大面積厚壁飾面清水混凝土筒柱木模板施工技術*

徐文龍,蘇 川,賀 飛,趙云鵬,張 燕

(中建三局集團有限公司,重慶 400024)

1 工程概況

重慶市城建檔案館新館庫建設項目位于渝北區空港新城同茂大道與東三路相交處,總建筑面積約11.22萬m2,由9棟塔樓、2層裙房和8個鋼連廊組成,地上8層、裙房2層,裝配率65.96%,如圖1所示。塔樓結構采用獨特的上部鋼框架結構+中部鋼桁架轉換結構+下部飾面清水混凝土型鋼筒柱結構,單棟塔樓為4個筒柱,高度約25m、截面尺寸為5m×9m、厚度600mm,筒柱內型鋼柱、型鋼梁、多向轉換桁架型鋼交叉布置,如圖2所示。

圖1 項目效果Fig.1 Project effect

圖2 飾面清水混凝土型鋼筒柱Fig.2 Fair-faced concrete steel cylinder column

2 施工重難點

1)飾面清水混凝土要求對拉螺栓孔眼排列整齊、孔洞封堵密實、凹孔棱角清晰圓滑;明縫位置規律、整齊、深度一致、水平交圈;禪縫橫平豎直、水平交圈、豎向成線、顏色無明顯色差等;筒柱存在大量型鋼柱、型鋼梁,多向轉換桁架型鋼節點交錯復雜,大面積厚壁型鋼結構、鋼筋密集;清水螺栓碰撞穿插、木模板禪縫排布,導致清水混凝土澆筑施工難度大。

2)清水飾面不得設置外露腳手架附墻和施工電梯附墻埋件,給腳手架和施工電梯附墻施工帶來較大難度。

3)采用清水木模板進行施工,超高筒柱外側無模板擱置平臺,無法設置斜向支撐,僅靠內外拉結,清水模板加固成型質量控制難度大。

4)大面積清水混凝土不同澆筑段、不同批次澆筑的混凝土表面色差穩定性控制難度較大。

3 工藝特點

1)采用18mm厚清水模板,豎向方通次楞、橫向合筑模鋼雙梁體系主楞、五段式螺栓加固體系,通過定型化模臺進行飾面清水混凝土一側大模板制作,清水筒柱外側整體拼裝+非清水筒柱內側板散拼組合方式。

2)創建型鋼柱、型鋼梁、鋼筋、螺栓、模板的BIM模型并進行排布,鋼筋避開螺栓和模板,在多向交叉節點合理分割,整體規劃施工明縫、模板禪縫與螺栓眼排列。

3)創新設計一種高度可調的清水混凝土大模板底托裝置和一種飾面清水混凝土墻體外腳手架拉結裝置,解決上、下2段大模板安裝調節與加固問題、超高外腳手架與飾面清水混凝土的拉結問題。

4)通過采取老墻絲桿、雙面膠條與明縫條、塑料薄膜覆蓋、型鋼與木模板之間發泡封堵等技術措施,解決上、下2段漏漿污染清水飾面問題,大模板采用線形連接件與銷子進行拼接、陰陽角拼接處采用L形連接件、陽角鉤子與鉤頭螺栓保證模板的加固質量。

5)對清水混凝土進行配合比設計,采用自密實、微膨脹混凝土澆筑,模板敲擊輔助振搗的方式,保證節點區域混凝土的成型質量。

4 關鍵施工技術

4.1 工藝流程

工藝流程:BIM深化設計→模板加工→大模板制作→型鋼柱安裝→腳手架施工→鋼筋綁扎→大模板拼裝→混凝土澆筑→成品保護→保護劑輥涂。

4.2 BIM深化設計

節點深化是預制構件深化過程中的一個重要環節,包括構件節點和結構節點,且需要精確配合,對深化要求很高[1]。

1)明縫設計 巨型筒柱共設5條水平明縫,分別在裙房首層標高、裙房屋面層標高、屋面筒柱中間標高、轉換桁架下弦標高、轉換桁架上弦標高;筒柱每側均分設置2條豎向明縫。

2)禪縫與螺栓眼設計 螺栓眼設置如圖3所示。筒柱中間向兩側對稱排布、底部基礎絕對頂標高向上排布,筒柱兩側、明縫位置、梁板或其他構件位置形成非標準模板。

圖3 螺栓眼設置Fig.3 Screw hole setting

3)深化過程中,螺栓眼在樓層板、樓層梁、型鋼轉換桁架節點等部位產生沖突無法避開時,設置“假眼”,采用常規螺栓對拉后進行表面處理。

4)利用Revit軟件進行參數化建模,在巨型筒柱模型外表面創建清水模板、螺栓眼模型,利用三維模型導出CAD圖(見圖4)。

圖4 BIM三維深化模型Fig.4 BIM 3D deepening model

4.3 模板加工

1)模板選擇

相較于不銹鋼模板、有機玻璃模板等,木模板成本低、裁剪切割便利、安裝使用輕便,且成型效果能較好達到項目要求,因此本工程飾面清水混凝土采用木模板。

2)模板加工

模板加工流程:面板選擇→根據模板分割圖進行切割加工→模板孔眼開設→模板面板封邊處理→分規格堆碼。

根據深化圖紙確定模板分割配置,逐塊編號,按配模方案逐塊在加工場預制、編號、安裝[2]。采用丙烯酸漆或防水油漆對模板切割邊緣進行封邊處理,在模板鉆孔處用同樣方法進行封邊,減少模板側邊吸水變形。模板切割、開孔完成后,根據規格尺寸平碼堆放,模板間應墊無紡布進行隔離保護。

