多曲率拱中空拱殼藝術清水混凝土施工技術

錢 鋒

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

清水混凝土是當前房屋建筑中的一種新型建筑材料，一次澆筑成形，不做任何裝飾，往往以大體量的清水混凝土表達厚重的設計語言。針對大面積清水混凝土現澆墻板、樓板的施工技術也有較多的研究探討。藝術清水混凝土，通過更深層次挖掘清水混凝土的裝飾效果，鮮有工程實例[1-3]。

上海市黃浦江沿岸E20單元開發工程M2碼頭段（以下簡稱M2碼頭）與奉賢區青少年活動中心項目是由同一建筑設計師設計的2個工程。為更好地表達出上海地區的人文特色和江南水鄉拱橋流水的文化色彩，2個項目均采用了大面積的拱形紋理清水混凝土，2種拱殼結構在工藝上最大的不同在于中間是否存在中空拱殼結構。項目施工團隊充分吸取M2碼頭段施工的經驗，在此基礎上通過創新解決了奉賢區青少年活動中心項目中空拱殼難拆模的施工難題。

1 同曲率連續拱殼藝術清水混凝土施工

1.1 M2碼頭工程概況

M2碼頭（圖1）施工段作為浦東濱江沿線重要建筑，承載著游客碼頭的作用。項目屋面采用清水混凝土屋蓋拱形板結構，單跨長度7.5 m，弧長8 m。平行拱形方向最多跨數為6.5跨，垂直拱形方向最大18跨，長度135 m。屋蓋總長度217.5 m，最大寬度49 m。

圖1 M2碼頭效果圖

1.2 施工難點

1）清水混凝土表面須呈現木飾紋理，并通過合理的排板使紋理效果和諧統一。

2）弧形拱殼結構混凝土澆筑時的支撐體系選擇須合理可靠。

3）為確保清水混凝土的實施效果，需要對混凝土實施特定的配合比，優化混凝土澆筑工藝，提高混凝土澆筑質量。

1.3 具體實施方案

1.3.1 浮雕炭化板的使用

現場利用浮雕炭化板、竹節板、復合塑料板、膠合木板等幾種形式做了實體樣板（圖2），通過實體樣板，我們發現復合塑料板、膠合木板無法達到較為密集的紋理效果。竹節板由于天然竹子的竹節間距和大小不易控制，排板十分困難，無法達到設計效果。浮雕炭化板尺寸固定、紋理清晰、質地柔韌，是較為合適的面板材料。但由于浮雕炭化板的強度不足，無法充當模板體系受力。因此，采用雙層模板設計，即基層通過鋪設12 mm厚膠合板來增加整體模板體系的剛度，然后在12 mm厚膠合板上鋪貼8 mm厚的浮雕炭化板以提供裝飾紋理效果。需特別注意的是，為保證膠合板＋浮雕炭化板的組合能夠順滑地彎弧，基層的膠合板不宜過厚，應控制在12 mm左右。

圖2 實體樣板效果圖

1.3.2 支撐體系的選擇

同曲率連續拱殼結構跨度7.5 m，由于場地地坪標高不同，弧頂高度從4.0～6.5 m不等。為使整個模板支架體系對拱殼結構提供更好的支撐，保證混凝土澆筑過程中整個支架體系的穩定性，兼顧搭設方便、經濟合理等要求，我們對整個拱殼結構的支撐體系進行了篩選。

首先從排架支撐體系受力形式、整體性出發，組合鋼支撐體系是所有支撐體系中最可靠的選擇，但需定加工。由于連續拱殼結構整體體量不大，成本無法攤銷，經濟性差而被舍棄。其次考慮了整體性及可操作性也較強的盤扣腳手架體系，但承插型的盤扣鋼管無法彎折成頂部弧形的形狀，勢必出現與普通鋼管混搭的現象，對整體受力不利。同時場地地坪標高較多，支撐體系需取材便捷，工人操作性好且對于異形區域有更好的適應性，標高易調節。

綜合費用、工期及施工操作性等方面考慮，采用鋼管扣件式模板支撐體系較為合理。同時利用鋼管彎曲機進行現場放樣彎弧，解決板底鋼管彎弧成形的問題。

2 多曲率中空拱殼藝術清水混凝土

2.1 奉賢區青少年活動中心工程概況

奉賢區青少年活動中心工程是奉賢區重要的民生工程，項目總建筑面積94 000 m2。其中項目的1#、2#、6#、7#樓外檐均采用中空拱殼清水混凝土的形式。屋檐高度11 m左右，設計總面積10 571萬 m2，中空拱殼結構由弧形裝飾掛板、豎向掛板、水平屋面板及鋼梁外包混凝土組成（圖3）。

圖3 清水混凝土三維節點

2.2 施工難點

M2碼頭項目解決了弧形板施工難題，但由于奉賢區青少年活動中心項目采用中空拱殼結構體系，因此還要考慮如下施工難題：

1）弧形板作為非承重體系，使得上部的掛板、屋面板及外包混凝土未達到設計強度前支撐架無法拆除。因此，混凝土需進行4次澆筑，掛板作為連接弧形板與樓板的受力構件，對施工質量要求極高。

2）由于柱距和標高存在較大不同，對模板支架體系的搭設精度要求更為嚴苛。

3）混凝土澆筑順序為：弧形板→掛板→屋面板→鋼梁外包混凝土。由于空腔屬于密封空間，傳統的模架支撐體系無法從空腔內拆除。而將模架留于空腔內，會造成模板腐爛、鋼管銹蝕等問題，長此以往將會影響到清水混凝土表面。需解決屋面板澆筑時的支撐問題。

