外鋼套-內(nèi)玻璃鋼組合模板在巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件施工中的應(yīng)用

孫 琦

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

如今，綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)理念已被應(yīng)用到工程實(shí)例中，特別是異形褶皺清水混凝土，不僅體現(xiàn)了綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，還富有相當(dāng)高的藝術(shù)氣息，而適應(yīng)這些要求的施工技術(shù)一定會(huì)得到相應(yīng)的發(fā)展[1-4]。以本工程為例，針對(duì)其清水構(gòu)件體積龐大、造型復(fù)雜、表面紋理精度要求高等特點(diǎn)，通過外鋼套-內(nèi)玻璃鋼組合模板體系的研發(fā)、母模材質(zhì)調(diào)整以及模板體系支撐架的創(chuàng)新優(yōu)化，有效保證了巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件的成形效果，同時(shí)縮短了施工工期，降低了施工成本，促進(jìn)了清水混凝土構(gòu)件模板體系的技術(shù)發(fā)展。

1 工程概況

天安陽光廣場(chǎng)（西地塊）“千樹工程”（圖1）位于上海市普陀區(qū)莫干山路120號(hào)，總建筑面積10.9萬 m2。整體建筑共12層，其中地下3層為停車庫，地上9層為商業(yè)樓。此建筑為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，最大高度為59.9 m。建筑整體構(gòu)思設(shè)計(jì)獨(dú)特巧妙，140根立柱與其內(nèi)置樹木錯(cuò)落有致，形成了南起莫干山路、北至蘇州河的一條沿河綠化帶。隨著整體建筑逐漸建成，建筑與樹的結(jié)合渾然天成，仿佛現(xiàn)實(shí)版的巴比倫空中花園。

圖1 天安陽光廣場(chǎng)（西地塊）“千樹工程”效果圖

2 巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件概況

此項(xiàng)目地上部分共有140根生命立柱（清水混凝土柱），由底部柱身及頂部種植臺(tái)盆（圖2）組成，造型復(fù)雜。柱頂臺(tái)盆根據(jù)形狀及尺寸可分為4種類型，分別為大、中、小及非常規(guī)種植臺(tái)盆，內(nèi)置喬木和灌木，臺(tái)盆表面同含褶皺，為復(fù)雜雙曲面，由柱身平滑過渡至頂部，盆頂最大截面尺寸為5 800 mm×5 800 mm。

景觀區(qū)域分布有21個(gè)方形空心種植池（圖3），共分為3種類型，池頂輪廓不同尺寸規(guī)模為3 500 mm×3 500 mm、5 000 mm×5 000 mm，6 500 mm×6 500 mm，豎向擋墻高度1 300～1 700 mm。種植池兼擋土及景觀作用，內(nèi)外表面均為清水效果，其中外表面帶褶皺紋理，內(nèi)側(cè)為光面，基座至少30%的面積為空心。

圖2 種植臺(tái)盆實(shí)景

圖3 種植池實(shí)景

3 模板體系的研發(fā)、實(shí)施及優(yōu)化

3.1 模板體系比選

針對(duì)巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件特點(diǎn)，綜合考慮模板加工成本、加工難易度、安拆難易度、安拆效率、運(yùn)輸便捷性、成形效果精度、翻轉(zhuǎn)次數(shù)、修補(bǔ)難易度等因素，對(duì)木模＋鋼圍檁、橡膠＋外鋼套、鋼模＋鋼圍檁、外鋼套-內(nèi)玻璃鋼、ABS工程塑料＋鋼圍檁、ABS工程塑料＋鋼套筒及鋁模＋鋼圍檁這7種類型模板體系進(jìn)行比選，最終將模板體系定為內(nèi)玻璃鋼＋外鋼套的復(fù)合模板。各類模板體系分析如下：

1）木模＋鋼圍檁：加工成本較低，加工難度一般，安拆難度非常大，安拆速度較慢，運(yùn)輸便捷性最好，成形效果精度一般，拼縫數(shù)量12條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)3次，模板無法進(jìn)行修補(bǔ)。