4.4 大模板安裝

大模板安裝流程:操作平臺搭設→背楞組裝→模板鋪裝→模板加固模板→吊裝與存放。

1)操作平臺采用[12焊接構成,各構件平行于同一水平面,對角線長度保持一致。平臺具有足夠的強度和剛度,能承受大模板自重、人員自重及活荷載,牢固、安全、平穩。

2)模板鋪裝時清水面一側朝上,由2人協同進行模板鋪裝,一人在上方固定面板、一人在下方穿螺栓,利用五段式螺栓的端頭螺栓和堵頭,使模板與背楞體系加固緊密。模板拼縫粘貼雙面海綿膠條封堵嚴密,螺釘從非清水接觸面一側釘入模板,釘尖應離清水接觸面3～4mm。若在清水接觸面釘入螺釘,釘頭應采用原子灰抹平。

3)模板加工完成后,采用清水、柔性抹布等對模板表面進行清洗,清洗物質不能為油性物質,不能與模板表面覆膜進行化學反應[3]。

4)模板堆放采取豎向堆放方式,面板之間采用海綿或其他軟質材料進行分格、彩條布覆蓋。

4.5 型鋼柱安裝

1)進場驗收 對進場構件規格、尺寸、質量等進行驗收,確保構件與圖紙相匹配,驗收合格率100%。

2)材料堆放 在搬運過程中不要混淆各構件的編號和規格,在地面堆放構件時,根據構件外形尺寸、質量大小采用不同方式進行支墊(見圖5)。重型構件單層鋪放在指定加固場地,合理設置鋼桁架平臺支撐。

圖5 材料堆放示意Fig.5 Steel stacking

3)吊裝前準備 吊裝前對下節鋼柱進行標高復核。

4)吊裝 安裝鋼爬梯、防墜器、溜繩,連接夾板、螺栓進行臨時固定(見圖6)。

圖6 鋼柱臨時連接Fig.6 The temporary connection of steel columns

5)校正 校正標高、軸線、垂直度及焊縫間隙,用千斤頂校正,并用碼板進行線位固定,打磨并清理焊縫氧化物、雜質和油污等。

6)焊接 進行全熔透對稱焊接,并采取防風防雨措施。

7)打磨、探傷 外觀檢查合格后進行磨平、磨光處理,對焊縫進行超聲波探傷,焊縫不應有裂紋、氣孔、夾雜、未焊合或未熔透等反射跡象。

4.6 腳手架施工

超高飾面清水混凝土筒柱拆模后,利用清水螺栓通過扣件與外腳手架連墻桿連接,二者中間布置1個木楔,木楔長邊與清水螺栓緊靠,短邊與飾面清水墻體平行。木楔緊靠山形卡,通過山形卡限制木楔移動。該裝置可有效避免外腳手架連墻拉結時對飾面清水混凝土墻面產生破壞,同時保證外腳手架的連墻穩定性[4]。

4.7 鋼筋綁扎

1)鋼筋綁扎前須除銹,清除表面黏附的油污、泥土及其他雜物。

2)利用Revit創建型鋼混凝土節點鋼筋穿插模型,鋼筋避開螺栓眼排布,將螺栓焊接在型鋼上,如圖7所示。

圖7 型鋼混凝土節點鋼筋穿插模型Fig.7 Reinforcement insertion model of steel reinforced concrete joints

3)清水混凝土側面采用梅花形混凝土墊塊,梅花形布置,間距不超過500mm;陰陽角、梁柱交接部位、模板拼縫均需設置墊塊,墊塊采用多根扎絲綁扎牢固。根據清水混凝土的顏色選擇鋼筋保護層墊塊,以保證清水混凝土的外觀效果[5]。

4)扎絲綁完后將扎絲尾向里按倒以防外露使混凝土表面出現銹斑,加密綁扎以防骨架變形[6]。

4.8 模板安裝

1)相鄰2塊大模板極易錯臺,采用線形連接件將大模板鋼雙梁進行連接加固,通過敲緊銷子進行固定。采用L形連接件、陽角鉤子、鉤頭螺栓,將大模板陰陽角位置進行加固,如圖8所示。

