鐵路站房清水混凝土施工技術(shù)優(yōu)化

劉洋洋

（中鐵建設集團有限公司 基礎設施事業(yè)部，北京 100040）

1 工程概況

北京朝陽站是京哈高鐵的始發(fā)終到站，位于北京市四環(huán)與五環(huán)之間，為特大型立體交通樞紐，包含線側(cè)西站房、線上中央站房及南北雨棚。

站房設計共3 層，其中地上2 層、地下1 層、局部設夾層，建筑總高度為46.3 m，檐口高度為37.2 m。雨棚上蓋停車場設計，覆蓋站臺，除落客平臺外，其他區(qū)域均為雨棚上蓋停車場及景觀綠化。站場設計總規(guī)模為7 臺15 線，西側(cè)為普速車場（3 臺5 線），東側(cè)為高速車場（5臺10線）。

北京朝陽站南、北雨棚及中央站房-2.55～9.80 m為清水混凝土結(jié)構(gòu)，共涉及387 根清水柱及9.5 萬m2梁板結(jié)構(gòu)。

金屬屋面覆蓋區(qū)域采用“四角圓弧柱”及“矩形方柱”，未覆蓋區(qū)域設計采用“四角圓弧+雨水凹槽”形式。柱子截面尺寸分別為2.2 m×1.6 m、2.2 m×1.8 m、2.4 m×1.8 m、1.2 m×1.2 m、1.7 m×1.6 m、1.7 m×1.8 m、1.7 m×1.5 m，7軸、9軸、14軸、16軸柱子為型鋼混凝土柱。

結(jié)構(gòu)梁設置有預應力鋼絞線，南北雨棚區(qū)域結(jié)構(gòu)梁呈斜向變角度布置。

2 優(yōu)化設計

將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與清水結(jié)構(gòu)進行對比，分析其差異點，從建筑功能、外觀、結(jié)構(gòu)形式多個角度采取針對性措施，同時還要考慮施工是否便捷，設計意圖能否實現(xiàn)［1-2］。結(jié)合北京朝陽站設計特點從以下3個方面進行優(yōu)化：

（1）設計優(yōu)化：清水柱雨水凹槽優(yōu)化；大梁弧形加腋優(yōu)化；梁柱核心區(qū)混凝土優(yōu)化；雙柱設計優(yōu)化。

（2）鋼筋優(yōu)化：柱子鋼筋優(yōu)化；預應力優(yōu)化。

（3）設備安裝優(yōu)化：屋面雨水優(yōu)化。

同時，借鑒重慶西站、京張鐵路設計特點，對清水混凝土施工技術(shù)優(yōu)化進行總結(jié)。

3 優(yōu)化方案

3.1 清水柱雨水凹槽優(yōu)化

清水柱根據(jù)功能性可劃分為單一性結(jié)構(gòu)柱和兼顧雨水功能的建筑柱。

（1）單一性結(jié)構(gòu)柱。一般采用“四角圓弧柱”及“矩形方柱”，屬于常規(guī)設計范疇。

（2）兼顧雨水功能的建筑柱。北京朝陽站采用“四角圓弧+雨水凹槽”形式，原設計四角圓弧直徑為100 mm，雨水凹槽深220 mm、寬270 mm，為矩形凹槽。

清水柱采用大鋼模板工藝，矩形凹槽方案不利于后期拆模，容易造成陽角部位掉角，需進行優(yōu)化［2］。北京朝陽站將矩形凹槽優(yōu)化為倒梯形凹槽，槽根部縮尺3 cm，形成94°斜面，同時凹槽四角全部調(diào)整為圓角（見圖1）。

圖1 優(yōu)化前后清水柱截面對比

3.2 大梁弧形加腋優(yōu)化

北京朝陽站原設計柱頭采用花瓣式弧形腋，加腋半徑、長度及高度均為2 000 mm，設計新穎。

但是北京朝陽站雨棚兼用作停車場，梁高度不一致，雨棚區(qū)域主要為2 200、2 400 mm，中央站房區(qū)域為2 400、2 500、2 700、2 950 mm 等多種尺寸，梁寬也各不相同。同時，在雨棚曲線段2個方向的梁角度多變，非常規(guī)的90°角，施工完成后弧形腋高低錯落、寬窄不一、整體效果一般。經(jīng)溝通，弧形腋為非結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，是單一的建筑造型，完全具備優(yōu)化取消的條件（見圖2）。

圖2 優(yōu)化前后梁柱接頭

3.3 梁柱核心區(qū)混凝土優(yōu)化

北京朝陽站雨棚柱采用C50清水混凝土，而梁板混凝土采用C40，標號差異容易出現(xiàn)顏色偏差，北京朝陽站梁板柱更是相差2個標號，成型后梁板色差較大，對清水混凝土外觀不利。

GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》8.3.8 條規(guī)定：柱、墻混凝土設計強度比梁、板混凝土設計強度高1個等級時，柱、墻位置梁、板高度范圍內(nèi)的混凝土經(jīng)設計單位確認，可采用與梁、板混凝土設計強度等級相同的混凝土進行澆筑［3］。

