帶牛腿的勁性清水混凝土施工技術(shù)

陳 穎

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

近年來，清水混凝土在國內(nèi)各種公共文化項(xiàng)目中得到了廣泛的運(yùn)用，包括上海龍美術(shù)館、青浦保利大劇院等一系列項(xiàng)目，都將清水混凝土和建筑設(shè)計(jì)完美地結(jié)合在了一起。本文以上海圖書館東館項(xiàng)目為工程背景，從鋼結(jié)構(gòu)深化、鋼筋與模板體系設(shè)計(jì)、混凝土配合比優(yōu)化以及產(chǎn)品保護(hù)等方面，對帶外伸鋼牛腿的勁性清水混凝土施工技術(shù)進(jìn)行了研究與總結(jié)，為后續(xù)類似工程提供借鑒[1-3]。

1 背景工程概況

上海圖書館東館項(xiàng)目規(guī)劃用地面積約39 600 m2，總建筑面積115 000 m2，地上7層，地下2層。建筑整體就像一塊正在雕琢的玉石，作為城市的客廳和市民文化交流的中心，設(shè)計(jì)師選擇了清水混凝土來體現(xiàn)圖書館樸實(shí)無華、自然沉穩(wěn)的外觀韻味（圖1）。

本工程上部結(jié)構(gòu)采用框架＋剪力墻筒體結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)件為28根現(xiàn)澆清水混凝土勁性圓柱和4個(gè)清水混凝土勁性剪力墻筒體，水平構(gòu)件采用鋼桁架和鋼梁，混凝土強(qiáng)度等級為C60，清水混凝土面積約11 000 m2，外觀要求確定為表面顏色基本一致，由有規(guī)律排列的對拉螺栓孔眼、明縫、蟬縫、假眼等組合形成的，以自然質(zhì)感為飾面效果的飾面清水混凝土（圖2）。

圖1 清水混凝土效果

圖2 清水混凝土平面布置示意

2 勁性結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)

2.1 施工高度高且內(nèi)部構(gòu)造密集

本工程上部結(jié)構(gòu)層高均超過6.2 m，最高層高為7.8 m。核心筒板墻內(nèi)置剪力鋼板、鋼連梁、鋼暗柱，角柱內(nèi)置大截面十字鋼骨柱，且配筋截面較大，鋼筋布置較密（圖3）。圓柱直徑1.3 m，室內(nèi)中庭獨(dú)立柱最高為21 m。

圖3 核心筒角柱、圓柱勁性結(jié)構(gòu)與鋼筋平面示意

考慮到清水混凝土的要求，大層高板墻不宜分段澆筑，同時(shí)，由于角柱內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)加勁板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼筋間距較小，故無法設(shè)置串筒來降低混凝土下落高度，如何防止混凝土離析是混凝土澆筑的一大難點(diǎn)。此外，由于鋼筋間距較小，混凝土澆筑時(shí)振搗棒難以部署，如何保證混凝土澆筑密實(shí)也是難點(diǎn)之一。

2.2 混凝土強(qiáng)度等級高

勁性結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級為C60，高強(qiáng)高性能混凝土必須從原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化、泵送工藝、現(xiàn)場組織供應(yīng)以及養(yǎng)護(hù)等方面全方位考慮，確保混凝土具有可施工性、良好的體積穩(wěn)定性和高可泵性，且在凝結(jié)硬化的早期具有足夠的強(qiáng)度和高耐久性，同時(shí)須克服混凝土大流動性與抗離析穩(wěn)定性之間的矛盾，處理好屈服應(yīng)力與塑性黏度之間的流變關(guān)系等。

2.3 模板排列及施工難度大

核心筒墻體內(nèi)設(shè)剪力鋼板，角柱及框架圓柱存在外伸鋼牛腿，墻面分布著較多的門洞、管弄、消防箱等，均影響飾面清水混凝土蟬縫、螺栓眼的排列和施工。

此外，剪力鋼板開孔需結(jié)合墻面布局和模板排列，在鋼結(jié)構(gòu)深化階段提前確定，對設(shè)計(jì)與施工一體化提出了較高的要求，同時(shí)也是影響清水混凝土墻面觀感質(zhì)量的重要因素。

2.4 產(chǎn)品保護(hù)難度高

由于核心筒與外側(cè)水平結(jié)構(gòu)獨(dú)立施工，導(dǎo)致上部鋼結(jié)構(gòu)焊接及混凝土澆筑時(shí)外側(cè)無樓板隔離，需解決鋼結(jié)構(gòu)電焊和混凝土漿液的垂直流淌對下層已澆筑完成墻面的污染問題，產(chǎn)品保護(hù)難度高。

