大型工业厂房建设具有工期紧、交叉作业多、高空作业量大和安全防护难度大等特点。传统现浇施工工艺存在资源投入量大、劳务人员多、周转材料多和安全管控难度大等问题, 建筑行业劳动力短缺、材料成本上涨和环保要求不断提升使得厂房的施工组织越发困难。采用高效、绿色施工技术和科学组织方法成为当前大型厂房建设发展方向。

在日本、韩国、新加坡等采用先进施工工艺的国家, 由于其劳动力成本高, 对建筑品质和环保要求严格, 大型工业厂房广泛采用装配式结构, 取得了良好的经济和社会效益, 为我国厂房建设转型提供了参考。近年来, 我国大力发展装配式建筑, 颁布了一系列政策、法规, 中建一局集团建设发展有限公司积极响应国家政策, 在多个大型工业厂房中进行装配式施工实践, 积累了丰富经验。

西安市某电子厂房动力站项目, 地下1层、地上2层, 建筑面积约6万m², 柱网尺寸10.2m×8.1m, 最大层高12.9m。采用装配整体式混凝土框架结构, 预制混凝土构件类型包括预制柱、预制梁、预制叠合底板, 工程量如表1所示。

本工程预制构件最大尺寸为1 450mm×1 600mm, 最大吊重达32t, 对吊装设备选型与布置提出了高要求。基于现场实际情况, 采用7台塔式起重机, 最大型号STT2200, 最大吊重120t, 臂尖最小吊重超过10t, 确保满足安装要求。现场塔式起重机平面布置如图1所示。

与传统现浇施工工艺相比, 装配式施工中的预制构件在工厂生产, 运至施工现场后依靠大型吊装设备进行安装, 极大降低了现场钢筋绑扎、模架支设和混凝土浇筑等分项工程工作量, 但对预制构件生产和安装的计划性、现场施工质量、各部门组织协调等方面有更高要求。把握并解决这些重难点是实现装配式厂房施工优势的前提。

本工程典型中柱截面尺寸为1 200mm×1 200m, 重25t, 灌浆套筒32个;典型边柱和角柱截面尺寸为1 600mm×1 200mm, 重32t, 灌浆套筒64个 (见图2) , 安装时精确定位难度大。预制柱采用连通灌浆工艺, 单个构件灌浆量为200～350kg, 对套筒灌浆工作的连续性要求高, 作业难度大;预制柱吊重大, 安装时精调工序难以控制;此外, 现浇筏板钢筋密集, 对预制柱插筋定位影响较大, 若误差超限将直接影响预制柱安装。

针对单柱套筒灌浆量较大的情况, 为保证灌浆质量, 应对灌浆工艺进行严格管控, 具体应对措施如下: (1) 灌浆料配合比应严格按厂家说明; (2) 搅拌均匀后进行浆料流动性检测, 合格后方可进行灌浆作业; (3) 灌浆料从加水到灌浆作业完成不得超过30min。

筏板柱插筋定位措施为: (1) 采用“3层定位”方式 (见图3) , 并由构件安装劳务单位进行定位安装; (2) 混凝土浇筑完成后, 在安装前用定位钢板进行校核, 然后正式吊装预制柱, 既减少吊装设备投入时间, 又可保证安装过程顺利进行。

厂房使用荷载大, 结构用钢量大, 预制构件连接节点区域内钢筋避让困难, 施工过程中控制精度要求高, 导致安装难度大。

应对措施: (1) 对预制梁下部纵向出筋进行优化, 减少出筋数量; (2) 尽量选择大直径钢筋, 减少钢筋数量, 优化节点区空间; (3) 加强生产过程中检验与验收, 控制灌浆套筒和柱头出筋定位精度; (4) 做好成品保护。

以预制梁柱连接节点区钢筋避让优化为例, 通过深化设计, 对同向预制梁纵筋进行水平错位排布、实现水平避让 (见图4a) ;对垂直相交预制梁下部出筋高度进行调节, 实现竖向避让 (见图4b) 。

装配式厂房的预制构件规格大、种类多, 构件蒸养、裂缝处理等控制难度较大。

应对措施: (1) 控制混凝土坍落度, 分层浇筑、振捣且严格控制升、降温速度和脱模温度; (2) 根据气候条件提前安排生产计划和防雨措施; (3) 加强验收管理, 较轻损伤可在现场修复, 损伤较大则返厂处理; (4) 对预制构件的混凝土配合比进行优化并严格控制振捣工艺, 防止浇筑过程中出现混凝土离析现象, 出厂前对构件叠合面的浮浆进行清理, 增强现浇和预制混凝土间的黏结力。大型构件质量控制措施如图5所示。

本工程最大预制柱截面尺寸为1 450mm×1 600mm, 重32t;最大预制梁截面尺寸为1 300mm×800mm (b×h) , 重26t, 堆放与运输过程中的成品保护是影响构件质量、安装精度的重要管控点, 如某些板类构件堆放时, 支点位置选择不当、层数超限等易导致构件开裂。

