論空間異型清水混凝土的施工技術

　　摘要:天津博物館的建筑造型如展翅飛翔的白天鵝，是鋼 —混凝土空間組合結構。它的前廳內(nèi)設置的 10組變截面 v 型混凝土柱，不做任何修飾，以體現(xiàn)混凝土自身的質(zhì)感。普通的模板和混凝土工藝很難達到設計要求，必須進行特殊混凝土的工藝研究。在施工過程中，承建單位進行了模板類型的優(yōu)選、鋼模內(nèi)表面的噴塑處理以及混凝土配合比及外加劑的分析和試配，并解決了工程中遇到的一些問題，最終一次成功，達到了設計要求的效果。

　　接連兩年帶領工業(yè)與民用建筑專業(yè)的學生進行畢業(yè)實習，參觀了天津博物館的建造和裝修過程，一方面看到了國內(nèi)最為先進、現(xiàn)代化的建筑，開闊了眼界，同時也增長了不少見識，了解了一些新技術、新工藝，受益匪淺。在此，主要是結合工程實例，對工程中空間異型清水混凝土柱的設計及施工技術作一探討。

　　1 工程概況

　　天津博物館座落于河西區(qū)友誼路與平江道交口處，毗鄰天津市政治文化中心天津大禮堂國展中心，該館占地 5. 02 公頃，總建筑面積35000m2，建筑造型如展翅飛翔的白天鵝。由陳列展覽區(qū)、藏品庫房區(qū)、圖書資料中心、辦公與技術用房和設備用房五大部分組成。該建筑物為鋼—混凝土空間組合結構， 地上三層， 檐高33.4m，首層和二層為鋼筋混凝土框架結構，層高分別為 5.6 米和 13. 7 米。頂層為大跨度螺栓球網(wǎng)殼結構，由 64 根鋼柱支撐，覆蓋至首層，屋面為彩色壓型鋼板保溫防水層和鍍瓷鋁板裝飾層組成，屋頂平面呈月牙形如同天鵝展翅，正立面及首層外檐均為鋼結構玻璃幕墻，由正立面中央玻璃幕墻和兩側玻璃幕墻組成，中央幕墻承重結構為 10 根空間變截面箱型曲梁組成，由傘形鋼支撐向外延伸至室外，兩側玻璃幕墻承重結構為空間管桁架斜支撐。本館造型如展翅飛翔天鵝，線條簡潔生動，在突出仿生建筑設計理念的同時，充分體現(xiàn)出極強的視覺感染力和獨特的藝術生命力。該館建成后能夠充分反映天津特有的城市風貌和文化底蘊，成為天津市標志性的建筑和人文景觀。

圖1　　

　　2 空間異型清水混凝土柱的設計

　　為了達到返璞歸真的效果，設計在前廳內(nèi)設置了10 組變截面 v 型混凝土柱，截面由 800 ×

　　800mm 變至 500 ×500mm，高度為 18m，不做任何修飾，以體現(xiàn)混凝土自身的質(zhì)感。目前國內(nèi)所做的清水混凝土絕大多數(shù)為構筑物，本工程作為室內(nèi)露明結構則要求混凝土表面達到無明顯氣泡，既平整更要光滑，色澤一致的標準，普通的模板和混凝土工藝很難做到，必須進行特殊混凝土的工藝研究。

　　3 空間異型混凝土柱的施工工藝及技術[Page]

　　3.1 設計給異型清水柱體施工帶來的困難

　　異型柱體空間兩次變截面且各組柱軸與地面傾角均不相等，使得如何保證柱體表面平整度

　　及無裝飾清水混凝土表面的顏色均勻性成為困擾施工的兩大難題。

圖2

　　3.2 技術方案的制定

　　3.2.1 模板類型選擇

　　①選用普通鋼模板優(yōu)點在于規(guī)格尺寸一致便于材料的集中管理、使用時無需編號分類、周轉(zhuǎn)性強利用率高。但缺點同樣突出，統(tǒng)一的規(guī)格無法實現(xiàn)第二次變截面后的梯形效果，加之混凝土澆注后板縫較多將嚴重影響觀感。

　?、谥衲０?考慮到柱矢高為 8～12m 不等，竹膠模板通?？捎行p少模板拼縫。但材質(zhì)剛度差，導致柱體對地傾斜的情況下，模板內(nèi)混凝土自重將全部落于朝向水平面的兩個面層上，極易漲模。表面紋理分布不均勻，易造成澆筑后表面觀感不佳。

　?、鄱ㄐ弯撃０?模板尺寸要依 v 型柱幾何模型定型制作。根據(jù)分層澆注須對鋼模分段加工，模板接縫減少。經(jīng)過對比分析，實際工程中選擇了定型鋼模板。

　　3.2.2 鋼模內(nèi)表面處理方案選擇

　?、賹⒗w維隔離層貼于鋼模內(nèi)側，消除混凝土表面氣孔，并有助于脫模如紋理較密，則易造成拆模后混凝土觀感不佳。

　?、谕鈱油克⑸停鰪娀炷帘砻婀鉂嵍葷仓r易將油層掛落，影響混凝土表面顏色均勻性。

　?、垆撃?nèi)表面噴塑處理，增加混凝土表面平整度，保證顏色均勻性。經(jīng)過對比，實際工程中選定了第三種方案。

　　3.2.3 混凝土配合比及外加劑摻入量的控制[Page]