2）橡膠＋外鋼套：加工成本最高，加工難度非常大，安拆方便，安拆速度最快，運(yùn)輸便捷性一般，成形效果精度最好，拼縫4條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)10次，模板修補(bǔ)難度大。

3）鋼模＋鋼圍檁：加工成本較高，加工難度非常大，安拆最難，安拆速度較慢，運(yùn)輸困難，成形效果精度一般，拼縫數(shù)量8條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)30次，模板無法進(jìn)行修補(bǔ)。

4）外鋼套＋內(nèi)玻璃鋼：加工成本最低，加工難度一般，安拆較方便，安拆速度較快，運(yùn)輸較方便，成形效果精度較好，拼縫數(shù)量4條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)6次，模板修補(bǔ)簡(jiǎn)單。

5）ABS工程塑料＋鋼圍檁：加工成本較高，加工較難，安拆較難，安拆速度一般，運(yùn)輸較困難，成形效果精度較差，拼縫數(shù)量4條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)2次，模板修補(bǔ)較難。

6）ABS工程塑料＋鋼套筒：加工成本較高，加工較難，安拆較難，安拆速度一般，運(yùn)輸較困難，成形效果精度較差，拼縫數(shù)量4條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)4次，模板修補(bǔ)較難。

7）鋁模＋鋼圍檁：加工成本較高，加工非常難，安拆最難，安拆較速度慢，運(yùn)輸困難，成形效果精度一般，拼縫數(shù)量8條，翻轉(zhuǎn)次數(shù)30次，模板無法進(jìn)行修補(bǔ)。

3.2 模板設(shè)計(jì)

3.2.1 母模材質(zhì)調(diào)整優(yōu)化及制作原理

1）由于母模采用EPS泡沫雕刻，造成母模自身紋理精度差且線條不平順。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、比選，最終將母模材質(zhì)由EPS泡沫調(diào)整為高密度纖維板。

2）以高密度纖維板作為母模雕刻的原材料，將巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)控雕刻電腦系統(tǒng)，根據(jù)母模拼裝圖紙分片雕刻，同時(shí)對(duì)已經(jīng)雕刻完畢的母模進(jìn)行編號(hào)，待整個(gè)清水構(gòu)件母模雕刻完成后進(jìn)行整體拼裝（圖4），并在母模內(nèi)部進(jìn)行系統(tǒng)性的加固。

圖4 母模拼裝

3）基于母模的平面及線條的精度要求，對(duì)已完成的母模進(jìn)行拋光、打磨，最后涂刷2道封閉底漆，為后道內(nèi)模制作工序奠定基礎(chǔ)。

3.2.2 內(nèi)模制作原理

1）以玻璃鋼樹脂作為內(nèi)模的原材料，通過與母模的翻模工藝制作內(nèi)模，確保澆筑清水混凝土構(gòu)件的精度滿足設(shè)計(jì)要求。

2）針對(duì)巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件，在內(nèi)模加工工藝中增設(shè)2道補(bǔ)強(qiáng)纖維，減少翻模、澆筑及拆模過程中由于強(qiáng)度不足造成內(nèi)模玻璃鋼表面的開裂、脫落等現(xiàn)象。

3.2.3 外鋼模設(shè)計(jì)

1）巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件外鋼模由面板、橫豎肋、水平圍檁、連桿等構(gòu)件組成，其受力體系可確保不小于6 t/m2的面板抗壓能力，確保模板在清水混凝土施工、模板安拆過程中牢固、可靠、安全。

2）為確保外模與內(nèi)模之間的黏結(jié)力，增加模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)，鋼模內(nèi)表面需焊接錨固栓釘，栓釘長度為2.5 cm，間距150～200 mm，轉(zhuǎn)角處焊接栓釘加固。

