近年来我国装配式混凝土结构发展迅速, 并有多部关于装配式混凝土结构的施工质量验收标准相继发布。对于预制构件的安装偏差, 可以参考的现行规范有JGJ1—2014《装配式混凝土结构技术规程》、GB/T51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》和GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》等, 对于预制构件安装偏差控制指标的规定, 基本沿用GB50204以前的版本, 较少有系统调研。为了对现阶段施工中安装质量偏差指标进行研究, 根据我国工程实际情况, 在杭州、武汉、北京等8个地区的11个项目共38栋楼展开实测调研, 测量了包括预制墙体轴线位置等在内的多个安装质量控制指标。

实测项目及测量方法主要依据有JGJ1—2014《装配式混凝土结构技术规程》、GB/T51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》、GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》及GB/T50344—2004《建筑结构检测技术标准》等的规定确定。

选取有代表性的唐山、上海、武汉、北京、杭州、济南、天津、西安8个地区, 11个装配式项目共38栋楼进行实测, 既有装配式剪力墙结构, 也有装配式框架结构。预制构件类型主要为预制墙板、预制叠合楼板、预制柱及预制梁。

1) 墙体轴线位置 如图1所示, 使用钢尺测量墙体与安装控制线 (多为300mm) 的距离, 求得最大距离与300mm之差的绝对值即为轴线位置偏差。

2) 柱轴线位置 如图2所示, 使用钢尺分别在2个方向上测量柱边缘与安装控制线 (多为300mm) 的距离, 求得最大距离与300mm之差的绝对值, 取2个方向的偏差最大值即为柱轴线位置偏差。

3) 墙体垂直度 如图3所示, 使用吊线并配合钢尺量测的方法测量墙体垂直度, 上、下各测2尺, 2尺之差的绝对值即为预制墙体垂直度。

4) 柱垂直度 如图4所示, 分别在柱的2个方向测量垂直度偏差, 取偏差最大值为预制柱的垂直度偏差。

5) 相邻墙体平整度 如图5所示, 检测尺平放于两墙体相邻部位, 用塞尺插入检测尺与墙体的缝隙中, 读取其最大值即为墙体平整度。

6) 楼板标高 如图6所示, 将测距仪放在1m线处并向上打点, 测量结构1m线与上层楼板底部的距离, 其实测数值与设计值的差值即为楼板标高偏差。

7) 梁标高 如图7所示, 测量从结构1m线到梁底的距离, 每根梁测量2个端点, 取其最大偏差为梁的标高偏差。

8) 全高垂直度 如图8所示, 将经纬仪架设在建筑物外, 与建筑物距离为1～1.5倍楼高, 沿着建筑物的大角逐层测量, 在经纬仪上通过十字丝的竖丝偏移量读取垂直度偏差。

9) 相邻楼板平整度 如图9所示, 将检测尺平放在相邻楼板位置, 用塞尺插入检测尺与楼板的缝隙中并读取最大值。

10) 墙板接缝宽度 如图10所示, 用钢尺量测墙板接缝宽度的最大值与设计值之差即为楼板接缝宽度偏差。

测得2 774个预制墙体的轴线位置偏差值、319个框架柱的轴线位置偏差值和193个梁轴线位置偏差值, 绘制直方图如图11所示。

由图11可知, 实测的预制墙体、柱轴线位置偏差多分布在0～10mm, 墙体、柱轴线位置偏差在3mm处测点频数最多, 梁轴线位置偏差多分布在 0～4mm, 且在2mm处测点频数最多。此外, 轴线位置偏差存在部分异常点偏差过大, 实测墙体轴线位置最大安装偏差为25mm, 偏差>10mm的测点共55个;柱轴线位置最大安装偏差为16mm, 偏差>10mm的测点共2个, 梁轴线位置偏差较小。出现此类异常偏差可能是下层钢筋偏位导致上层构件无法按原位置安装造成的。

此外, 图11中曲线为依据统计数据得到的轴线位置对数正态分布曲线, 这3条曲线与对应直方图大体相符, 表明实测的轴线位置偏差有服从其对数正态分布的趋势。

不同允许偏差下预制墙体、柱、梁的轴线位置合格率如表1所示。当墙体轴线位置允许偏差分别取5, 7mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%;当柱轴线位置允许偏差分别取4, 5mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%;当梁轴线位置允许偏差取3mm时, 实测合格率为87.05%, 接近90%。拟合出不同轴线位置允许偏差与合格率的函数关系, 如图12所示。

从图12可以求得预制墙体、柱、梁轴线位置允许偏差与合格率的函数关系分别如下。

墙体:

$y=\frac{-1.432x{}^2+24.179x-7.427}{100}\times 100\%(1)$

式中:x取2～8mm。

柱:

$y=\frac{-2.224x{}^2+32.270x-18.62}{100}\times 100\%(2)$

式中:x取2～8mm。

梁:

