大型高鐵站房清水混凝土雨棚施工技術研究

康 博

（中鐵建工集團有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518052）

車站是城市文化的窗口，站臺和雨棚構成的車場空間，作為客站最主要的旅客集散空間，是旅客對城市的第一印象，也是即將離開時對城市的最后記憶。

國內站臺雨棚建筑形式主要分為有柱式和跨線式（無站臺柱），長期以來大型客站均采用跨線式鋼結構雨棚，清水混凝土雨棚相比鋼結構雨棚在安全性、耐久性、免維護等方面有顯著優點，近年來在國內大中型鐵路站房應用越來越廣泛，重慶西[1]、雄安站、京張鐵路清河站等采用清水混凝土雨棚，其成功應用取得了良好的社會效益，鄭州南站作為繼重慶西后采用清水混凝土雨棚的特大型高鐵站房，裝配式聯方網殼結構在國內大型站房雨棚建設中尚屬首例，通過一系列先進技術實施，分別在曲面清水混凝土結構和雨棚預制裝配式施工技術領域方面，將國內大型站房清水雨棚建造技術推向新高度。

1 工程概況

鄭州南站雨棚造型取自蓮鶴方壺中仙鶴羽翼之形，雨棚采用聯方網殼結構形式，梁與梁相交形成一個“菱形網殼”，再由多個菱形網殼組成整個雨棚結構，造型靈動。雨棚分布在站房南北兩側，南北兩個分區按跨度分為21.5m（5拱）、21.8m（2拱）、22.6m（1拱）、20.45m（1拱）、20.4m（1拱）、21m（2拱）、12m（1拱）等7種類型。其中，13個標準跨雨棚、4個由軌道彎曲影響的異型跨雨棚及兩側的懸挑造型，單側17拱，共34拱雨棚。屋蓋剖面為波浪形，結構形式為預制+現澆聯方網殼清水混凝土結構。單片屋蓋順軌方向長97.7m，垂直軌道方向總長370m。拱高3.7m，最高處距離軌道層高度為16.73m。

2 施工技術要點

2.1 清水混凝土配合比研究

清水混凝土，是指采用現澆工藝一次成型，且在拆除模板后不再作外部修飾，僅涂刷一層透明保護劑，以混凝土自然色作為飾面的混凝土。結合雨棚拱面澆筑困難的特點，要求清水混凝土雨棚配合比達到的質量標準[2]：

（1）達到高性能混凝土要求的高耐久性和高工作性能。雨棚結構長期處于室外環境，耐久性方面主要考慮因素有：抗滲性、抗碳化性、抗凍性、抗化學侵蝕、體積穩定性和抑制堿骨料反應等方面。高工作性是保障清水混凝土表面效果的關鍵，需考慮的主要因素有：高流動性、可泵性及體積穩定，不離析不泌水等方面。

（2）無明顯色差，顏色均勻一致，且應考慮整體顏色與預制疊合板顏色相匹配；無氣泡、無麻面、無沙線水線等表面缺陷。

試配質量控制最大的難題為改善混凝土工作性能和消減氣泡，總結前期試配經驗見表1。

表1 前期試配經驗

根據河南地區地材開展配合比試配工作，主要在滿足基本力學性能的基礎上調整色差、減少表面氣泡、優化施工性能。通過比選水泥品牌，微調混凝土的礦物摻合料、外加劑、砂、石比例，同時匹配模板、脫模劑種類、成型工藝等輔助條件，共制作80組配比樣板，從中選定適合外觀質量的清水混凝土配合比。

通過試驗，最終確定清水混凝土材料及控制指標見表2。

表2 清水混凝土材料及控制指標

2.2 模板體系比選及安裝技術

2.2.1 模板及支架體系選型

模板體系通過對國內優秀的清水混凝土項目進行調研，應用于清水混凝土的模板體系主要有鋼模板、木模板、鋁模板、木塑模板、GRC模板等。經研究分析，主要以結構精度控制、拼縫處理、表面觀感、大規模生產操作等指標進行對比試驗，結合成型后的整體效果，確定模板體系和施工工藝[3]。

