大型弧墻及斜墻清水混凝土的模架施工

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海自然博物館（上?？萍拣^分館）工程，總建筑面積約45 086 m2，建筑高度18 m，地上3 層，地下2 層。在“融于自然”的立意下，自然博物館的建筑設(shè)計在多部位選用了清水混凝土飾面表現(xiàn)形式，使其從形式到內(nèi)質(zhì)都體現(xiàn)出“生于自然，融于自然，還于自然”的綠色精神，尤其是西立面斜墻以及Z1軸圓弧墻等部位超大面積的清水墻面，對整個自然博物館的整體建筑效果和品位都有很大的提升，但也給施工帶來了較大的難度（圖1）。

圖1 西立面斜墻、Z1軸圓弧墻清水混凝土效果

西立面斜墻：位于西側(cè)入口立面，厚400 mm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，標高－0.1～+17.5 m，墻面與室外地面呈80.2°角（向室外傾斜）；墻面南側(cè)與Z1軸清水混凝土圓弧墻交合；室外部分為清水混凝土面。

Z1軸圓弧墻：東西向貫穿自然博物館。圓弧半徑89 m，厚500 mm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；標高－0.1～+17.5 m；墻面西側(cè)與西立面斜墻交合；面向檐廊為清水混凝土面。

2 難點分析及施工安排

為保證大面積清水混凝土的整體效果，施工前必須對大面積清水混凝土墻面整體進行通盤的施工規(guī)劃，合理劃分施工區(qū)塊、優(yōu)化施工流程、確定施工縫留設(shè)部位，使這些施工接縫能自然融入整體墻面，做到與建筑設(shè)計效果的點、線、面相匹配。

根據(jù)施工規(guī)范及以往工程經(jīng)驗，對墻體結(jié)構(gòu)施工分塊采取以下劃分原則[1-3]：

（a）一次清水混凝土結(jié)構(gòu)澆搗高度，原則控制在4 m以內(nèi)；

（b）一次清水混凝土墻體澆搗長度，原則上不大于25 m，以減少混凝土因收縮而引起的面層裂縫；

（c）清水混凝土施工縫盡可能留設(shè)于近平臺標高位置。

（d）由于西側(cè)斜墻與南側(cè)Z1軸圓弧墻相銜接，因此垂直方向上兩者分塊在標高上宜保持一致。

2.1 西側(cè)清水混凝土斜墻

2.1.1 施工分塊

根據(jù)以上原則，西側(cè)斜墻長度約56 m，水平面上劃分為3 個施工段（X-1、X-2、X-3），每段長度控制在25 m以內(nèi)，同時分縫部位與建筑造型相協(xié)調(diào)；6.90 m標高平臺按豎向分縫，共分為15 個獨立施工分塊。

在垂直方向的水平施工縫設(shè)置時，考慮6.90 m平臺和17.00 m屋面標高，擬每隔3.45 m設(shè)置1 道水平施工縫。

2.1.2 施工流程安排

施工順序：X-1分塊滯后X-2分塊至少2 層。

由于X-3分塊自6.90 m標高起步，X-2分塊自0.00 mm標高起步，X-3分塊同步X-2分塊開始施工，2 組分塊在同標高銜接部位形成約14 d的自然時間間隔，滿足了相鄰分塊混凝土的早期收縮。

X-1分塊與南側(cè)圓弧墻相銜接，因外傾斜面與垂直曲面相交形成的變徑弧線定位要求較高，所以待X-2分塊墻體完成到一定高度后，再向上進行施工，既滿足了分倉時間間隔要求，又簡化了該復雜區(qū)域的定位及施工。

2.2 Z1軸圓弧清水墻

2.2.1 施工分塊

在垂直向水平施工縫設(shè)置時，考慮按西側(cè)斜墻同標高分縫，在通視上可滿足施工分縫一致、間隔均勻，且與建筑外形的構(gòu)造線條相呼應。

在垂直施工縫的設(shè)置布局上，通過圓弧墻立面展開圖明顯可見多個大型通高門洞，且門洞寬度與洞口之間距離均在20 m以內(nèi)，因此可直接利用通高門洞兩側(cè)的洞邊線條作為豎向施工分塊的施工縫，既可滿足結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量控制要求，也可滿足視覺上豎向施工縫與建筑構(gòu)造線條的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

