HPC保温一体化外墙板施工技术*

孔令宇，彭 渤，庄凤文，杨 铮，刘盛开

(中建三局集团有限公司，湖北 武汉 430064)

1 工程概况

中国人民大学通州校区西区学部楼1期项目位于北京市通州区，东至畅和西路、西至前北营街、南至明德街、北至新校区内代征绿地。项目总建筑面积为54 500m2，其中地上建筑面积25 135m2，地下建筑面积29 365m2，由新闻学院楼、艺术学院楼、未来传播创新中心3个学部楼组成，如图1所示。地上5层，地下3层，最大建筑高度24m，为钢框架结构，采用桩筏基础，外檐主要采用高性能混凝土保温一体化外墙板(下文称HPC复合墙板)。

图1 工程项目效果

该项目外檐充分体现各学院特色，新闻学院楼、未来传播创新中心采用传统的“人大红”，并分别配以砂岩质感、灯芯绒肌理，与周边教学建筑风格相协调；艺术学院楼采用油画画布肌理和木纹清水混凝土肌理，体现学院文化特色，同时，大面积采用玻璃，有机融合各面层效果，彰显庄重的高尚品味。

为达到上述效果，外檐大面积应用HPC复合墙板，在保证外立面效果的同时，通过装配式施工方法，大大减少工作量。

2 HPC复合墙板工程概况

2.1 HPC复合墙板特点

HPC复合墙板目前暂无相应设计、施工及验收标准与规范，本文主要优化HPC复合墙板的面层、防水构造形式、挂装节点等。

HPC复合墙板由板材系统+断热铝合金窗系统组成，整体在工厂一次浇筑成型，运至现场后进行吊装施工即可。板材系统由内页高性能混凝土板、夹心岩棉、外页高性能混凝土板、铝合金卡槽构成，内页板、外页板保温岩棉整体在工厂由高性能混凝土一次浇筑成型，不使用螺栓等连接件。高性能混凝土具有抗压和抗拉强度高、耐久性高、防火性能好[1]、面层做法多样等特点。HPC复合墙板剖面如图2所示。

图2 HPC复合墙板剖面

应用高性能混凝土作为面板材料的同时，可在内部设置连续受力的背栓体系，以保证整个板块与主钢架连接的安全性。

HPC复合墙板支座体系采用一体化底座及钩挂式挂件，可保证板块进行三维调节，消除施工及结构误差带来的影响，确保施工安装的可操作性和工程质量。

2.2 HPC复合墙板工程重难点

1)外立面效果要求高 该项目外檐效果要求较高，HPC复合墙板表面需颜色丰富、肌理多样，部分效果如图3所示。该项目HPC复合墙板共2 800块，需制作不同模具近500套，其中新闻学院楼模具100套、艺术学院楼模具310套、传播中心平板模具90套。保证HPC复合墙板的生产加工效果，是本工程重难点之一。

图3 HPC复合墙板外立面效果

2)安装精度要求高 HPC复合墙板作为内墙、保温、外饰面一体化的墙板，单板较大，最大尺寸达2 083mm×6 050mm×450mm，最大板块重2.8t，尤其是三棱镜斜柱[2]、立面转角，女儿墙、玻璃幕墙交界及地下庭院等部位对墙板安装精度提出较高要求，且HPC复合墙板设计有标准板和较多非标准板，如何快速精准地进行安装和工序穿插是施工难点。

同时，钢结构施工存在允许误差，但HPC复合墙板允许误差小于钢结构允许误差，如何解决允许误差对钢结构、HPC复合墙板的影响是亟需解决的问题。保证板材安装精度，是保证工程质量最重要的部分。

3)外檐渗漏风险高 外檐渗漏因素如下，缺一不可：①幕墙表面有缝隙；②缝隙周围有水；③有水通过缝隙进入幕墙内部的作用(即压力差)。实际情况中，外檐表面接缝处无法消除缝隙、雨水，只能通过消除作用使雨水不通过外壁缝隙进入等压腔内部。由于不能消除内壁缝隙、压差，可通过雨幕原理阻止雨水进入幕墙内壁，即通过外壁内、外两侧等压，使水无法进入内壁，则内壁不会发生渗漏。然而，实际情况中很难达到完全等压，因为外壁压力一般由风作用引起，风荷载在空间、时间、环境等因素影响下均会发生变化，且风压在幕墙外表面分布不均，导致外侧压力与压力腔中的压力始终不等，当外侧压力大于等压腔压力时，在幕墙开口处有雨水渗入等压腔的情况。在此情况下，需考虑部分雨水通过开口进入腔体的可能，需将进入等压腔的水及时排出[3]。