支架體系根據現場實際施工情況，大型胎架及操作平臺不具備運輸及安裝條件，故確定采用滿堂腳手架支撐體系。滿堂腳手架支撐體系主要考慮盤扣式腳手架支撐體系和扣件式腳手架體系，相對于施工操作難易程度和搭設精準度來講，盤扣式腳手架優勢較為明顯，但限于網格梁空間結構的復雜性，需充分研究盤扣式腳手架應用的可行性，如能滿足施工要求，則優先考慮采用盤扣式腳手架體系，如不能滿足施工要求，則采用扣件式腳手架體系。

綜合比選結果見表3。

表3 綜合比選結果

現場實際樣板分析，根據施工難易程度、質量控制、工效及成型效果，最終確定模板方案：①柱模板變截面采用鋼模板體系，柱子棱角需保證方角；②支模架采用盤扣式腳手架體系；③梁模板采用木模板支撐體系；④梁板一次澆筑成型。

2.2.2 異型柱模板深化及控制要點

本工程雨棚清水混凝土柱形狀為鋼骨混凝土六角形、八角形柱，標準截面為1000mm×1000m、900mm×1200mm、1000mm×1200mm、1100mm×1100mm，柱凈高11.55m，其中截面為1100mm×1100mm無柱帽，截面形式較多，需進行專業性深化設計，清水混凝土施工必須消除常規結構施工易出現的漏漿、錯臺、跑模等質量通病，經過分析比較，采用定制定型鋼模板，選取實力強、專業水平高的專業廠家定制。帶柱帽雨棚柱總高度11.55m，柱身高10.15m，頂部為變截面柱頭高1.4m。分兩次施工，一次施工高度為9.15m，采用的鋼模板分三段，每段長3.05m。第二次施工為直線段剩余的0.9m及柱帽，采用鋼模長度為2.46m，截面為1100mm×1100mm無柱帽柱鋼模分為四段，每段長2.355m。圖1為1000mm×1200mm柱頂部及底部平面圖。

圖1 1000mm×1200mm柱頂部及底部平面圖

2.2.3 拱形網格肋梁木模控制要點

（1）木模選材要點。對清水模板進行多次送樣，通過雕刻機正切環切、24H冷熱水浸泡、實體樣板成型尺寸偏差等多組試驗，對模板的平整度、勻質性、濕漲程度、剛度、韌性等指標進行對比，從模板坯料材質選擇、接縫處理、酚膠種類、模紙選擇、砂光工藝等方面，最終分別確定弧形龍骨、網格肋梁、順軌主梁三種清水模板參數，由清水模板廠家特制生產。

（2）模板智能數控加工。利用犀牛模型出具模板加工深化圖，數控雕刻機加工弧形龍骨及梁模板，網格肋梁弧度利用機床一次加工成型，側模陽角均加工45°碰角，以保障現場拼裝精度。

（3）網格肋梁模板安裝。采用空間測量轉換技術，利用建模軟件將空間坐標轉化為平面坐標，實現肋梁模板精準定位。

梁底模安裝工藝流程[4]：①將轉換后的平面坐標在站臺層上彈出梁投影線，再將線引到次龍骨上；②數控雕刻機加工梁底兩側襯板帶，沿梁線安裝襯板帶；③安裝網格肋梁十字交叉處菱形模板；④安裝網格肋梁底模，拼縫處斷面涂玻璃膠擠實處理；⑤同時進行順軌主梁和弧形梁底模安裝。

梁側模安裝及梁鋼筋綁扎：①安裝網格肋梁單邊同側側模，使其圍成菱形，進行側模加固；②安裝網格肋梁下口箍筋、底筋、腰筋；③埋設健康監測傳感器及管線、照明管線；④安裝網格肋梁另一側側模，側模加固；⑤埋設燈具預埋件；⑥同時進行順軌主梁和弧形梁鋼筋綁扎及側模安裝。

