勁性清水混凝土施工技術(shù)

陳 穎

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

近年來，清水混凝土在國內(nèi)各種公共文化項目中得到了廣泛的運用[1-5]。本文以上海圖書館東館項目為工程背景，從鋼結(jié)構(gòu)深化、鋼筋與模板體系設(shè)計、混凝土配合比優(yōu)化以及產(chǎn)品保護等方面出發(fā)，對帶外伸鋼牛腿的勁性清水混凝土施工技術(shù)進行了研究與總結(jié)。

1 背景工程概況

上海圖書館東館項目規(guī)劃用地面積約3.96萬 m2，總建筑面積11.5萬 m2，地上7層，地下2層。建筑整體就像一塊正在雕琢的玉石，作為城市的客廳和市民文化交流的中心，設(shè)計師選擇了清水混凝土來體現(xiàn)圖書館樸實無華、自然沉穩(wěn)的外觀韻味（圖1）。

本工程上部結(jié)構(gòu)采用框架＋剪力墻筒體結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)件為28根現(xiàn)澆清水混凝土勁性圓柱和4個清水混凝土勁性剪力墻筒體，水平構(gòu)件采用鋼桁架和鋼梁，混凝土強度等級為C60，清水混凝土面積約11 000 m2，外觀要求確定為表面顏色基本一致，由有規(guī)律排列的對拉螺栓孔眼、明縫、蟬縫、假眼等組合形成的，以自然質(zhì)感為飾面效果的飾面清水混凝土（圖2）。

圖1 清水混凝土效果圖

圖2 清水混凝土平面布置

2 勁性結(jié)構(gòu)施工難點

2.1 施工高度高且內(nèi)部構(gòu)造密集

本工程上部結(jié)構(gòu)層高均超過6.2 m，最高層高為7.8 m。核心筒板墻內(nèi)置剪力鋼板、鋼連梁、鋼暗柱，角柱內(nèi)置大截面十字鋼骨柱，且配筋截面較大，鋼筋布置較密。圓柱直徑1.3 m，室內(nèi)中庭獨立柱最高21 m（圖3）。

考慮到清水混凝土的要求，大層高板墻不宜分段澆筑。同時，由于角柱內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)加勁板結(jié)構(gòu)復雜，鋼筋間距較小，無法設(shè)置串筒來降低混凝土下落高度，因此如何防止混凝土離析是混凝土澆筑的一大難點。此外，由于鋼筋間距較小，混凝土澆筑時振搗棒難以部署，如何保證混凝土澆筑密實也是難點之一。

2.2 混凝土強度等級高

勁性結(jié)構(gòu)混凝土強度等級為C60，高強高性能混凝土必須從原材料選擇、配合比設(shè)計與優(yōu)化、泵送工藝、現(xiàn)場組織供應以及養(yǎng)護等方面全方位考慮，以確?；炷辆哂锌墒┕ば?、良好的體積穩(wěn)定性、高可泵性以及混凝土在凝結(jié)硬化的早期具有足夠的強度和高耐久性。同時須克服混凝土大流動性與抗離析穩(wěn)定性之間的矛盾，處理好屈服應力與塑性黏度之間的流變關(guān)系等。

圖3 核心筒角柱、圓柱勁性結(jié)構(gòu)與鋼筋平面

2.3 模板排列及施工難度大

核心筒墻體內(nèi)設(shè)剪力鋼板，角柱及框架圓柱存在外伸鋼牛腿，墻面分布著較多的門洞、管弄、消防箱等，均影響飾面清水混凝土蟬縫、螺栓眼的排列和施工。此外，剪力鋼板開孔需結(jié)合墻面布局和模板排列，在鋼結(jié)構(gòu)深化階段提前確定，對設(shè)計施工一體化，提出了較高要求，同時也是影響清水混凝土墻面觀感質(zhì)量的重要因素。

2.4 產(chǎn)品保護難度高

由于核心筒與外側(cè)水平結(jié)構(gòu)獨立施工，導致上部鋼結(jié)構(gòu)焊接及混凝土澆筑時外側(cè)無樓板隔離，需解決鋼結(jié)構(gòu)電焊和混凝土漿液的垂直流淌對下層已澆筑完成墻面的污染問題，產(chǎn)品保護難度高。

