大型高鐵站房清水混凝土雨棚施工技術(shù)研究

康 博

（中鐵建工集團(tuán)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518052）

車站是城市文化的窗口，站臺(tái)和雨棚構(gòu)成的車場(chǎng)空間，作為客站最主要的旅客集散空間，是旅客對(duì)城市的第一印象，也是即將離開時(shí)對(duì)城市的最后記憶。

國(guó)內(nèi)站臺(tái)雨棚建筑形式主要分為有柱式和跨線式（無站臺(tái)柱），長(zhǎng)期以來大型客站均采用跨線式鋼結(jié)構(gòu)雨棚，清水混凝土雨棚相比鋼結(jié)構(gòu)雨棚在安全性、耐久性、免維護(hù)等方面有顯著優(yōu)點(diǎn)，近年來在國(guó)內(nèi)大中型鐵路站房應(yīng)用越來越廣泛，重慶西[1]、雄安站、京張鐵路清河站等采用清水混凝土雨棚，其成功應(yīng)用取得了良好的社會(huì)效益，鄭州南站作為繼重慶西后采用清水混凝土雨棚的特大型高鐵站房，裝配式聯(lián)方網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)大型站房雨棚建設(shè)中尚屬首例，通過一系列先進(jìn)技術(shù)實(shí)施，分別在曲面清水混凝土結(jié)構(gòu)和雨棚預(yù)制裝配式施工技術(shù)領(lǐng)域方面，將國(guó)內(nèi)大型站房清水雨棚建造技術(shù)推向新高度。

1 工程概況

鄭州南站雨棚造型取自蓮鶴方壺中仙鶴羽翼之形，雨棚采用聯(lián)方網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式，梁與梁相交形成一個(gè)“菱形網(wǎng)殼”，再由多個(gè)菱形網(wǎng)殼組成整個(gè)雨棚結(jié)構(gòu)，造型靈動(dòng)。雨棚分布在站房南北兩側(cè)，南北兩個(gè)分區(qū)按跨度分為21.5m（5拱）、21.8m（2拱）、22.6m（1拱）、20.45m（1拱）、20.4m（1拱）、21m（2拱）、12m（1拱）等7種類型。其中，13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)跨雨棚、4個(gè)由軌道彎曲影響的異型跨雨棚及兩側(cè)的懸挑造型，單側(cè)17拱，共34拱雨棚。屋蓋剖面為波浪形，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制+現(xiàn)澆聯(lián)方網(wǎng)殼清水混凝土結(jié)構(gòu)。單片屋蓋順軌方向長(zhǎng)97.7m，垂直軌道方向總長(zhǎng)370m。拱高3.7m，最高處距離軌道層高度為16.73m。

2 施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 清水混凝土配合比研究

清水混凝土，是指采用現(xiàn)澆工藝一次成型，且在拆除模板后不再作外部修飾，僅涂刷一層透明保護(hù)劑，以混凝土自然色作為飾面的混凝土。結(jié)合雨棚拱面澆筑困難的特點(diǎn)，要求清水混凝土雨棚配合比達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]：

（1）達(dá)到高性能混凝土要求的高耐久性和高工作性能。雨棚結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于室外環(huán)境，耐久性方面主要考慮因素有：抗?jié)B性、抗碳化性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕、體積穩(wěn)定性和抑制堿骨料反應(yīng)等方面。高工作性是保障清水混凝土表面效果的關(guān)鍵，需考慮的主要因素有：高流動(dòng)性、可泵性及體積穩(wěn)定，不離析不泌水等方面。

（2）無明顯色差，顏色均勻一致，且應(yīng)考慮整體顏色與預(yù)制疊合板顏色相匹配；無氣泡、無麻面、無沙線水線等表面缺陷。

試配質(zhì)量控制最大的難題為改善混凝土工作性能和消減氣泡，總結(jié)前期試配經(jīng)驗(yàn)見表1。

表1 前期試配經(jīng)驗(yàn)