3）小、中、大花盆橫、豎向肋條為8 mm×60 mm@ 300 mm，水平圍檁為方鋼50 mm×100 mm×5 mm@ 600 mm，連桿為方鋼50 mm×50 mm×4 mm，對(duì)接法蘭為10 mm×60 mm，豎向設(shè)縫（小、中花盆2條；大花盆大梁以上4條縫、以下5條縫）。小、中、大型種植池橫、豎向肋條為8 mm×60 mm@300 mm，水平圍檁（小型種植池方鋼50 mm×100 mm×5 mm@600 mm，中、大型種植池方鋼60 mm×120 mm×6 mm@600 mm），豎向設(shè)縫4條。面板均采用厚5 mm鋼板，鋼材強(qiáng)度Q235；模具水平分縫數(shù)量根據(jù)模板吊裝距離及吊車起重量大小確定。

4）以大型種植池（6 500 mm×6 500 mm）為例，鋼模設(shè)計(jì)加工如圖5所示。

圖5 大型種植池外鋼模設(shè)計(jì)示意

3.3 制作工藝

3.3.1 鋼模制作工藝

模型組合（3D圖紙）→鋼模圖紙深化→原材下料→鋼板液壓成形，法蘭切割，橫、豎向圍檁加工→鋼模組合→內(nèi)模焊接錨釘→防銹處理→內(nèi)模完成→運(yùn)輸至內(nèi)模加工廠

3.3.2 內(nèi)模制作工藝

模型組合（3D圖紙）→導(dǎo)入數(shù)控雕刻電腦系統(tǒng)→分片雕刻高密度纖維板模型→模型拼裝組合→模型表面拋光、打磨→第1道玻璃鋼纖維鋪貼（含固化劑）→第2道玻璃鋼纖維鋪貼（含固化劑）→內(nèi)模養(yǎng)護(hù)達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度

3.3.3 復(fù)合模具組合工藝

鋼模組合→鋼模定位、內(nèi)外模之間固化劑配比→內(nèi)外模套?！夏３C正定位→分模隔離→灌注內(nèi)外模之間的固化劑→養(yǎng)護(hù)模具→拆?！＞邇?nèi)表面精細(xì)化處理→出廠前檢查和修補(bǔ)→出廠

3.4 模板加工工藝

本工程巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件的外鋼模與玻璃鋼內(nèi)膽均采用工廠加工后現(xiàn)場(chǎng)組合拼裝的方式。模板出廠前需在加工廠預(yù)拼，并對(duì)模板平整度、外觀尺寸、拼縫精度等進(jìn)行校核，校核無誤后，方可對(duì)模板進(jìn)行編號(hào)出廠。

3.5 模板施工

3.5.1 巨型臺(tái)盆模板支撐搭設(shè)及加固

清水混凝土柱施工過程中，在柱體四周搭設(shè)9.4 m×9.4 m滿堂排架，同時(shí)根據(jù)柱體澆筑高度設(shè)置鋼笆操作平臺(tái)，寬度1 m，具體位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。巨型臺(tái)盆下方設(shè)置鋼管@600 mm斜撐對(duì)稱回頂，與臺(tái)盆下方支撐架共同承受混凝土的側(cè)向壓力，同時(shí)依托柱體及臺(tái)盆下方支撐架抱箍形成整體。為確保模板支撐的整體穩(wěn)定性，臺(tái)盆下方支撐架應(yīng)通長布置縱橫向剪刀撐，如圖6、圖7所示。

圖6 巨型花盆支撐搭設(shè)及加固平面示意

圖7 巨型花盆支撐搭設(shè)及加固立面示意

3.5.2 巨型臺(tái)盆模板吊裝前準(zhǔn)備

臺(tái)盆模板測(cè)量放線：清水柱澆筑完成后會(huì)保留頂部法蘭盤，根據(jù)法蘭盤定出各邊中點(diǎn)或十字線，并與清水柱的模板控制線進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核無誤后，在混凝土連梁上定出柱中心線、邊線和模板定位邊線，模板定位邊線為臺(tái)盆底部邊線出去25 cm控制。

臺(tái)盆模板吊裝前需清理及修補(bǔ)模板內(nèi)側(cè)玻璃鋼，確保模板表面線條完整，沒有銹斑及污漬，最后采用棉布涂抹脫模劑。脫模劑應(yīng)涂抹均勻，不宜掛壁流淌，嚴(yán)禁使用噴壺及涂料刷進(jìn)行脫模劑施工。