3 清水混凝土施工策劃

3.1 清水混凝土模板選型

模板是決定清水混凝土表觀效果的主要因素，針對墻體模板體系，先后試驗了普通優(yōu)質(zhì)模板、光面優(yōu)質(zhì)模板、WISA模板、不銹鋼貼面模板。在綜合考慮清水效果和周轉(zhuǎn)利用的情況下，最終確定模板體系為：不銹鋼貼面模板＋T形鋁合金龍骨豎圍檁＋10#槽鋼橫圍檁，配以塑料堵頭。

針對圓柱模板體系，通過對定型圓木模、紙筒模、玻璃鋼柱模、內(nèi)襯軟玻璃木模等進行比選，結(jié)合施工操作便利性和清水表觀質(zhì)感，最終選用定型圓木模＋定型扁鐵抱箍＋木方豎圍檁體系。

3.2 清水混凝土配合比優(yōu)化

原材料是清水混凝土技術(shù)的關(guān)鍵因素，材料必須保證同廠家、同產(chǎn)地、同品種、同規(guī)格，顏色基本相同。在參考類似工程的混凝土配合比的基礎(chǔ)上，考慮到C60混凝土的水化熱較高，在樣板施工中首先將水泥用量控制在400 kg/m3以下，加入礦粉及粉煤灰，調(diào)整混凝土表觀色澤效果。結(jié)合設(shè)計師現(xiàn)場觀感要求，通過試驗室小樣配置，并且在后續(xù)樣板及實體施工時調(diào)整水泥、礦粉、粉煤灰的比例，確定了最終的參數(shù)：強度等級C60，坍落度190 mm±30 mm，混凝土配合比為水∶水泥∶礦粉∶粉煤灰∶砂∶石子∶減水劑＝165∶412∶52∶52∶683∶ 1 031∶5.68。

3.3 模板及螺栓布置圖深化

清水墻模板圖的制作，需滿足墻面拼縫整齊劃一，螺桿均勻?qū)ΨQ的要求，達到最終可視范圍內(nèi)墻面的整體美觀的施工目標。模板圖需分層按墻面提交給設(shè)計師確認，結(jié)合勁性結(jié)構(gòu)特點，在鋼結(jié)構(gòu)深化階段對螺栓眼位置與加工圖進行整合，由加工廠對鋼構(gòu)件統(tǒng)一預開孔（圖4）。

圖4 螺栓眼布置及局部墻平面示意

清水定型圓木模由2個半圓拼合而成，外側(cè)采用定制圓柱箍，間距為200～300 mm，加設(shè)木方豎圍檁以及鋼管橫圍檁夾緊。梁柱節(jié)點部位采用定制圓模板開槽施工。

清水圓柱按建筑高度每隔2.4 m設(shè)置1道水平蟬縫，豎向設(shè)置2道蟬縫，水平蟬縫處設(shè)置定制柱箍并開觀察孔。

3.4 勁性結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

對于鋼筋較為密集的節(jié)點，為保障混凝土澆筑密實，對鋼筋規(guī)格及節(jié)點進行合理優(yōu)化，增加鋼筋間隙。

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計階段，對剪力鋼板開孔位置及尺寸進行優(yōu)化，綜合考慮了對拉螺桿設(shè)置、結(jié)構(gòu)預留插筋、混凝土澆筑密實度等因素，進而使清水混凝土的表面效果更加理想。

4 清水混凝土施工措施

4.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝

勁性柱和剪力鋼板安裝是勁性清水混凝土施工的第一道工序，對于鋼結(jié)構(gòu)分段部位的精度需要特別控制。施工過程中要求上下層鋼柱連接處的偏差不大于5 mm，垂直度偏差不大于0.1%。核心筒內(nèi)剪力鋼板由于跨度較大，構(gòu)件存放以及安裝過程中均容易產(chǎn)生平面變形問題，而變形過大會導致螺栓眼開孔跑位、混凝土保護層不足等現(xiàn)象。因此，在最終焊接固定之前，需矯正至中心位置。

針對清水混凝土要求，在鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，由測量人員在鋼結(jié)構(gòu)上畫出螺栓孔定位線并復核螺栓孔位置，若孔位偏差過大，應立即對孔眼位置進行整改。

4.2 鋼筋工程施工技術(shù)