$y=\frac{-5.313x{}^2+48.741x-11.436}{100}\times 100\%(3)$

式中:x取2～5mm。

上述3个方程的相关系数分别为0.990 43, 0.996 78, 0.999 95。

由式 (1) ～式 (3) 近似求出合格率分别为80%, 90%时, 墙体轴线位置允许偏差分别应取5, 7mm, 柱轴线位置允许偏差分别应取4, 5mm, 梁轴线位置允许偏差均取3mm。

测得3 290个预制墙体的垂直度偏差值和319个预制柱的垂直度偏差值, 绘制直方图如图13所示。

由图13可知, 预制墙体、柱的垂直度偏差多分布在0～8mm, 分布较集中。墙体垂直度偏差在3mm处测点频数最多。柱垂直度偏差在1mm时测点频数最多。实测的预制墙体垂直度偏差最大为15mm, 偏差>10mm的测点共31个, 实测的预制柱垂直度偏差最大值为7mm, 频数为1。

此外, 由图13中曲线为依据统计数据得到垂直度对数正态分布曲线, 这2条曲线与对应直方图大体相符, 表明实测的垂直度偏差有服从其对数正态分布的趋势。

求得不同允许偏差下的合格率如表2所示。

当墙体垂直度允许偏差分别取4, 5mm时, 实测合格率分别接近80, 90%, 当柱垂直度允许偏差分别取3, 4mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%。拟合出不同垂直度允许偏差与合格率的函数关系, 如图14所示。

测得2 421个相邻预制墙体的平整度偏差或预制墙体与现浇段的平整度偏差值, 且均在室内测量, 绘制直方图如图15所示。

由图15可以看出, 相邻墙体平整度偏差多分布在0～10mm, 分布较集中。平整度偏差在2mm处测点频数最多。最大平整度偏差为15mm (塞尺最大量程为15mm, 超过此量程也按15mm记录) , 偏差>10mm 的测点共31个, 现场实测时, 这种情况主要发生在与预制墙体相连的现浇墙体处, 由于模板固定不牢导致现浇混凝土部分发生胀模。

此外, 图15中曲线为依据统计数据得到的相邻预制墙板平整度对数正态分布曲线, 该曲线与直方图趋于一致, 表明相邻预制墙板平整度有服从其对数正态分布的趋势。

求得不同允许偏差下的合格率如表3所示。

由表3可以得到不同允许偏差下相邻预制墙板的合格率, 当墙垂直度允许偏差分别取5, 6mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%。拟合得到允许偏差和合格率之间的函数关系, 如图16所示。

由图16可以求得相邻预制墙体平整度允许偏差与合格率的函数关系式为:

$y=\frac{-1.011x{}^2+17.172x+23.794}{100}\times 100\%(4)$

式中:x取4～8mm。

该方程的相关系数为0.999 28。

由式 (4) 近似求出合格率分别为80%, 90%时, 相邻预制墙体平整度允许偏差分别应取4, 6mm。考虑到允许偏差为4mm时实测的合格率为76.21%, 而允许偏差为5mm时实测的合格率为84.63%, 当合格率指标为80%时, 为满足验收要求, 该项指标取5mm更合理。

由于墙体平整度主要影响观感质量, 对结构性能基本无影响, 因此在制定验收标准时应考虑墙体的装修做法, 对于抹灰墙体应适当放宽要求, 对于不抹灰墙体应严格控制施工质量。

在调研过程中还发现, 与采用木质模板的工程相比, 现浇段采用铝合金模板的项目胀模现象较少, 在平整度控制方面要好。

测得3 527个预制叠合板、146个预制梁和193个预制柱的标高偏差, 绘制方图如图17所示。

由图17可以看出, 3 527个楼板标高偏差多在-10～15mm, 实测偏差在1mm处测点频数最大, 超出-10～15mm的测点共51个。实测最大负偏差为-16mm, 最大正偏差为19mm, 负偏差测点共 1 269 个, 正偏差测点共2 052个, 相对于原规范-5～5mm, 偏差较大。究其原因, 一方面是由于安装时自身的精度控制不到位;另一方面则是由于支撑固定不牢, 在后期施工荷载作用下对标高产生影响。

此外, 图17中曲线为依据统计数据得到的楼板标高正态分布曲线, 该曲线与直方图趋于一致, 表明楼板标高有服从正态分布的趋势。

实测的146个梁标高偏差由于数据偏少且偏差范围较大, 图形显得较离散, 规律性不强。

实测的193个柱标高偏差较多分布在-2～4mm, 最大负偏差为-5mm, 最大正偏差为5mm, 整体有服从正态分布的趋势。

求得不同允许偏差下的合格率如表4所示。

由表4可以得到不同允许偏差下预制楼板、梁标高的合格率, 当预制楼板标高允许偏差分别取±7, ±9mm时, 其实测合格率分别接近80%, 90%;当预制梁标高允许偏差分别取±8, ±10mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%。现行规范对于预制楼板、梁标高的允许偏差要求为±5mm, 实测合格率仅为66.15%, 52.05%, 说明现阶段梁标高控制有一定质量问题。现浇结构中梁板标高是一体的, 很少出现一个合格、另一个不合格的问题。在装配式结构中, 由于预制梁板单独安装就位, 如果在安装阶段对构件底部标高控制不好, 会带来一个合格、另一个不合格的问题。