3 清水混凝土施工策劃

3.1 清水混凝土模板選型

模板是決定清水混凝土表觀效果的主要因素，針對墻體模板體系，先后試驗(yàn)了普通優(yōu)質(zhì)模板、光面優(yōu)質(zhì)模板、WISA模板、不銹鋼貼面模板，在綜合考慮清水效果和周轉(zhuǎn)利用的情況下，最終確定的墻模板體系為：“不銹鋼貼面模板”＋“T形鋁合金龍骨豎圍檁”＋“10#槽鋼橫圍檁”，配以塑料堵頭，具體如圖4所示。

圖4 不銹鋼模板、鋁合金龍骨、定型圓木模

針對圓柱模板體系，通過對定型圓木模、紙筒模、玻璃鋼柱模、內(nèi)襯軟玻璃木模等比選，結(jié)合施工操作便利性和清水表觀質(zhì)感，最終選用“定型圓木模”＋“定型扁鐵抱箍”＋“木方豎圍檁”體系。

3.2 清水混凝土配合比優(yōu)化

原材料是清水混凝土技術(shù)的關(guān)鍵因素，材料必須保證同廠家、同產(chǎn)地、同品種、同規(guī)格、顏色基本相同。在參考類似工程的混凝土配合比基礎(chǔ)上，考慮到C60混凝土的水化熱較高，在樣板施工中首先將水泥用量控制在400 kg/m3以下，加入礦粉及粉煤灰調(diào)整混凝土表觀色澤效果。

結(jié)合設(shè)計(jì)師現(xiàn)場觀感要求，通過試驗(yàn)室小樣配制，并且在后續(xù)樣板及實(shí)體施工時(shí)調(diào)整水泥、礦粉、粉煤灰的比例，確定了最終參數(shù)要求：坍落度為190±30 mm，水∶水泥∶礦粉∶粉煤灰∶砂∶石子∶減水劑＝165∶412∶52∶52∶683∶1 030∶5.68。

3.3 模板及螺栓布置圖深化

清水墻模板圖的制作，需滿足墻面拼縫整齊劃一、螺桿均勻?qū)ΨQ的要求，達(dá)到最終可視范圍內(nèi)墻面整體美觀的施工目標(biāo)。

模板圖需分層按墻面提交設(shè)計(jì)師確認(rèn)，結(jié)合勁性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在鋼結(jié)構(gòu)深化階段將螺栓眼位置與加工圖整合，由加工廠對鋼構(gòu)件統(tǒng)一預(yù)開孔。螺栓眼布置及局部墻平面如圖5所示。

圖5 螺栓眼布置及局部墻平面示意

清水定型圓木模由2個(gè)半圓拼合而成，外側(cè)采用定制圓柱箍，間距為200～300 mm，加設(shè)木方豎圍檁以及鋼管橫圍檁夾緊。梁柱節(jié)點(diǎn)部位采用定制圓模板開槽施工。

清水圓柱按建筑高度每隔2.4 m設(shè)置1道水平蟬縫，豎向設(shè)置2道蟬縫，水平蟬縫處設(shè)置定制柱箍并開觀察孔。

3.4 勁性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

對于鋼筋較為密集的節(jié)點(diǎn)，為保障混凝土澆筑密實(shí)，對鋼筋規(guī)格及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理優(yōu)化，增加鋼筋間隙。

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)階段，對剪力鋼板開孔位置及尺寸進(jìn)行優(yōu)化，綜合考慮了對拉螺桿設(shè)置、結(jié)構(gòu)預(yù)留插筋、混凝土澆筑密實(shí)度等因素，進(jìn)而保證清水混凝土的表面效果更加理想。

4 清水混凝土施工措施

4.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝

勁性柱和剪力鋼板安裝是勁性清水混凝土施工的第一道工序，對于鋼結(jié)構(gòu)分段部位的精度需要特別控制，施工過程中要求上下層鋼柱連接處的偏差不大于5 mm，垂直度偏差不大于0.1%。核心筒內(nèi)剪力鋼板由于跨度較大，構(gòu)件存放以及安裝過程中均容易產(chǎn)生平面變形問題，而變形過大會導(dǎo)致螺栓眼開孔跑位、混凝土保護(hù)層不足等情況發(fā)生。因此，在最終焊接固定之前，需矯正至中心位置。

針對清水混凝土要求，在鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，由測量人員在鋼結(jié)構(gòu)上畫出螺栓孔定位線并復(fù)核螺栓孔位置，若孔位偏差過大，應(yīng)立即對孔眼位置進(jìn)行整改。

4.2 鋼筋工程施工技術(shù)

剪力墻鋼筋在插筋時(shí)，先設(shè)置通長定位筋，然后根據(jù)模板排列圖標(biāo)示出螺栓孔的位置，引導(dǎo)插筋位置規(guī)避螺栓孔位。