基于以上原理，HPC复合墙板采用对插接缝处防水构造，即在横向接缝外侧设置披水胶条，仅在2个单元组件连接处留1个小开口，使等压腔与室外空气流通，以维持压力平衡，形成自上而下、自左到右的连续外壁体系，即幕(见图4)。披水胶条可沿接缝阻止大量雨水渗入幕墙内部，仅开口处有少量雨水渗入，然后通过U形铝合金型材(集水槽)沿竖框空腔下落进行分层集水，最后排至室外面板表面，且排水孔远离接缝，可避免缝隙周围水聚集，减少外墙渗漏风险。

图4 HPC复合墙板防水构造

3 HPC复合墙板关键施工技术

3.1 主体钢结构预埋

主体钢结构生产加工前应进行图纸深化，以确定HPC复合墙板的分格、定位，并通过计算减重处理HPC板，以满足保温效果及最外侧钢框架梁的抗倾覆要求。同时，应确定HPC复合墙板定位、连接方式、埋板要求，当钢框架梁在工厂加工时，可将14mm厚的钢埋板一并焊接加工。

3.2 施工测量

1)主体结构三维扫描 主体结构安装完成后，应利用三维激光扫描仪检测结构及外墙，以获取三维修正BIM模型(见图5)。对比设计师的三维模型后，进行修正深化设计，通过调整各板块尺寸，保证安装精度[4-5]。

图5 三维点云扫描模型

2)放线 正式施工前，采用机器人放线全站仪进行放线，完成复杂面空间点定位，提高放线精准度、放线效率，在地面轻松完成高大空间的高空点定位，减少高空作业安全隐患。

3.3 钢底座焊接

在钢底座中间设置15mm厚镀锌加劲钢板，每2块HPC复合墙板共用1个钢底座。将钢底座焊接于主体结构钢梁的钢埋板上。正式焊接前，再次利用全站仪复测定位镀锌钢埋件位置，根据复测位置进行焊接。

3.4 转接件安装

选用15mm厚镀锌钢板制成L形转接件，每2块HPC复合墙板共用1个镀锌钢转接件。

采用全站仪复测定位上挂点，将镀锌钢转接件通过不锈钢螺栓固定在镀锌钢底座上。下挂点经全站仪复测定位后，将镀锌钢转接件直接焊接至钢底座上。

3.5 墙板挂装

HPC复合墙板在工厂加工后，使用塑料保护膜包好，并安装胶垫、钢架，每6块墙板进行装车，运至现场后堆放至指定堆场，待现场挂装时从堆场二次转运至施工地点。安装镀锌钢转接件后，使用25t汽车式起重机配合曲臂登高车吊装HPC复合墙板。采用放线机器人和人工全站仪确定HPC复合墙板的安装标高、位置后，利用起重机吊装HPC复合墙板。

在工厂加工HPC复合墙板时，将顶部板材内预留2组(每组2个)M20螺栓套筒，并在铝合金卡槽相应位置开槽。将板材运至现场后，使用不锈钢卡槽将12mm厚特质精密不锈钢吊耳锁紧在铝合金卡槽内，并使用M20×80螺栓拧紧至板材顶部。安装完板材后，及时拆下吊耳，吊耳可周转使用。

由于最大的HPC复合墙板块重2.8t，故选用18号钢丝绳和3.3t规格的卸扣，将卸扣安装在HPC复合墙板预制吊装耳板上，使用起重机垂直吊运整块墙板至安装部位，竖直将墙板落入铝合金卡槽内，如图6所示。

图6 HPC复合墙板吊装示意

各HPC复合墙板间采用铝合金卡槽相连，仅能通过公卡槽插入母卡槽的形式连接，因此水平安装顺序需保证整楼外檐由起始安装点向另一侧方向安装，竖向安装为完成下层安装后，方可安装上一层的HPC复合墙板。在施工电梯等需要中间预留HPC复合墙板的部位，应反装左右两侧的铝合金槽，以保证现场安装。

HPC复合墙板挂装到位后，将墙板镀锌钢挂件插入镀锌钢转接件中，在墙板镀锌钢挂件上设置不锈钢调节螺栓并拧紧，再将HPC复合墙板从镀锌钢转接件上顶出，微调墙板定位并经全站仪复测，确定墙板安装到位后，拧紧上下挂点所有镀锌钢转接件与HPC复合墙板镀锌钢挂件间的固定螺栓，完成墙板安装与固定。镀锌钢底座、镀锌钢转接件、镀锌钢挂件与HPC复合墙板整体组装如图7所示。

图7 HPC复合墙板挂接组件

安装完一整面墙体后，采用全站仪复核各墙板拼缝处及整面墙体的平整度，及时调整有问题的墙板板块。通过验收后，应在墙板拼缝处按照设计要求进行打深胶处理，并清洗、保护墙面。

3.6 质量控制措施

1)安装质量要求 HPC复合墙板内页板内面与预制混凝土结构净距应≥40mm，与现浇混凝土结构净距应≥50mm，与钢结构净距应≥40mm；HPC复合墙板与主体结构连接点在上下、左右、前后方向内的调节空间净距应≥25mm。