对于预制柱的标高, 当标高允许偏差取±3mm时, 实测合格率为89.12%, 如果合格率控制指标为80%或者90%时, 允许偏差取±3mm时都较为合理。以上数据均是在某一施工质量较高的企业示范项目测得, 其他企业由于缺少数据, 对该项指标的施工质量控制水平尚不可知。

测得相邻预制楼板平整度偏差数据1 658个, 绘制直方图如图18所示。

由图18可以看出, 实测的相邻楼板平整度偏差绝大部分在0～10mm, 平整度偏差在3mm处的测点频数最大, 偏差>10mm的测点共5个。最大平整度偏差为15mm, 只出现1次。

图18中曲线为依据统计数据得到的相邻预制楼板平整度对数正态分布曲线, 该曲线与直方图趋于一致, 表明相邻预制楼板平整度有服从其对数正态分布的趋势。

求得不同允许偏差下的合格率如表5所示。

由表5可以得到不同允许偏差下相邻预制楼板的合格率, 当允许偏差分别取5, 6mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%。拟合得到允许偏差和合格率之间的函数关系, 如图19所示。

由图19可以求得相邻预制楼板平整度允许偏差与合格率的函数关系式为:

$y=\frac{-1.49x{}^2+23.682x+3.48}{100}\times 100\%(5)$

式中x取4～8mm。

该方程的相关系数为0.995 68。

由关系式近似求出合格率分别为80%, 90%时, 相邻预制楼板平整度允许偏差分别应取5, 6mm。

另外, 此项控制指标也应考虑观感要求及饰面层的施工做法, 如果饰面层较薄, 允许偏差应按更严格的标准执行。

测得墙板接缝宽度偏差值353个, 绘制直方图如图20所示。

由图20可以看出, 墙板接缝宽度偏差分布较离散, 样本在-10～15mm出现较多, 最大负偏差为-16mm, 最大正偏差为18mm, 施工企业对该项指标的安装精度控制较差, 原因为:①施工机具的限制, 自重大的预制墙板安装困难;②钢筋与套筒内壁存在空隙, 由JGJ355—2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》可知, 对于直径为12～25mm钢筋, 套筒灌浆段最小内径与连接钢筋公称直径最小有10mm差值, 2块墙板在极端条件下会产生最大的正负偏差, 为接缝安装偏差提供了理论上的可能性。

此外, 由图20中曲线为依据统计数据得到墙板接缝宽度正态分布曲线, 该曲线与直方图大体相符, 表明墙板接缝宽度有近似服从正态分布的趋势。

求得不同允许偏差下的合格率如表6所示。

由表6可以得到不同允许偏差下相邻墙板接缝宽度的合格率, 当允许偏差分别取±10, ±12mm时, 实测合格率分别接近80%, 90%。

对预制外墙大角进行测量, 根据不同楼层, 共测得93组数据, 逐层求得其平均值、允许偏差及合格率如表7所示。

由表7可以看出, 预制外墙的全高垂直度整体精度较高, 偏差较小, 即使在某一层存在超差现象, 在后续楼层施工中, 施工企业也会采取纠偏措施, 减小安装偏差。在这93组共计844个数据中, 出现>20mm 偏差的测点共计20个, 总体合格率为97.63%, 合格率高。在不影响结构性能的前提下, 装配式混凝土结构的全高垂直度控制指标可采用现浇混凝土结构中控制指标, 即全高 (H) ≤300m时, 控制指标为H/30 000+20mm。

1) 依据现场实测数据, 合格率为80%, 90%时, 不同指标的允许偏差如表8所示。

2) 当全高垂直度允许偏差采用GB50204—2015中现浇结构分项规定的指标时, 实测合格率为88.17%。

3) 楼板、柱标高及墙板接缝宽度有服从其正态分布的趋势;墙体、柱、梁的轴线位置, 墙体、柱的垂直度, 相邻墙板的平整度, 相邻楼板的平整度有服从其对数正态分布的趋势;梁标高由于实测数据少且离散度高无法得出其分布模型。

4) 装配式混凝土结构的施工质量整体较好, 施工精度优于现浇混凝土结构。

本次调研多集中于采用剪力墙结构的住宅小区项目, 对于框架结构调研的项目相对较少, 得到的梁、柱等构件的安装偏差数据相对较少, 导致梁、柱的实测数据不能全面反映施工单位的实际施工水平, 后期可补充实测这类构件的安装偏差。