1 引言
清水混凝土产生于20世纪20年代，是一种最自然的材料，具有一次浇筑完成，不可更改的特性，使得清水混凝土的施工较之普通混凝土难度大为提高。目前国家对清水混凝土的定义和验收规范缺乏统一的标准，国内土建工程在这一方面值得借鉴的经验也少，尤其复杂的弧形清水混凝土结构，我们对世博轴地下综合体独特的弧形清水混凝土挂板工程进行研究，重点对清水混凝土的原材料、模板体系、施工工艺等关键工序进行深入的分析与实践。通过进行合理的施工组织、工艺设计和模板选择，细致的细部节点设计和处理，在弧形的外挂板上实施清水混凝土技术，能够保证施工质量，降低能耗，节约资源，为清水混凝土技术在如世博轴之类大型复杂结构工程上的大面积实施积累经验。
2 工程概况
2.1 世博轴工程
世博轴及地下综合体工程位于浦东世博园核心区，南起耀华路，跨雪野路、南环路、北环路及浦明路，至滨江世博公园。南北长1045m，东西宽地下99.5-110.5m，地面以上宽80m，基地面积130699m2，总建筑面积227169m2，其中地上建筑面积42877m2，地下建筑面积184292m2。由-6.5m，-1.0m，4.20m，10.00m标高的平面及膜结构顶组成，并设有6个特征标志性强的阳光谷以满足地下空间的自然采光。阳光谷顶端与膜结构顶篷连结。
图2.1世博轴地下综合体效果图
2.2 弧形清水混凝土外挂板
世博轴上部结构局部区域设计要求采用清水混凝土，4.5米平台东西侧边梁挂板和10.4米平台边梁挂板以及4.5米和10.4米平台内侧留洞口挂板均采用清水混凝土。其中世界轴东西两侧边梁挂板为直线矩形挂板，而平台内侧留洞口边梁挂板形式为部分弧形，部分直线的形式或者椭圆弧的形式，尤以阳光谷位置留洞挂板最具代表性。
阳光谷弧形清水混凝土挂板平面形状比较多样，以纯弧形和两侧直线中间圆弧形为主，洞口平面尺寸不一，最大的洞口东西向44米，南北向66米，最小的洞口东西向4米，南北向4米。典型的弧形清水挂板上口宽度180mm，下口宽度150mm，挂板总高度1.80米。挂板的钢筋主要规格为：Φ20、Φ10等。混凝土标号主要采用C35。挂板上口留有U型埋件，安装装饰用玻璃栏杆。
图2.2 典型弧形挂板平面图 图2.3 典型弧形挂板剖面图
3 关键施工技术研究
3.1 弧形清水混凝土挂板的测量和定位技术
圆弧形结构的定位在工程一般具有一定的操作难度，尤其是本工程中阳光区域的椭圆圆弧与直线相拼接的结构形式的测量和定位。为了保证阳光谷清水混凝土挂板的平面定位的准确，我们设计采用电脑CAD辅助定位的方法，根据现场控制点及设计蓝图，将椭圆圆弧按照每10°（圆心角）一个控制点，在电脑中进行预先计算出这些椭圆圆弧的控制点的平面坐标，通过全站仪使用坐标在现场直接放设这些点，制作专用的套板依据这些控制点放出整条弧线。
3.2 弧形清水混凝土挂板模板的材料选择
模板是保证清水混凝土结构施工质量的关键，通常的清水混凝土结构都使用钢模板为主，结合本工程阳光谷弧形挂板的结构形式，以及以往在类似工程的施工经验，我们选用优质木模为主要材料的半框模板体系来实现清水混凝土的质量要求。模板体系的主要用材如下：
表3.1 弧形清水挂板模板体系主要材料表
|
部位 |
模板材料 |
||||
|
面材 |
竖向龙骨 |
横向龙骨 |
对拉螺栓 |
对拉螺栓帽 |
|
|
弧形/直线段侧模 |
1.8mm优质黑板 |
角钢及方管 |
Φ20钢筋 |
Φ14 |
H形专用螺栓帽 |
|
弧形/直线段底模 |
1.8mm优质黑板 |
方木（板底） |
Φ48钢管（横向） |