安装后的HPC复合墙板外立面线条应清晰、层次分明、表面平整、曲面过渡光滑，整体效果应达到建筑设计要求，表面应洁净，颜色、质感应符合样板要求。竖向构件应保证垂直度，HPC复合墙板立面3m高度垂直度偏差应≤5mm，立面15m高度垂直度偏差应≤10mm，立面30m高度垂直度偏差应≤20mm。横向构件应保证平直度，单个HPC复合墙板顶部标高与设计标高偏差应≤10mm，相邻构件顶部标高偏差应≤5mm。HPC复合墙板间的接缝应平直、均匀，不得有歪斜、错台及边角损坏。HPC复合墙板长度≤6m时，接缝宽度与设计宽度偏差应≤5mm，HPC复合墙板长度>6m时，接缝宽度与设计宽度偏差应≤10mm。相邻HPC复合墙板面内错台偏差应≤5mm，与主体结构相连的连接件定位偏差应≤5mm。

2)安装质量控制措施 由于钢结构与HPC复合墙板均存在多种类型的构件，预制完钢结构构件与HPC板后，应在每块构件或板上贴二维码作为唯一标识。二维码包含构件或板的编号、位置、生产安装等信息。严格实行样板引路制度，推行样板墙制度。进场初期，制作HPC复合墙板大样，并对墙板进行相关试验，直至墙板质量满足外墙要求，当确定墙板材料配合比后，应出具检验报告。同时，同步启动墙板外立面效果认样工作，通过调整外立面细节，达到建筑要求的效果。确定墙板材料后，应在施工现场选定样板区域安装样板，并调整样板墙面平整度，最后邀请业主单位、设计单位、监理单位等共同进行验收，确定工艺做法。样板引路制度便于在施工前就确定新工艺，经过检查监督，把问题解决在大面积施工前，样板做好并经各单位联合验收后方可进入大面积施工。

对整个施工过程实行工序操作挂牌制，各工序坚持自检、专业检、交接检制度，做到工前有交底、过程有检查、工后有验收的操作管理方式，以确保工程质量，避免返工。严格执行施工员、质检员旁站制度，安装过程中应确保每道工序都满足质量要求。建立质量过程控制系统，要求全部管理人员深入理解、无条件执行质量管理程序。

3)质量信息专项反馈制度 质量信息专项管理工作由质检部具体负责，做好收集、汇总、分析质量信息等工作。在设置专门施工员、质检员旁站的同时，组织专项检查小组抽查各施工作业面，及时将信息反馈到相关部门，并督促整改。此外，组织专人负责材料运输、堆放等，并汇总分析信息资料。在做好质量反馈记录的同时，应进行研究处理、统计分析，以找出问题，并提出改进、攻关方案，使反馈的信息及时发挥作用。

3.7 成品保护

1)出厂包装保护 HPC复合墙板角部均设有专门的护角，在底部垫有木方或其他皮质垫块，墙板表面应全部覆盖包装膜，墙板运输架应安装牢靠。

2)超大墙板运输保护 运送HPC复合墙板时，需用专用保护制品保护四角等露出部件，使用绳子进行固定，防止倒塌。

3)工地现场成品保护 将HPC复合墙板运至现场后，应设置专用堆放场地，方便周转架运输、装卸、存放，专用堆放场地应设在雨水淋不到且通风良好的位置。将HPC板块依照先出后进的原则进行排列放置，防止多次搬运导致HPC板块发生损坏、变形。HPC板块应避免直接叠层堆放，防止因重力作用导致变形或损坏。使用塑料保护膜，同时在内、外表面涂刷保护膜。

4)安装后成品保护 当板块安装就位后，在室内表面贴上警告标识，并派专人反复巡视板块安装完工层，阻止破坏及污染行为，并及时修复表面痕迹。

4 结语

1)HPC复合墙板作为装配式一体化外墙板，为装配式混凝土构件发展提供新方向，通过幕墙系统挂接组件，将传统预制剪力墙构件转换为幕墙系统，并借鉴雨幕设计原理，优化HPC复合墙板的风压变形性能、雨水渗透性能、空气渗透性能，使其满足外围护结构要求。

2)HPC复合墙板通过整合外檐装饰系统、保温系统、窗系统等，大大减轻幕墙工程质量对工人技能、施工环境的依赖性。相比单元幕墙系统，HPC复合墙板的外饰面效果更好，多样性与选择性更多，更具生命力。相比装配式混凝土外墙板和传统现浇混凝土剪力墙，HPC复合墙板一体浇筑成型，整体性、防渗漏、抗风压性能更好，工程质量较高。

3)通过钢埋板、镀锌钢埋件、镀锌钢L形转接件与HPC复合墙板镀锌钢挂件相焊接、栓接，并通过各钢构件间的定位调整及螺栓调节作用，对HPC复合墙板进行三维调节。在工厂内预制HPC复合墙板，大大降低现场施工难度，提升施工效率、缩短工期。