根據(jù)河南地區(qū)地材開展配合比試配工作，主要在滿足基本力學(xué)性能的基礎(chǔ)上調(diào)整色差、減少表面氣泡、優(yōu)化施工性能。通過比選水泥品牌，微調(diào)混凝土的礦物摻合料、外加劑、砂、石比例，同時(shí)匹配模板、脫模劑種類、成型工藝等輔助條件，共制作80組配比樣板，從中選定適合外觀質(zhì)量的清水混凝土配合比。

通過試驗(yàn)，最終確定清水混凝土材料及控制指標(biāo)見表2。

表2 清水混凝土材料及控制指標(biāo)

2.2 模板體系比選及安裝技術(shù)

2.2.1 模板及支架體系選型

模板體系通過對(duì)國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的清水混凝土項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研，應(yīng)用于清水混凝土的模板體系主要有鋼模板、木模板、鋁模板、木塑模板、GRC模板等。經(jīng)研究分析，主要以結(jié)構(gòu)精度控制、拼縫處理、表面觀感、大規(guī)模生產(chǎn)操作等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)合成型后的整體效果，確定模板體系和施工工藝[3]。

支架體系根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，大型胎架及操作平臺(tái)不具備運(yùn)輸及安裝條件，故確定采用滿堂腳手架支撐體系。滿堂腳手架支撐體系主要考慮盤扣式腳手架支撐體系和扣件式腳手架體系，相對(duì)于施工操作難易程度和搭設(shè)精準(zhǔn)度來講，盤扣式腳手架優(yōu)勢(shì)較為明顯，但限于網(wǎng)格梁空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需充分研究盤扣式腳手架應(yīng)用的可行性，如能滿足施工要求，則優(yōu)先考慮采用盤扣式腳手架體系，如不能滿足施工要求，則采用扣件式腳手架體系。

綜合比選結(jié)果見表3。

表3 綜合比選結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際樣板分析，根據(jù)施工難易程度、質(zhì)量控制、工效及成型效果，最終確定模板方案：①柱模板變截面采用鋼模板體系，柱子棱角需保證方角；②支模架采用盤扣式腳手架體系；③梁模板采用木模板支撐體系；④梁板一次澆筑成型。

2.2.2 異型柱模板深化及控制要點(diǎn)

本工程雨棚清水混凝土柱形狀為鋼骨混凝土六角形、八角形柱，標(biāo)準(zhǔn)截面為1000mm×1000m、900mm×1200mm、1000mm×1200mm、1100mm×1100mm，柱凈高11.55m，其中截面為1100mm×1100mm無柱帽，截面形式較多，需進(jìn)行專業(yè)性深化設(shè)計(jì)，清水混凝土施工必須消除常規(guī)結(jié)構(gòu)施工易出現(xiàn)的漏漿、錯(cuò)臺(tái)、跑模等質(zhì)量通病，經(jīng)過分析比較，采用定制定型鋼模板，選取實(shí)力強(qiáng)、專業(yè)水平高的專業(yè)廠家定制。帶柱帽雨棚柱總高度11.55m，柱身高10.15m，頂部為變截面柱頭高1.4m。分兩次施工，一次施工高度為9.15m，采用的鋼模板分三段，每段長(zhǎng)3.05m。第二次施工為直線段剩余的0.9m及柱帽，采用鋼模長(zhǎng)度為2.46m，截面為1100mm×1100mm無柱帽柱鋼模分為四段，每段長(zhǎng)2.355m。圖1為1000mm×1200mm柱頂部及底部平面圖。

圖1 1000mm×1200mm柱頂部及底部平面圖

2.2.3 拱形網(wǎng)格肋梁木?？刂埔c(diǎn)