2.3 裝配式弧形疊合板深化及安裝

雨棚拱形結構板采用60mm+60mm疊合板＋現澆結構形式。疊合板為菱形曲面造型結構，單跨疊合板類型共4種，構件深化通過BIM技術建立雨棚結構模型，將BIM模型按結構部位分解成單元個體。其中，將不同規格的疊合板按設計圖紙的規格尺寸要求進行精細化建模，根據模型體現出鋼筋的排布方式及留設位置，確保構件尺寸、弧度滿足現場施工要求。

構件深化考慮結構尺寸、弧度等構件特征，盡量減少開模數量，提高模具利用率，綜合考慮利用率、設計周期、工廠組裝難度等三個因素，最終確定最優模具合并方案。構件混凝土中原材料、配合比盡快做到與現澆結構相匹配并嚴格蒸汽養護，要求疊合板達到清水標準后出廠。

3 其他質量控制要點

3.1 異形柱鋼筋控制要點

確保鋼筋加工和安裝的精準，避免影響模板安裝及造成結構露筋，保障結構尺寸，重點控制異型箍筋和型鋼結構柱頭節點。

（1）八角柱外箍筋加工，煨成圓形后分段調直或分段滾??；

（2）柱變截面段鋼筋較密，利用BIM建模調整鋼筋空間排布，指導現場施工。

3.2 混凝土施工質量控制

雨棚柱分三段澆筑，施工縫邊緣設置禪縫，方便與后半段柱混凝土結合。振搗應采用加長型?50振搗棒，先將振搗棒深入柱底，邊澆筑邊振搗，振搗時間由正常的20s～30s加大到30s～40s，確保柱混凝土振搗密實。

網格肋梁板兩端開始用“趕漿法”即先澆筑主梁，根據梁高分層（不少于四層）澆筑成階梯形，當達到板底位置時再與板的混凝土一起澆筑，隨著階梯形不斷延伸，梁板混凝土澆筑連續向前進行。澆筑與振搗必須緊密配合，梁底充分振實后再下第二層料，保持水泥漿沿梁底包裹石子向前推進，每層均應振實后再下料，每層厚度不得大于500mm；同時采用?50振搗棒同步振搗，梁底及梁幫部位要注意振實，振搗時不得觸動鋼筋及預埋件。

為了減少清水混凝土的表面色差，清水混凝土梁結構的側模應在24h后拆除。模板拆除后，其表面應采用塑料薄膜嚴密覆蓋并及時進行養護，每隔6h進行一次澆水，其養護時間一般應不小于7d。注意不能采用棉被、草墊或草包鋪蓋，以免造成永久性顏色污染。

3.3 局部清修及細部節點控制

局部清修是指針對混凝土局部可能會產生一些小氣泡、孔眼、麻面和酥松等缺陷進行處理，一般瑕疵可不做處理，禪縫原則上不進行修補，以避免破壞禪縫的自然效果。其中，螺栓孔的處理直接影響清水混凝土整體外觀，做到自然協調美觀。

螺栓孔細部處理：清理螺栓孔，測量原有螺栓孔部位上下左右尺寸，確定位置，用直徑36mm或者42mm的開孔器進行擴孔，然后用彈性膩子修補，再用直徑25mm～30mm平頭鋼扦插搗實平整后表面壓光養護。

3.4 涂裝SKK水性清水氟透明保護劑

雨棚長期處于室外環境，表面采用SKK水性清水氟透明保護劑，在其表面形成透明保護膜，可有效防止水泥老化、碳化及鹽害等現象的發生，極大提高混凝土表面耐污性、耐候性、耐久性，同時保持混凝土原始質感。

工藝流程：基層處理（除銹、局部清修、螺栓孔處理、禪縫處理等）→局部色差調整→面漆涂刷（滾涂）。

在基層處理之前，主體基層確保養護到位（＞28d），養護到基層的pH值小于10，含水率小于10%后，再進行基面處理。

4 結語

清水混凝土建筑是一項復雜的系統工程，需要精細設計、嚴格控制、施工得法，最重要的是有好的管理系統。從組織設計、安排施工到項目管理與監理督檢，只有每一個環節都運行良好，才能展現出清水混凝土的優點與優勢。通過鄭州南站聯方網殼清水雨棚成功實踐，為國內清水結構建筑應用與施工積累寶貴經驗。