在鋼筋綁扎前，先復(fù)核并保證剪力鋼板兩側(cè)底部插筋豎向位置與螺栓孔無沖突且滿足保護(hù)層要求，否則應(yīng)立即調(diào)整鋼筋。

鋼筋綁扎的扎絲采用鍍鋅鐵絲，扎絲不得碰到模板接觸面，扎絲頭全部向鋼筋內(nèi)側(cè)設(shè)置。同時(shí)將外側(cè)扎絲圓鉤全部壓平，防止外露，避免混凝土表面出現(xiàn)銹斑，并在施工過程中要求邊綁扎、邊清理。分布筋施工時(shí)，標(biāo)出豎向螺栓孔的位置，鋼筋安裝時(shí)避開。

4.3 模板工程施工技術(shù)

清水混凝土墻模板以吊頂標(biāo)高為界，采用木模與不銹鋼相結(jié)合的復(fù)合模板，T形鋁合金龍骨豎圍檁間距250 mm，10#雙拼槽鋼橫圍檁間距600 mm，且內(nèi)墻采用八字斜撐輔助控制垂直度。

剪力墻模板體系平面如圖6所示。

剪力墻采用φ16 mm對拉螺栓，預(yù)埋φ25 mm的PVC塑料套管，兩端采用φ40 mm專用塑料堵頭（圖7），螺栓孔水平、豎向間距不超過600 mm，呈矩陣排列。

圖6 剪力墻模板體系平面示意

圖7 清水混凝土專用堵頭

轉(zhuǎn)角處及T形墻無法設(shè)置對拉螺栓部位，采用將螺栓內(nèi)側(cè)與鋼筋或者鋼板焊接的方式單頭固定。

模板系統(tǒng)施工過程中，由對口管理人員全程監(jiān)控，從模板進(jìn)場驗(yàn)收、表面清潔、脫模劑涂刷、模板垂直度及螺桿配套防漏堵頭緊固度等細(xì)節(jié)入手，嚴(yán)格執(zhí)行程序管理，控制施工質(zhì)量[4-6]。

4.4 混凝土工程施工技術(shù)

為減小混凝土澆筑時(shí)側(cè)壓力以及減少冷縫的出現(xiàn)，墻體采用分層澆筑，每層澆筑高度為1 m，層間連續(xù)澆筑且總時(shí)間控制在0.5 h左右。在上層澆筑時(shí)，振動棒應(yīng)插入下層混凝土50～100 mm，振搗時(shí)間控制在30～40 s，使混凝土中氣泡充分上浮消散的同時(shí)避免過振產(chǎn)生離析。

混凝土振搗采用φ50 mm振動棒，剪力墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)較密區(qū)域，采用φ35 mm的小型振動棒。在核心筒角柱等鋼筋密集區(qū)域，振動棒在混凝土澆筑前布置到位，澆筑過程中只上拔不下插。

同時(shí)，為減少清水混凝土表觀小氣泡，在模板外側(cè)布置附著式輔助振搗器振搗，使氣泡充分上浮。在施工過程中，安排專人負(fù)責(zé)輔助振搗器的開啟和移位。

為確保混凝土的流淌性能滿足施工要求，針對高強(qiáng)度清水混凝土，施工時(shí)除要求坍落度大于200 mm以外，還需保證混凝土擴(kuò)展度大于500 mm。在混凝土攪拌車到達(dá)現(xiàn)場后，每車混凝土均先進(jìn)行坍落度和擴(kuò)展度檢測。

4.5 產(chǎn)品保護(hù)施工技術(shù)

考慮到核心筒上層施工時(shí)對下層的影響，在混凝土拆模后，采用模板與披水板的組合體系，對清水混凝土墻面進(jìn)行保護(hù)。利用螺栓孔設(shè)置對拉螺栓固定木方橫圍檁，然后采用自攻螺絲將模板固定于木方上，形成整齊且有效的模板保護(hù)體系，在模板頂部設(shè)置披水板并在頂部打膠封閉，防止上方銹水等污染下層清水混凝土墻面。

圓柱產(chǎn)品保護(hù)采用塑料薄膜全覆蓋，頂部采用柔性箍帶箍緊，下部2.4 m范圍內(nèi)采用薄鐵皮進(jìn)行包覆，防止意外撞擊碰傷混凝土表面（圖8）。

圖8 產(chǎn)品保護(hù)示意

5 結(jié)語

本文以上海圖書館東館項(xiàng)目為背景工程，結(jié)合工程自身的特點(diǎn)、難點(diǎn)，對勁性清水混凝土施工技術(shù)進(jìn)行了研究和實(shí)踐。

實(shí)踐表明：在清水混凝土施工中，構(gòu)造、鋼筋綁扎、模板體系、模板安裝、混凝土澆搗等每一道工序都將會影響到后續(xù)的施工步驟。因此，合理地進(jìn)行優(yōu)化，從而解決施工過程中的每一個(gè)難點(diǎn)是十分重要的。同時(shí)，每一道工序都按要求保質(zhì)保量地完成，才能確保清水混凝土順利施工，達(dá)到預(yù)期效果。本文所述的研究及實(shí)踐內(nèi)容可為今后類似工程提供借鑒。