柱、墻混凝土設計強度比梁、板混凝土設計強度高2個等級及以上時，應在交界區(qū)域采取分隔措施；分隔位置應在低強度等級的構(gòu)件中，且距高強度等級構(gòu)件邊緣不應小于500 mm。

根據(jù)規(guī)范理解，在標號差異不大的條件下可以將核心區(qū)混凝土標號調(diào)整一致，特別是鐵路站房工程多采用偏高標號混凝土，即便是相差2個等級同樣具備突破規(guī)范要求的可能性。經(jīng)溝通，設計同意將梁柱核心區(qū)位置混凝土標號調(diào)整為梁板混凝土標號。

3.4 雙柱優(yōu)化

北京朝陽站變形縫位置采用雙柱分縫設計，設計為“雙柱四凹槽+八圓弧”建筑形式，設置有300、100 mm兩種間距。

雙柱間凹槽不具備雨水功能，人視線條件下也無法看到凹槽效果，無明顯設計意義，具備取消凹槽的條件。300 mm 間距雙柱可根據(jù)鋼模板方案采用分開澆筑的方案滿足模板拆除要求（見圖3）。

圖3 優(yōu)化前后300 mm間距雙柱

100 mm 間距存在無法滿足鋼模板拆除要求，需進一步優(yōu)化取消雙柱間圓弧造型。同時，為適應軌道曲線段限界要求，雙柱位置存在軸線錯縫設計，錯縫距離為27、54 mm。北京朝陽站雙柱錯縫位置最小限界為2 423 mm，大于2 000 mm（建筑限界、非正線）的要求，具備調(diào)整空間，能夠?qū)㈦p柱調(diào)整至一個軸線，滿足同時澆筑的要求（見圖4）。

圖4 優(yōu)化前后100 mm間距雙柱安裝效果圖

3.5 柱子鋼筋優(yōu)化

柱子采用大鋼模板、“導管法+多點振搗”澆筑方法，對鋼筋排布要求較高。柱子鋼筋定位直接影響鋼模安裝，100 mm 直徑導管及振搗棒下放至柱底要求箍筋排布留出足夠的空間［4］。

北京朝陽站部分柱子鋼筋原設計采用9 肢箍（4 個矩形箍+1個單肢拉鉤），單肢拉鉤設計在柱子截面軸線位置，排布密集，影響導管下放。運用BIM 技術(shù)優(yōu)化取消單肢拉鉤，將其中1 個矩形箍優(yōu)化為多邊形箍（見圖5）［5］。

考慮施工因素，也可以通過合理調(diào)增0～10 mm 保護層厚度，減小鋼筋截面尺寸，方便鋼模安裝。

圖5 優(yōu)化前后鋼筋排布

3.6 預應力優(yōu)化

北京朝陽站清水混凝土梁板采用緩粘結(jié)預應力技術(shù)，原設計采用方形加腋，在加腋側(cè)面張拉。經(jīng)過深化設計，方形腋調(diào)整為三角形加腋，其他位置加腋全部取消，同時將加腋側(cè)面張拉調(diào)整為梁面張拉的方式（見圖6）［6］。

圖6 優(yōu)化前后預應力張拉端設計

為保證清水混凝土外觀效果，在結(jié)構(gòu)邊梁位置宜預留預應力錨固端，如果因為預應力甩筋問題，可通過增加連接器的方式進行解決或者采用內(nèi)凹式張拉端。

3.7 屋面雨水優(yōu)化

北京朝陽站雨棚為我國最大全覆蓋清水混凝土屋面兼停車場，采用種植屋面形式，存在種植池排水、車道排水、人行道排水、綠地排水、停車排水，通過雨水斗、雨水管將雨水排至軌道線間排水溝。

原設計存在雨水斗距離柱子雨水凹槽較遠的問題，雨水管穿板后需要經(jīng)過多道結(jié)構(gòu)梁后才能與立管相接，影響清水混凝土整體效果。通過綜合排布，采用如下方式進行優(yōu)化：

（1）方案1。利用種植屋面建筑法，將水平管調(diào)整至板面，排水溝采用側(cè)排的方式（見圖7）。

圖7 優(yōu)化前后雨水側(cè)排

（2）方案2。調(diào)整雨水斗至梁窩位置，減少水平管長度，結(jié)構(gòu)板面將排水溝加長（見圖8）。

圖8 優(yōu)化前后雨水管排布

優(yōu)化方案1適用于種植池及人行道排水，排水管采用種植土覆蓋可避免受凍，無車輛通過也減少損壞風險。

優(yōu)化方案2適用于在車道及停車排水，采用瀝青混凝土溝蓋板制作暗溝，不影響整體外觀效果。

同時，雨水管宜布置在旅客視線背面，對于清水混凝土也更需要進行優(yōu)化［7-8］。

4 結(jié)束語

北京朝陽站站房清水混凝土施工前，結(jié)合施工方案，通過一系列優(yōu)化措施，為清水效果的實現(xiàn)提供強有力的支持，也為各分部分項工程工作開展提供新的思路，同時為類似工程施工建設提供一定的理論和實踐參考。