剪力墻鋼筋在插筋時先設(shè)置通長定位筋，然后根據(jù)模板排列圖標出螺栓孔位置，引導插筋位置，規(guī)避螺栓孔。

鋼筋綁扎前，先復核剪力鋼板兩側(cè)底部插筋豎向位置與螺栓孔無沖突且滿足保護層要求，否則立即調(diào)整鋼筋。

鋼筋綁扎的扎絲采用鍍鋅鐵絲，扎絲不得碰模板接觸面，扎絲頭全部向鋼筋內(nèi)側(cè)設(shè)置。同時將外側(cè)扎絲圓鉤全部壓平，防止外露，避免混凝土表面出現(xiàn)銹斑，并在施工過程中要求邊綁扎、邊清理。分布筋施工時，標出豎向的螺栓孔的位置，鋼筋安裝時避開。

4.3 模板工程施工技術(shù)

清水混凝土墻模板以吊頂標高為界，采用木模與不銹鋼相結(jié)合的復合模板，T形鋁合金龍骨豎圍檁間距250 mm，10#雙拼槽鋼橫圍檁間距600 mm，且內(nèi)墻采用八字斜撐輔助控制垂直度（圖5）。

圖5 剪力墻模板體系平面示意

剪力墻采用φ16 mm對拉螺栓，預埋φ25 mm的PVC塑料套管，兩端采用外徑φ40 mm專用塑料堵頭，螺栓孔水平、豎向間距不超過600 mm，呈矩陣排列。

對于轉(zhuǎn)角處及T形墻無法設(shè)置對拉螺栓的部位，采用將螺栓內(nèi)側(cè)與鋼筋或者鋼板焊接的方式單頭固定。

在模板系統(tǒng)施工過程中，由對口管理人員全程監(jiān)控，從模板進場驗收、表面清潔及脫模劑涂刷、模板垂直度、螺桿配套防漏堵頭緊固度等細節(jié)入手，嚴格執(zhí)行程序管理，控制施工質(zhì)量。

4.4 混凝土工程施工技術(shù)

為減小混凝土澆筑時側(cè)壓力以及減少冷縫的出現(xiàn)，墻體采用分層澆筑，每層澆筑高度為1 m，層間連續(xù)澆筑且總時間控制在0.5 h左右。在上層澆筑時，振動棒應插入下層混凝土50～100 mm，振搗時間控制在30～40 s，使混凝土中的氣泡在充分上浮消散的同時，避免因過振產(chǎn)生離析。

混凝土振搗采用φ50 mm振動棒，針對剪力墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)較密區(qū)域，采用φ35 mm的小型振動棒。在核心筒角柱等鋼筋密集區(qū)域，振動棒在混凝土澆筑前布置到位，澆筑過程中只上拔不下插。

同時，為減少清水混凝土表觀小氣泡，在模板外側(cè)布置附著式輔助振搗器振搗，使氣泡充分上浮。在施工過程中，安排專人負責輔助振搗器的開啟和移位。

為確?；炷恋牧魈市阅軡M足施工要求，針對高強度清水混凝土，施工時除要求坍落度大于200 mm以外，還需控制混凝土擴展度大于500 mm。在混凝土攪拌車到現(xiàn)場后，每車均先進行坍落度和擴展度檢測。

4.5 產(chǎn)品保護施工技術(shù)

考慮到核心筒上層施工時對下層的影響，在混凝土拆模后，采用模板與披水板的組合體系，對清水混凝土墻面進行保護。利用螺栓孔設(shè)置對拉螺栓固定木方橫圍檁，然后采用自攻螺釘將模板固定于木方上，形成整齊且有效的模板保護體系，在模板頂部設(shè)置披水板并在頂部打膠封閉，防止上方銹水等污染下層清水混凝土墻面。

圓柱產(chǎn)品保護采用塑料薄膜全覆蓋，頂部采用柔性箍帶箍緊，下部2.4 m范圍采用薄鐵皮進行包覆，防止意外撞擊碰傷混凝土表面（圖6）。

圖6 產(chǎn)品保護示意

5 結(jié)語

本文以上海圖書館東館項目為背景工程，結(jié)合自身的特點、難點，對勁性清水混凝土施工技術(shù)進行了研究和實踐。實踐表明：在清水混凝土施工過程中，構(gòu)造、鋼筋綁扎、模板體系、模板安裝、混凝土澆筑等每一道工序都會影響到后續(xù)的施工步驟。因此，合理地優(yōu)化、解決施工過程中的每一個難點都是必不可少的。同時，只有將每一道工序都按要求保質(zhì)保量地完成，才能確保清水混凝土順利施工，達到預期效果。