綜上分析，Z1軸圓弧墻亦可按11 個施工段，分為42 個施工分塊，具體分塊見圖2。

圖2 Z1軸清水圓弧墻分塊示意

2.2.2 施工流程安排

Z1軸圓弧墻在弧長方向分為11 個區(qū)段，沿高度方向有5 個高度分層。其中水平向1、3、5、7、9、11區(qū)段為非通高洞口區(qū)段，在第1標高區(qū)間有結(jié)構(gòu)墻體，一開始即進行施工；其余區(qū)段為洞口、無結(jié)構(gòu)內(nèi)容，具備了自然形成跳倉施工的先天條件。其中第1區(qū)由于需與西側(cè)斜墻銜接，外傾斜面與垂直曲面相交形成的變徑弧線定位要求較高，在兩側(cè)相鄰墻體完成到第3標高段后，再同時開始施工。

對水平向2、4、6、8、10等有門洞區(qū)段的結(jié)構(gòu)施工，要在相鄰區(qū)段對應標高的結(jié)構(gòu)完成后再行施工，混凝土澆搗間隔不少于7 d。

Z1軸圓弧墻施工流程：

圓1-3/5/7/9/11區(qū)段施工—→圓2-3/5/7/9/11（含2 層結(jié)構(gòu)）區(qū)段施工—→圓3-3/5/7/9/11及圓2-10區(qū)段施工 —→圓4-3/5/7/9/11（含3 層結(jié)構(gòu)）及圓3-2/4區(qū)段施工—→圓5-3/5/7/9/11及圓4-2/4/6/8及圓1-1區(qū)段施工—→圓5-2/4/6/8/10及圓2-1區(qū)段施工—→圓3-1區(qū)段施工—→圓4-1區(qū)段施工—→圓5-1區(qū)段施工（結(jié)構(gòu)合攏）

2.3 圓弧墻與斜墻結(jié)合部位施工

西側(cè)斜墻與室外地坪呈80.2°角（上部外傾）；圓弧墻為半徑89 m圓弧，兩墻交匯，交接部位形成1 條變半徑弧線，施工難度較大（圖3）。

圖3 斜墻與圓弧墻交匯平面示意

2.3.1 施工流程設(shè)定

為確保圓弧墻與斜墻的銜接效果，兩者銜接分塊同一標高段同步施工。

2.3.2 施工順序

在該部位的施工中，模板的定位尤為關(guān)鍵，如果采取常規(guī)的先施工墻體鋼筋，再進行模板安裝的做法，因鋼筋無法精確定位，會造成后施工的模板更無法精確定位，或模板矯正困難大大增加，甚至造成清水模板面的損傷。因此，綜上考慮，采取先安裝圓弧墻體模板，再安裝斜墻外側(cè)模板，再進行鋼筋綁扎施工，最后安裝內(nèi)側(cè)模板的施工順序。

2.3.3 交匯部位的模板節(jié)點處理

斜墻與圓弧墻之間的交角在26°左右，如此小的尖角，在混凝土施工中無法保證混凝土密實，同時模板拼縫也難以處理。因此對該交角需采取一定圓角處理，選用外徑4 cm的重型PVC套管斷料的半圓管作為尖角部位的襯模，PVC半圓管與模板間空隙采用砂漿填充密實（圖4）。

3 模板體系選型

模板體系對最終清水結(jié)構(gòu)的建筑效果起到重要的作用，其造價占結(jié)構(gòu)造價的30%。

3.1 模板體系選型

3.1.1 圓弧清水墻的模板體系選擇

針對本清水墻體特點：單側(cè)清水、施工區(qū)段長短不一致、半徑89 m圓弧等，如果采用常規(guī)定型鋼模，其施工成本、安裝誤差，及現(xiàn)場偏差等都有難度。經(jīng)試驗，覆塑九夾板彎弧可達半徑89 m要求，經(jīng)比選最終決定采用工廠加工弧形背楞、現(xiàn)場形成清水模板體系。