（1）木模選材要點(diǎn)。對(duì)清水模板進(jìn)行多次送樣，通過雕刻機(jī)正切環(huán)切、24H冷熱水浸泡、實(shí)體樣板成型尺寸偏差等多組試驗(yàn)，對(duì)模板的平整度、勻質(zhì)性、濕漲程度、剛度、韌性等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，從模板坯料材質(zhì)選擇、接縫處理、酚膠種類、模紙選擇、砂光工藝等方面，最終分別確定弧形龍骨、網(wǎng)格肋梁、順軌主梁三種清水模板參數(shù)，由清水模板廠家特制生產(chǎn)。

（2）模板智能數(shù)控加工。利用犀牛模型出具模板加工深化圖，數(shù)控雕刻機(jī)加工弧形龍骨及梁模板，網(wǎng)格肋梁弧度利用機(jī)床一次加工成型，側(cè)模陽角均加工45°碰角，以保障現(xiàn)場(chǎng)拼裝精度。

（3）網(wǎng)格肋梁模板安裝。采用空間測(cè)量轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用建模軟件將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)肋梁模板精準(zhǔn)定位。

梁底模安裝工藝流程[4]：①將轉(zhuǎn)換后的平面坐標(biāo)在站臺(tái)層上彈出梁投影線，再將線引到次龍骨上；②數(shù)控雕刻機(jī)加工梁底兩側(cè)襯板帶，沿梁線安裝襯板帶；③安裝網(wǎng)格肋梁十字交叉處菱形模板；④安裝網(wǎng)格肋梁底模，拼縫處斷面涂玻璃膠擠實(shí)處理；⑤同時(shí)進(jìn)行順軌主梁和弧形梁底模安裝。

梁側(cè)模安裝及梁鋼筋綁扎：①安裝網(wǎng)格肋梁?jiǎn)芜呁瑐?cè)側(cè)模，使其圍成菱形，進(jìn)行側(cè)模加固；②安裝網(wǎng)格肋梁下口箍筋、底筋、腰筋；③埋設(shè)健康監(jiān)測(cè)傳感器及管線、照明管線；④安裝網(wǎng)格肋梁另一側(cè)側(cè)模，側(cè)模加固；⑤埋設(shè)燈具預(yù)埋件；⑥同時(shí)進(jìn)行順軌主梁和弧形梁鋼筋綁扎及側(cè)模安裝。

2.3 裝配式弧形疊合板深化及安裝

雨棚拱形結(jié)構(gòu)板采用60mm+60mm疊合板＋現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式。疊合板為菱形曲面造型結(jié)構(gòu)，單跨疊合板類型共4種，構(gòu)件深化通過BIM技術(shù)建立雨棚結(jié)構(gòu)模型，將BIM模型按結(jié)構(gòu)部位分解成單元個(gè)體。其中，將不同規(guī)格的疊合板按設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)格尺寸要求進(jìn)行精細(xì)化建模，根據(jù)模型體現(xiàn)出鋼筋的排布方式及留設(shè)位置，確保構(gòu)件尺寸、弧度滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

構(gòu)件深化考慮結(jié)構(gòu)尺寸、弧度等構(gòu)件特征，盡量減少開模數(shù)量，提高模具利用率，綜合考慮利用率、設(shè)計(jì)周期、工廠組裝難度等三個(gè)因素，最終確定最優(yōu)模具合并方案。構(gòu)件混凝土中原材料、配合比盡快做到與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相匹配并嚴(yán)格蒸汽養(yǎng)護(hù)，要求疊合板達(dá)到清水標(biāo)準(zhǔn)后出廠。

3 其他質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 異形柱鋼筋控制要點(diǎn)

確保鋼筋加工和安裝的精準(zhǔn)，避免影響模板安裝及造成結(jié)構(gòu)露筋，保障結(jié)構(gòu)尺寸，重點(diǎn)控制異型箍筋和型鋼結(jié)構(gòu)柱頭節(jié)點(diǎn)。

（1）八角柱外箍筋加工，煨成圓形后分段調(diào)直或分段滾??；

（2）柱變截面段鋼筋較密，利用BIM建模調(diào)整鋼筋空間排布，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.2 混凝土施工質(zhì)量控制