圖8 陰陽角加固Fig.8 Internal and external corner reinforcement

2)在樓地面施工時,根部采用刮杠刮平、然后用木抹搓毛。在模板支設完成后,檢查模板底口,采用砂漿進行封堵,型鋼與木模板之間采用發泡劑封堵。

3)施工縫處模板拆除后,采用云石機整齊切割成線,施工縫嵌入明縫條,并粘貼海綿條防止漏漿。已澆筑區域采用薄膜覆蓋保護,保證上部澆筑漿液不污染下部區域,如圖9所示。

圖9 施工縫處理Fig.9 Construction joint treatment

4)大模板自重大,上部模板接縫部位設置老墻螺栓,下部已澆筑區域采用薄膜覆蓋保護,保證上部澆筑漿液不污染下部區域,在大模板下部設置大模板槽鋼或木方托座裝置,對大模板進行支撐;該裝置通過老墻螺栓與已澆筑墻體拉結,通過擰緊螺栓來限制位移;同時因成品保護需要,在已澆混凝土墻體之間須加設柔性墊塊,如圖10所示。

圖10 大模板托座裝置Fig.10 Large formwork support device

4.9 混凝土澆筑

1)為保證混凝土成品觀感質量達到相關要求,須制訂相關措施,以便對混凝土配合比、澆筑過程和澆筑后的養護過程進行專項控制。

2)由于型鋼混凝土節點區鋼筋密集,振搗不易密實,因此需進行配合比設計,采用自密實微膨脹混凝土進行筒柱混凝土澆筑,膨脹率≥0.035%,坍落度控制在200mm。選用性能穩定、水化熱偏低的水泥;選用中砂,細度模數控制在2.3以上;選用碎卵石,粒徑控制在5～20mm;選用細度小、顏色淺、含碳量低、質量穩定的優質礦粉,混凝土內不宜添加粉煤灰,可適量增加礦粉;選用減水效果明顯的外加劑,能夠滿足混凝土的各項工作性能要求[7]。

3)攪拌站專門安排一條專線進行清水混凝土生產,生產前對所有參與生產的運輸設備進行清洗,清水混凝土筒柱采用天泵進行澆筑。

4)振動棒采用“快插慢拔”進行均勻的“梅花形”布點,使振動棒在振搗過程中上下略有抽動,上下振動均勻。嚴禁緊貼清水混凝土模板下棒振搗,振搗點間距500mm,振搗時間以30～40s為宜;使用橡膠錘敲擊模板輔助振搗,下棒時盡量緊挨箍筋內側振搗,避免型鋼混凝土節點出現漏振現象,如圖11所示。

圖11 筒柱混凝土澆筑Fig.11 Cylinder concrete pouring

5)澆筑過程中需配備合適的水管,以對混凝土澆筑過程中漏漿污染的清水混凝土面進行清理,保證下方構件表面漿液能夠及時處理。

6)為控制分塊分段及不同批次澆筑造成的澆筑縫色差,要保證每批次混凝土澆筑材料、強度等級及配合比一致,嚴格控制澆筑時間,澆筑過程中充分振搗,拆模時間控制在相同范圍內,清水混凝土同條件試塊達到規范規定可拆模強度后[8],將墻體模板拆除,拆模后及時養護。

4.10 成品保護

1)拆模時保證不碰撞清水飾面混凝土結構,不亂扒、亂撬。拆模后先用塑料薄膜將混凝土封嚴,以防表面污染。塑料薄膜若有損壞,應及時更換,保證塑料薄膜一直保護到混凝土進行修復時止。清水混凝土若養護不當,表面極易因失水而出現微裂縫,從而影響外觀質量和耐久性[9]。

2)成品保護的塑料薄膜搭接時,應采用上面的塑料薄膜壓住下面的塑料薄膜,使用寬膠布密封,避免寬膠布直接與混凝土面接觸,如圖12所示。

圖12 飾面清水混凝土成品保護Fig.12 Finished fair-faced concrete production

4.11 保護劑輥涂

本工程清水混凝土保護劑施工采用透明水性氟碳樹脂涂裝工藝,采用底漆、中漆、面漆3道防護。需檢查清水混凝土基層情況,清理表面浮灰等污漬后,進行保護劑施工。底漆采用硅烷滲透型建筑防護劑對整個清水混凝土基層輥涂1遍,須輥涂均勻,不得漏涂,底漆和中漆輥涂的間隔時間須在16h以上,涂覆用量≥0.20kg/m2。中漆采用水性丙烯酸硅樹脂透明保護劑,施工前須用干凈的濕毛巾清理整個已完成底漆輥涂的工作面,中漆輥涂均勻,無流墜、無疙瘩、無刷紋、無漏涂、光滑平整,涂覆用量≥0.18kg/m2。面漆采用水性氟碳樹脂透明保護劑,輥涂要求與中漆一致,涂覆用量≥0.18kg/m2。

5 結語

對超高現澆飾面清水混凝土型鋼筒柱施工工藝進行研究后,研發出一系列提高清水混凝土觀感質量的工具及加固措施,利用BIM技術對模板進行正向深化設計出圖,保證整體飾面清水混凝土明縫、禪縫、螺栓眼整齊排列;創新設計了一種可調高度的清水混凝土大模板底托裝置、一種飾面清水混凝土墻體外腳手架拉結裝置、施工電梯雙導軌附著裝置,為清水混凝土施工工藝拓寬了思路。實踐證明,觀感質量達到了飾面清水混凝土的標準,對類似飾面清水混凝土施工具有借鑒意義。