　　施工時，將粗細骨料清洗、晾干，確保骨料含泥量滿足規(guī)范及清水混凝土施工要求，然后按配

　　合比過泵稱量。由于此方案配合比要求時間短、技術性能高，要求試驗中心組織技術能手進行分

　　析、調(diào)研。在分析多種外加劑的基礎上，認為unf - 5 高級混凝土減水劑最適合本項目清水混凝土柱技術要求。根據(jù) unf - 5 特點，制定了三種配合比方法。采用同摻法，在骨料相同的情況下，對 unf - 5 減水劑加入量進行了調(diào)整:

　　①摻 1 % ②摻 0.75 % ③摻 0.3 %。

　　試配過程中，嚴格規(guī)范每道工序，對每一配合比都成型 3 組，待成型、拆模后，通過對比綜合

　　參數(shù)，認為摻 0. 75 %最適宜，能在確保不損失混凝土強度的前提下，確保無裝飾清水混凝土的表

　　面觀感。

　　3.3 工程實施

　　3.3.1 腳手架體系配合模板支設

　　根據(jù)場地實際狀況，按柱體傾斜趨勢搭設施工腳手架，在確保施工安全和施工方便的基礎上

　　力求省空間、無干涉。

　　首先，依據(jù)事先彈在墊層上的柱軸和各柱角投影，用塑料泡沫大致還原出異型柱體的空間模型。將塑料泡沫假想為與水平面距離最近的柱體底模，待其固定后，使腳手管緊緊貼于泡沫底側，以支撐模板體系下部。再將鋼模板與塑料泡沫代換，并對應墊層墨線反復微調(diào)，直至線墜與投影點完全重合。依此法對其他三面進行還原定位。架體搭設過程中，預留混凝土垂直運輸通道和振搗操作平臺。這樣便在完成腳手架搭設的同時，高精度完成模板支設工作。[Page]

　　3.3.2 冬季施工期改善作業(yè)環(huán)境

　　柱體澆筑正值冬季施工期，保溫棚的搭設不允許泵送澆筑。只能依靠施工隊伍人工完成上料與傾倒過程。從模板配筋的實際狀況出發(fā)，發(fā)現(xiàn)其主筋外徑較大，箍筋“相對較密”是造成混凝土傾倒過程中發(fā)生離析的最主要原因。因此，只能從下料方式和下料位置方面入手，對粗細骨料的離析現(xiàn)象進行控制。施工過程中本著“分節(jié)支模、逐層澆筑”的原則并參照相關施工規(guī)范采取如下措施:

　　① 搭設保溫棚

　　為提高混凝土入模溫度，并為后期養(yǎng)護工作打好基礎，需搭設保溫棚。搭設時，既要保證棚內(nèi)溫度滿足澆注及養(yǎng)護條件又要避免由于占地面積過大而影響其它分項工程的實施，達到棚內(nèi)無風、恒溫、無結露。

　　②提高混凝土入模溫度

　　預先對砂子進行熱炒，并用熱水進行攪拌做好出盤后的測溫工作，切實提高混凝土入模溫度。

　?、蹖炷岭x析進行控制

　　為保證混凝土不出現(xiàn)離析情況，采用分節(jié)澆筑的方法:即在澆筑前在模板體系不會出現(xiàn)位移的情況下，將支好后模板中間部位的某一節(jié)（其位置由模板實際尺寸和規(guī)范要求確定）取下，準備澆筑。為保證倒入過程順利，混凝土不離散飛濺，必須在倒入口下串簡。

　　3.3.3 澆筑過程注意事項

　　結合現(xiàn)場施工作業(yè)面的實際情況以及柱體空間幾何位置，發(fā)現(xiàn)在澆筑和振搗過程中，要集

　　中精力解決以下幾個問題:

　?、俳鉀Q卡棒問題預制柱振搗過程中常常遇到振搗棒被箍筋彎鉤卡住的問題。爭得設計同意后現(xiàn)將 135°彎鉤變更為 180°彎鉤，避免卡棒其他個別情況可通過焊接處理。

　?、诙沤^漏振現(xiàn)象

　　由于柱體為“v”字型，在混凝土振搗過程中易出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，則采取確定具體的棒數(shù)及振搗位置的方法，對易漏振或截面突變的局部位置進行內(nèi)外共振?？紤]到混凝土中砂、石比重不同，下落過程中不可避免地會出現(xiàn)微量離析。因此傾倒混凝土前，事先將砂漿倒入模板底部，注意內(nèi)外振搗。

　　4  結語

　　通過對研究方案的實施，空間異型清水混凝土柱一次澆筑成功，表面[Page] 平整度控制在 0. 5mm，無任何外裝飾混凝土面的觀感完全達到可與裝飾石材媲美的效果。而僅以定型鋼模替代以往的竹膠模板這一項，就節(jié)約了模板費用 18. 47 萬元，取得了良好的經(jīng)濟效益。

　　在各級領導的支持下，經(jīng)過項目全體工程技術人員的努力工作，全面完成了天津博物館工程這一難度大，要求高、工藝新的全部施工任務，并通過了天津市科委、建委的科技成果鑒定，達到了國際先進水平，獲得了建設部鋼結構學會頒發(fā)的鋼結構金獎，以及天津市建筑界的最高榮譽——海河杯，目前正在申報“魯班獎”。

　　從工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)目標、成本分析目標與實際效果的對比可以發(fā)現(xiàn)，新工藝、新技術的推廣運用是節(jié)約成本、工程創(chuàng)優(yōu)的前提，對高速優(yōu)質(zhì)完成項目施工起著至關重要的作用，為工程按期竣工奠定了良好的基礎。

　　參考文獻：

　　1 建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊 m . 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

　　2 楊嗣信.建筑工程模板施工手冊 m . 北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.