雨棚柱分三段澆筑，施工縫邊緣設(shè)置禪縫，方便與后半段柱混凝土結(jié)合。振搗應(yīng)采用加長(zhǎng)型?50振搗棒，先將振搗棒深入柱底，邊澆筑邊振搗，振搗時(shí)間由正常的20s～30s加大到30s～40s，確保柱混凝土振搗密實(shí)。

網(wǎng)格肋梁板兩端開始用“趕漿法”即先澆筑主梁，根據(jù)梁高分層（不少于四層）澆筑成階梯形，當(dāng)達(dá)到板底位置時(shí)再與板的混凝土一起澆筑，隨著階梯形不斷延伸，梁板混凝土澆筑連續(xù)向前進(jìn)行。澆筑與振搗必須緊密配合，梁底充分振實(shí)后再下第二層料，保持水泥漿沿梁底包裹石子向前推進(jìn)，每層均應(yīng)振實(shí)后再下料，每層厚度不得大于500mm；同時(shí)采用?50振搗棒同步振搗，梁底及梁幫部位要注意振實(shí)，振搗時(shí)不得觸動(dòng)鋼筋及預(yù)埋件。

為了減少清水混凝土的表面色差，清水混凝土梁結(jié)構(gòu)的側(cè)模應(yīng)在24h后拆除。模板拆除后，其表面應(yīng)采用塑料薄膜嚴(yán)密覆蓋并及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每隔6h進(jìn)行一次澆水，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般應(yīng)不小于7d。注意不能采用棉被、草墊或草包鋪蓋，以免造成永久性顏色污染。

3.3 局部清修及細(xì)部節(jié)點(diǎn)控制

局部清修是指針對(duì)混凝土局部可能會(huì)產(chǎn)生一些小氣泡、孔眼、麻面和酥松等缺陷進(jìn)行處理，一般瑕疵可不做處理，禪縫原則上不進(jìn)行修補(bǔ)，以避免破壞禪縫的自然效果。其中，螺栓孔的處理直接影響清水混凝土整體外觀，做到自然協(xié)調(diào)美觀。

螺栓孔細(xì)部處理：清理螺栓孔，測(cè)量原有螺栓孔部位上下左右尺寸，確定位置，用直徑36mm或者42mm的開孔器進(jìn)行擴(kuò)孔，然后用彈性膩?zhàn)有扪a(bǔ)，再用直徑25mm～30mm平頭鋼扦插搗實(shí)平整后表面壓光養(yǎng)護(hù)。

3.4 涂裝SKK水性清水氟透明保護(hù)劑

雨棚長(zhǎng)期處于室外環(huán)境，表面采用SKK水性清水氟透明保護(hù)劑，在其表面形成透明保護(hù)膜，可有效防止水泥老化、碳化及鹽害等現(xiàn)象的發(fā)生，極大提高混凝土表面耐污性、耐候性、耐久性，同時(shí)保持混凝土原始質(zhì)感。

工藝流程：基層處理（除銹、局部清修、螺栓孔處理、禪縫處理等）→局部色差調(diào)整→面漆涂刷（滾涂）。

在基層處理之前，主體基層確保養(yǎng)護(hù)到位（＞28d），養(yǎng)護(hù)到基層的pH值小于10，含水率小于10%后，再進(jìn)行基面處理。

4 結(jié)語

清水混凝土建筑是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要精細(xì)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格控制、施工得法，最重要的是有好的管理系統(tǒng)。從組織設(shè)計(jì)、安排施工到項(xiàng)目管理與監(jiān)理督檢，只有每一個(gè)環(huán)節(jié)都運(yùn)行良好，才能展現(xiàn)出清水混凝土的優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。通過鄭州南站聯(lián)方網(wǎng)殼清水雨棚成功實(shí)踐，為國(guó)內(nèi)清水結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用與施工積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。