為避免臺(tái)盆模板下口漏漿，安裝模板前，應(yīng)確保清水柱頂部法蘭盤平整，同時(shí)在臺(tái)盆底部與清水柱頂板法蘭盤之間涂抹油灰，并在法蘭盤外邊緣粘貼密封膠條，有效減少漏漿現(xiàn)象。在模板的豎向拼縫位置采用2 cm油灰嵌實(shí)抹平，在拼縫外邊緣采用密封膠條，防止混凝土澆筑過程中的側(cè)向漏漿。

3.5.3 巨型臺(tái)盆模板吊裝施工

臺(tái)盆模板首次吊裝前需要進(jìn)行非原位安裝，檢查模板的平整度、精確度等，為后續(xù)原位吊裝積累經(jīng)驗(yàn)。

起吊前，應(yīng)檢查模板是否與現(xiàn)場(chǎng)其他物件兜掛；模板吊裝時(shí)應(yīng)聽從指揮，吊裝過程中塔吊回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)嚴(yán)禁站人。利用模板上口下第1道圍檁與相鄰加勁板作為起吊點(diǎn)（設(shè)置兩點(diǎn)）。

吊裝時(shí)應(yīng)采用鋼扁擔(dān)，確保兩鋼絲繩平行；起吊前，檢查吊鉤是否掛好。吊裝過程中模板應(yīng)慢起輕放，準(zhǔn)備好的模板應(yīng)根據(jù)測(cè)量的控制線精準(zhǔn)放置。

3.5.4 巨型臺(tái)盆模板拆除

為保證巨型臺(tái)盆清水混凝土構(gòu)件拆模不粘連，成品混凝土棱角不損壞，巨型臺(tái)盆清水混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)比普通混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間長2倍，待清水構(gòu)件達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后方可拆模。模板的拆除順序按模板設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，依次拆除各緊固件后，應(yīng)采用撬棒輕輕將模板撬離；待確認(rèn)模板與混凝土結(jié)構(gòu)之間無任何連接后，方可聽從指揮起吊模板，起吊過程需加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，避免模板碰撞混凝土成品而造成損壞。

3.5.5 巨型種植池支撐搭設(shè)及加固

原方案：種植池基座為非清水混凝土構(gòu)件，在其基座側(cè)墻澆筑前放置埋件，待基座周邊土方回填后，通過一端基座埋件及另一端水平槽鋼布置模板三角支架底座，具體加固措施如圖8所示。巨型臺(tái)盆下方設(shè)置2道φ48 mm@800 mm鋼管斜撐對(duì)稱回頂承受混凝土的側(cè)向壓力，但土方回填標(biāo)高、平整度、密實(shí)度較難控制，且土方回填工作量經(jīng)常滯后于種植池的施工。

優(yōu)化方案：與原方案相同，在種植池基座側(cè)墻澆筑前放置埋件，在基座底板上采用φ48 mm@600 mm鋼管搭設(shè)排架并鋪設(shè)木方及模板，使其作為模板三腳架的底座，同時(shí)排架外圍設(shè)置斜撐與模板回頂斜撐相連，不僅與排架共同承受種植池側(cè)壁混凝土壓力，又形成操作平臺(tái)，方便工人進(jìn)行模板的安拆工作。具體優(yōu)化加固措施如圖9所示。

4 結(jié)語

通過對(duì)外鋼套-內(nèi)玻璃鋼組合模板體系的研究、選擇、實(shí)施、改進(jìn)、優(yōu)化，天安“千樹工程”巨型異形褶皺清水混凝土構(gòu)件的最終成形效果達(dá)到了預(yù)期目的，構(gòu)件表面線條平順、色澤一致、顏色均勻，體現(xiàn)了綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)理念并富有相當(dāng)高的藝術(shù)氣息。該模板體系的成功應(yīng)用，給后續(xù)類似特殊構(gòu)件的設(shè)計(jì)及施工提供了較好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

圖8 原種植池支撐加固示意

圖9 優(yōu)化后種植池支撐加固示意