以格构梁成品保护为例, 保护措施如下: (1) 堆场设置护栏; (2) 垫木用珍珠棉包裹, 防止污染构件; (3) 出筋用塑料制品包裹, 防止生锈和损坏套丝。经过以上重点细节管控, 预制格构梁构件成品保护效果非常好, 无运输、堆放损坏。

较传统施工方式, 装配式施工现场人员需求大量减少, 但对前期准备阶段工作提出了更高要求。在施工前须制定详细的生产计划、材料供应计划, 提前完成各专项施工方案、现场总平面布置等工作内容, 在此过程中, 各专业、部门、配合单位间的协调工作量大, 对项目管理人员能力要求非常高。

应对措施: (1) 配备足够的管理人员, 并提前进行培训, 对预制构件生产质量和进度、构件运输和安装计划进行统筹管理, 明确管理团队内各部门职责, 落实到人, 专人对接专项事务; (2) 各供应商、劳务单位前期配合工作提前介入, 对可能出现的问题进行预判, 使项目按计划推进。

厂房建设工期紧张, 预制构件深化图变更频繁, 图纸管理、深化设计管理工作量巨大。预制构件出图批次过多, 导致难以对构件排产进行统筹安排, 影响生产进度和项目成本。

模具管理难度也相对较高。一般住宅工程施工前已完成所有构件深化设计图纸并进行模具设计与合并, 构件厂可提前统筹安排, 减少改模次数, 提高生产效率;而厂房施工工期紧, 期间出图次数多, 图纸变更量大, 导致模具无法提前统筹安排, 改模工作量大, 增加了管理协调工作量, 影响生产效率。

出图时间不确定导致模具管理存在较大困难。若模具投入多, 改模工程量减少, 生产进度提高, 但会增加成本;而减少模具配备会增加模具更改工作量, 影响生产进度。

应对措施: (1) 设置深化设计图纸管理专员, 建立图纸台账, 记录发图和图纸变更信, 与业主设计部门做好沟通, 及时掌握最新出图计划, 并通知构件厂提前做好生产准备; (2) 要求与构件厂、施工现场管理人员建立迅速有效的沟通模式, 将变更及时反馈至各部门、各相关单位。

模具管理通过增加驻厂管理人员, 督促构件厂改模进度进行管控。

由于厂房建筑面积大、施工流水段多、安装速度要求高, 构件运输需求量大, 构件种类多, 增加了构件调运管理难度及运输压力。

应对措施:设置专人负责构件调运管理工作, 制定详细安装计划、进出场计划, 监督构件生产, 加强堆场管理, 现场严格按计划施工。

大型厂房建设中, 合理布置预制构件堆场对现场有序安装十分重要。本工程预制构件种类多, 堆场管理难度较大。若堆场设置面积大, 进、出场管理难度大, 堆场施工成本高;若堆场设置面积小, 无法保证现场构件供应充足。

应对措施: (1) 做好进出场记录; (2) 构件按塔式起重机布置区域进行堆放; (3) 日常构件堆放量占堆场容量80%, 给可能出现的意外情况留下余量。

本工程构件数量6 105块, 共1 642种, 堆场面积2.5万m², 安排5人进行24h管理, 保证现场供应。

大型厂房建筑具有层高大、高空作业多、构件重量大等特点, 施工过程中存在诸多安全隐患;为满足吊重、吊次要求, 常出现群塔作业情况, 塔式起重机碰撞风险大;现场工序穿插多, 劳务工人多且安全意识不强, 在构件安装就位、未进行有效连接期间, 存在较大安全隐患。

应对措施: (1) 加强安全管控, 实施安全例会管理制度; (2) 应用实名系统管控施工现场人员进出; (3) 做好安全防护, 严格按施工方案进行组织管理; (4) 制订群塔施工专项方案, 明确塔式起重机运行基本原则, 安装塔式起重机防碰撞装置等。

通过应用装配式施工技术, 西安装配式电子厂房项目取得良好的社会、经济效益。预制构件质量好, 提高了工程品质;结构施工劳务减少70%以上, 周转材料用量减少90%以上, 建筑垃圾大量减少, 实现高效、绿色的施工目标。现浇与装配式施工效益对比分析如表2所示。

在准备工作前置, 协调设计、生产和现场施工, 实行高效、精细化管理的前提下, 工业厂房施工中应用装配式技术经济效益明显。

采用装配式技术是大型工业厂房未来发展方向。为充分发挥装配式建筑质量好、节省人工和绿色环保等优势, 需要制定合理的技术方案和采用科学的管理手段, 对项目管理人员的综合素质提出了更高要求。本文根据实际项目进行总结, 对现场管理和预制构件生产、运输、安装过程中的重难点进行论述, 为今后该类工程的实施提供了可借鉴的经验。