4）此部分結構混凝土澆筑次數高達4次，對每的混凝土澆筑施工質量必須嚴格把關，特別是弧形板與鋼包梁交界處的節點，為保證清水混凝土完成面的施工質量，必須進行深化設計。

2.3 具體實施方案

2.3.1 總體施工流程

場地清理→測量放線定位→支撐鋼管排架搭設→支撐膠合木模板安裝→浮雕炭化模板安裝→拱板鋼筋綁扎→掛板鋼筋綁扎、壓型鋼板擱置、角鋼側埋件預設、吊模→清水混凝土澆筑及振搗（第1次澆筑）→掛板吊模及加固→掛板混凝土澆筑（第2次澆筑）→掛板拆模、弧形板上部及掛板位置涂刷防水涂料→上層屋面平板壓型鋼板鋪設→組合樓板鋼筋綁扎→屋面平板混凝土澆筑（第3次澆筑）→上翻型鋼梁腹板內EPS填充、外包混凝土鋼筋綁扎、支模→上翻梁外包混凝土澆筑（第4次澆筑）→模板排架支撐體系拆除→清水混凝土成品保護→清水混凝土保護液施工

2.3.2 模架體系方案

1）弧形板模板支撐體系采用鋼管扣件式腳手架支撐體系，板底立桿間距600 mm×600 mm，勁性梁底立桿間距600 mm，方木間距250 mm，步距1 500 mm，掃地桿離地200 mm。

2）清水混凝土面層采用雙層模板，上層木板為厚8 mm浮雕炭化板，下層模板為厚18 mm膠合板。

3）浮雕炭化板排板應均勻對稱、橫平豎直，宜沿拱形徑向輻射布置。

4）架體超過5 m需設置連續水平剪刀撐。水平剪刀撐每2～3步一設。高寬比大于3時，排架支撐體系需與周邊已完成豎向結構采用鋼管扣件抱柱或張拉纜風繩進行固定，無拉結條件時的獨立架體須在四周加設拋撐（圖4）。

圖4 拱形板排架模板搭設示意

2.3.3 壓型鋼板組合樓板深化設計

為避免屋面板澆筑時空腔內的模架無法拆除，考慮采用壓型鋼板作為免支撐模架體系進行混凝土澆筑。

壓型板采用YXB65-185-565（B）的閉口型壓型鋼板，壓型鋼板寬565 mm，跨度1 900 mm；為達到免支撐的效果，澆筑肋板前提前留設預埋件，焊接角鋼，作為壓型鋼板的擱置點。

提前在現澆掛板上布設側向埋件，再將埋件與支撐角鋼焊接形成受力轉接件。將閉口壓型鋼板固定于角鋼之上，形成免模板、免支撐的受力體系（圖5、圖6）。

圖5 掛板處預埋件及壓型鋼板擱置角鋼節點

圖6 壓型鋼板鋪設現場照片

2.3.4 弧形板接縫位置的細部優化

弧形板作為清水混凝土的表現形式必須做到一次成形、一次成優。為保證清水混凝土的觀感質量，現場對弧形板支模的細部構造進行了深化設計（圖7）。

圖7 模架支撐體系細部構造節點

節點1：連續拱形現澆清水混凝土雙層樓板部分為室內與室外框架玻璃幕墻的交接處，根據設計圖紙需將埋件處拱板抬高，在拱板混凝土澆筑前提前放置埋件。此段模板支設較為困難且考慮到成形后清水飾面效果，經過優化，幕墻凹槽處根據凹槽尺寸采用現場定制的矩形木盒進行留設，模板采用覆膜黑模板，以確保陰陽角處平直度及垂直度。

節點2：連續拱形現澆清水混凝土雙層樓板第1次澆筑下層連續拱板及空腔內的混凝土掛板，留設水平施工縫，第2次澆筑上層屋面板。掛板采用吊模的方式與拱板一同澆筑。內楞采用方木，間距≤250 mm，外楞采用φ48 mm×3 mm鋼管，間距≤450 mm，M14對拉螺栓間距450 mm設置一道。對拉螺栓遇到鋼梁無法貫通的情況較為普遍，經過優化，當對拉螺栓無法橫穿鋼梁時，按照單面焊10d（d為鋼筋直徑）、雙面焊5d的方法將其焊在鋼梁上臨時固定。

節點3：現澆混凝土掛板與鋼梁間的空隙采用EPS板填充的方式，起到節約混凝土用量、減輕構件自重、保證混凝土密實度的作用。

節點4：梁底邊線為弧形與直線交接處，為清水混凝土重要外形節點，成形效果將直接影響整個清水混凝土效果，需嚴格控制其平直度。梁底部平直段與拱板起拱處搭接存在縫隙，采用雙層厚18 mm的覆膜黑模板將接縫補平（圖8）。

圖8 弧形板與梁交接處縫隙的處理

3 結語

奉賢區青少年活動中心項目通過吸取M2碼頭拱殼藝術清水混凝土的成功施工經驗，在此基礎上著重對中空拱殼結構施工進行施工策劃，圓滿地完成了多曲率中空拱殼藝術清水混凝土的施工。其中，每棟單體外圈施工周期約為45 d。施工質量和建筑效果均達到了設計師的要求，無需進行修補，藝術清水混凝土拱板飾面完成效果受到了參建各方的一致好評，可為相似項目提供參考。