朝最不利位置偏位或偏离时，连接钢筋与套筒中心间距理论误差S以及钢筋插入套筒内长度误差L，计算过程分别如下：

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

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

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

综合以上数据得出，预制构件安装时，如果各工序均按规范允许偏差的最大值进行质量控制，钢筋与套筒中心偏离值理论上最大能达到25 mm，平均值20 mm，最小也有15 mm。目前，规范中套筒内径最小尺寸比钢筋大10 mm（连接钢筋直径≤25 mm）和15 mm（连接钢筋直径＞25 mm），如果套筒产品的尺寸是按规范最小尺寸加工的，则理论上允许的钢筋与套筒中心偏差只能为5 mm和7.5 mm，实际上仅安装时轴线允许偏差这一项就超过了这个数值；钢筋长度偏差按规范允许偏差控制时，最小可达18 mm，规范允许钢筋插入套筒内最大可达10 mm，与理论有8 mm差距。

以上分析数据是以单根连接钢筋最不利偏差进行理论计算的，实际每块预制构件中的连接钢筋和套筒有多根，各钢筋、套筒间也存在相对位置偏差，对构件安装会产生一定的影响。预制构件上的套筒是工厂预制时预埋的，最不利的相对位置最大允许偏差有2×2＝4 mm，连接钢筋偏差理论上会有2×3＝6 mm，因现场施工时干扰因素多，实际偏差会比预制构件上预埋的大。另外，如果相对位置没有经过模具进行校核，此偏差将更大；若工厂模具与现场连接钢筋安装使用了同一种模具，则可把此偏差值降低到最小，保证构件可以安装。

2.2 加大连接钢筋直径的理论分析

国内实际工程应用中，剪力墙连接钢筋直径都比较小，直径12、14 mm的使用最多。因钢筋直径过小，其变形偏位的风险大，加大钢筋直径可以降低偏位风险，还可以减少钢筋接头数量。

钢筋直径可以以预留钢筋长度在一定侧向力作用下不产生永久变形为标准来确定。若取最顶端可以承载水平力0.3 kN，在正常使用情况下，除了起吊脱模、吊运、吊装过程中的碰撞会造成钢筋受力超过0.3 kN，使钢筋承载力超过其屈服强度造成永久变形外，在钢筋绑扎、混凝土浇筑振捣过程中的人员踩踏、振捣棒振捣等很难造成其永久变形。在混凝土浇筑前发生的变形可以提前通过人工将其扳正。

取预制构件上钢筋预留长度为1 000 mm时，直径取25 mm，在800～1 000 mm之间时直径取22 mm，在600～800 mm之间时直径取20 mm，在400～600 mm之间时直径取18 mm，小于400 mm时直径取16 mm，计算时钢筋强度设计值取钢筋屈服强度，即钢筋受到水平荷载后处于弹性变形阶段，荷载消除后，连接钢筋能恢复到原状态，不会造成永久变形。

通过对上述预留钢筋长度作抗弯承载能力分析，结果见表5。可以看出，除直径12、14 mm钢筋外，其他型号的单根钢筋都可以承受顶部水平推力0.3 kN。

表5 连接钢筋承载能力计算

3 项目实际问题处理方式

3.1 钢筋偏位处理方式

住宅类项目上剪力墙连接钢筋偏位现象较多，往往采用现场直接扳正处理，部分需要凿除一部分现浇混凝土后再扳正，因凿除混凝土的工作量大，不可避免地存在工人偷工行为。

本文图3中所示处理做法就满足不了设计和规范要求，另外，某项目发生过工人直接切断或烧断钢筋的现象，事后由工人自己爆料。

3.2 构件安装偏位即相邻构件间出现错台的处理方式

当上下、左右预制构件接缝处偏差较大时，直接用水泥砂浆修补平顺（图5）；当错台不大，即≤5 mm时，直接通过腻子层修补平顺。

图5 接缝错台水泥砂浆修补

3.3 钢筋长度超长或不足的处理方式

钢筋超高时，构件下放受阻，必须用切割机切除或气焊切除。长度不足时，理论上只能通过凿除部分现浇混凝土后双面搭接焊接连接，这种处理方式工作量大，现场实际发生概率相对较小，目前未见这种处理方式，不排除工人未作处理直接完成安装的现象。