圖4 圓弧墻、斜墻銜接部位模板施工示意

（a）模板面板：圓弧墻室外清水混凝土面采用弱吸水性厚18 mm覆塑九夾板，內(nèi)側(cè)采用厚18 mm木質(zhì)九夾板；

（b）模板支撐：豎向背楞采用90 mm×45 mm木方，橫向背楞采用雙榀5#槽鋼，橫向背楞外側(cè)設(shè)置10#槽鋼作為牽杠；

（c）連接固定件：采用定制63 mm×5 mm角鋼，Φ14 mm螺栓固定；

（d）穿墻螺桿：采用Φ14 mm止水螺桿；

模板體系考慮按2 層備料，逐層上翻。

3.1.2 西側(cè)斜墻的模板體系選擇

西側(cè)斜墻為厚400 mm鋼筋混凝土；標高達17.5 m；墻面與室外地面呈80.2°角（向室外傾斜）。但由于增加了水平向的荷載，橫下推力對地面產(chǎn)生的力臂較大，還需通過計算加強橫向支撐架（圖5）。

圖5 斜墻上段模板支架示意

3.2 針對清水飾面的模板設(shè)計深化

在飾面清水混凝土的建筑飾面設(shè)計上一般采用縱、橫向的明縫、蟬縫與建筑造型輪廓線來分隔面區(qū)間，配以裝飾孔，形成裝飾效果。而施工中必然產(chǎn)生分塊施工縫、模板拼縫、穿墻螺桿孔等設(shè)置，需深化設(shè)計使其與建筑立面上起到裝飾作用的點、線相統(tǒng)一結(jié)合。

裝飾明縫在施工區(qū)段劃分階段，我們已從裝飾效果出發(fā)設(shè)置施工縫，使施工縫的設(shè)置部位具備裝飾縫的設(shè)置要求，達到縱橫向貫通，均勻、間距合理且與建筑造型線條匹配的美觀要求。

蟬縫指混凝土模板拼縫，蟬縫在混凝土面層不做粉飾的前提下，可在近距離觀察到。蟬縫只要布置合理，線條通暢、均勻，與建筑造型輪廓線條、明縫相協(xié)調(diào)，也可成為飾面混凝土面的裝飾線條存在。

裝飾孔指混凝土墻面具有裝飾效果的孔眼，可與混凝土墻體的穿墻螺栓孔綜合考慮，與建筑造型輪廓線條、明縫、蟬縫需協(xié)調(diào)布置。

3.3 清水混凝土模板控制措施

清水模板采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)覆塑九夾板，進場前在工廠按現(xiàn)場排版圖結(jié)合搭接附加段，在工廠二次加工成型，并做好封邊漆，確保模板加工精度。

（a）圓弧墻模板在鋼筋綁扎、埋件預埋與鋼筋垂直度校核完成，并通過隱蔽驗收后進行。模板在拼裝場地根據(jù)拼裝編號進行拼裝驗收，由塔吊吊運至安裝位置，校核無誤后完成固定、驗收；

（b）西側(cè)斜墻因墻面外傾，在鋼筋綁扎前，先將拼裝完成的外模板安裝就位，再進行斜墻鋼筋的綁扎，內(nèi)墻模板在鋼筋綁扎、埋件預埋與鋼筋垂直度校核完成，并通過隱蔽驗收后，進行拼裝就位；

（c）清水模板的拆除時，綜合結(jié)構(gòu)受力、對混凝土自身的保護及模板周轉(zhuǎn)的要求，墻體模板在混凝土澆筑完成后，72 h拆除。

3.4 后期混凝土面層處理措施

為了減少空氣中二氧化碳、氯離子等對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)選“永凝保護涂層工藝”，該涂液及工藝具備防水性、耐久性、抗風化、防腐性、耐紫外線、防火性以及環(huán)保、易清洗等性能，并采用亞光色澤，充分體現(xiàn)了清水混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)感。

4 結(jié)語

本工程通過在大體量清水混凝土墻體正式施工前進行細致縝密的整體策劃，以及在此基礎(chǔ)上的施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)應用，使得本工程的清水混凝土達到了樸實無華、厚重、清雅的建筑要求和效果，為今后類似工程也提供了良好的范例。