4 改进措施建议

4.1 加大套筒内径尺寸

在考虑多种误差累积影响和调整安装允许误差的基础上，通过理论计算得出套筒内径与连接钢筋允许直径。若轴线偏位与垂直度允许偏差均减少到3 mm以内，套筒和钢筋采用定形模具控制相对位置偏差至2 mm，加上连接钢筋允许误差2 mm，则套筒内径尺寸可比钢筋直径加大至20 mm，即套筒净空内径应比钢筋直径大至少20 mm较合适。一旦套筒内径尺寸加大，预制构件轴线偏位就有了可调余地，同时灌浆料还可以从纯净浆改成为砂浆，降低施工造价，消除不良承包商偷工减料的行为。

4.2 加长套筒长度

加长套筒和连接钢筋长度，可以降低因钢筋锚固长度不足而造成连接接头质量不合格的风险。理论上，套筒内空尺寸应比钢筋连接长度大至少19 mm，建议取不小于40 mm，则预埋钢筋长度比套筒内空长度小15 mm即可，可以避免钢筋长度不足造成钢筋连接接头不合格的情况。

4.3 加大连接钢筋直径

根据前面分析可知，钢筋预留长度不大于400 mm时，钢筋直径不小于16 mm，不建议使用国内常见的12～14 mm直径的剪力墙连接钢筋，以减小其变形风险。

4.4 增加一次测量放线工作

在钢筋绑扎完毕后、混凝土浇筑前，在绑扎完的成品钢筋上再次定位放线，重点是墙柱的边线，用于检查钢筋定位模具安装精度，可以防止钢筋整体偏位。

4.5 使用钢筋定位模具

连接钢筋定位模具的使用可以保证连接钢筋间相对位置偏差不超过2 mm，同时可以调节整体偏位，通过第2次放线来检查和调整模具偏位，并将其固定在相对牢固的结构上，如梁主筋、柱主筋、叠合板桁架筋、加固牢固的模板，防止混凝土浇筑过程中造成整体偏位。如图6所示，采用扁钢条作为连接钢筋定位模具，且安装两层，底层可与梁主筋点焊固定并埋入混凝土内，上层模具可重复使用。图7制作的单层定位模具比较牢固，钢筋相对位置定位精度高，但预防整体偏位缺乏相应技术措施。

图6 扁钢条制作双层定位模具

图7 钢板及型钢制作定位模具

4.6 提高规范中安装精度范围

若轴线允许偏差从8 mm调整到3 mm以内，垂直度允许偏差从5 mm调整到3 mm，从目前项目实际实施情况来看，现有工人操作水平完全可以达到。钢筋套筒尺寸加大后，构件可调整范围加大，使得调整轴线偏位变得更容易。

4.7 在规范中增加垂直度与轴线偏位不同向规定

在第4.6条措施基础上，通过调整垂直度的偏向来纠正已经发生的轴线偏差，可大幅减少因安装误差造成的钢筋偏位影响。即轴线有偏差时，构件不得朝轴线偏差同一方向倾斜，应向相反方向进行纠偏，以免产生累积误差。在调整垂直度前，先调查清楚轴线偏位方向，再通过调整构件倾斜方向，使预制构件朝轴线偏差相反方向倾斜，消除其影响。

5 国外成功案例

1）泰国使用大内径套筒和粗直径钢筋，用水泥砂浆作为灌浆料，使用效果良好，其应用实例如图8～图10所示。

图8 大内径套筒应用于预制柱

图9 大内径套筒应用于剪力墙

图10 现场预埋大直径单排连接钢筋

2）日本的预制构件也是使用大直径套筒、粗直径钢筋，并采用定位模具，其应用成熟程度有目共睹，应用实例如图11～图13所示。

图12 构件中使用大直径套筒

图13 构件中使用大直径钢筋

6 结语

通过以上分析及国外实例可知，为保证装配式建筑施工质量，可以采取一些改进措施，如加大套筒内部净空尺寸包括内径和长度，加粗连接钢筋直径和加长连接钢筋，提高规范中安装允许偏差标准，同时也可施工过程中采取减少安装偏差的措施，为装配式建筑顺利推广应用提供技术支持。