—— |
—— |
3.3 弧形清水混凝土挂板的模板设计
3.3.1 弧形清水混凝土挂板模板体系设计
弧形清水挂板的模板体系采用半框体系。侧模面板采用1220mm×2440mm，厚度1.8mm的优质黑板，为保证木模的弯度，黑板背面预先切割出宽3mm，深6mm的木缝，间距300mm。单幅模板两侧采用角钢镶边，角钢截面尺寸为50mm×50mm×5mm。竖向龙骨采用方管，截面尺寸为40mm×50mm×3mm，间距200mm。横向龙骨采用Φ20钢筋，上下共设三道，间距500mm。底模面板采用1220mm×2440mm，厚度1.8mm的优质黑板，板底设2×4方木，间距300mm，横向采用Φ48钢管，间距800mm。为保证清水结构质量，整个半框模板体系周转次数不得大于3次。
3.3.2半框侧模的加工制作要求及验收标准
模板的加工质量是保证弧形结构清水质量的关键。半框弧形侧模角钢和方管及相应的金属配件必须由专业加工工厂定加工制作，确保角钢、方管的加工精度，切割面及钻孔洞周围毛边应磨平。面板与型钢边框连接点间距≤220mm，上下端部采用M5镀锌半圆头一字正面对撬，中间部位也采用M5镀锌半圆头一字正面对撬，间距≤400，其余连接点采用M5十字槽沉头自攻螺钉反向固定。根据模板排列尺寸对模板进行拼接，相邻模板卡件连接点间距≤220mm，但单组模板不得少于二个连接点，且位置在模板上下端部。
表3.2 弧形半框侧模制作质量验收标准
|
项目 |
允许偏差 |
检测工具 |
|
|
角钢 |
长度 |
-1 |
钢卷尺 |
|
直线度 |
<1/2000 |
2m靠尺、塞尺 |
|
|
螺栓孔直径 |
-0.5 |
游标卡尺 |
|
|
焊接销孔上、下位置 |
±1 |
钢卷尺 |
|
|
销孔直径 |
±0.5 |
游标卡尺 |
|
|
角度 |
±0.1 |
角尺 |
|
|
插销 |
长度 |
±2 |
钢卷尺 |
|
弯曲角度 |
0.5 |
角尺 |
|
|
面板 |
宽度 |
-0.5 |
钢卷尺 |
|
高度 |
-0.5 |
钢卷尺 |
|
|
模板组拼 |
角钢边框外侧到面板边外侧 |
-0.1 |
目测 |
|
角钢上、下端头离面板边外侧 |
±0.5 |
钢卷尺 |
|
|
角钢与胶合板面连接螺栓凹凸 |
无凹凸 |
目测 |
|
|
角钢与销孔焊缝 |
长度 |
+1 |
游标卡尺 |
|
高度 |
+0.5 |
游标卡尺 |
|
|
防锈漆外观 |
油漆涂刷均匀不得漏涂、皱皮、脱皮、流淌 |
||
3.3.3模板体系的细部设计
1）对拉螺栓设计
对拉螺栓采用特制的H型对拉螺栓，H型螺帽的外径为Φ35定制金属螺帽。
2）拼缝设计
弧形侧模竖向拼缝均为自然拼缝，每隔11米设置一道竖向明缝，水平向设置一条明缝。
3）明缝、折角及滴水线设计
挂板部位设置一条水平向明缝，明缝宽20mm，深10mm，采用木条并固定于模板上，明缝下边距离挂板底部1200mm；根据设计图纸内容，在结构挂板底部，距离外侧面20mm处设置一条滴水槽，尺寸为15mm×15mm，采用木条并固定于模板上；在结构边梁上翻部位的两个边角均为45°的三角形切角，尺寸为15mm×15mm，采用木条并固定欲模板上；侧壁板拆模后明缝线条不立即拆除，在混凝土强度达到设计强度的50%以上时方可拆除，底部滴水线条在底模拆除时一起拆除。
图3.1 弧形挂板侧模正面展开图 图3.2 弧形挂板侧模背面展开图
3.4 清水混凝土的配合比设计及原材料选择
弧形边梁挂板的混凝土强度等级为C35。清水混凝土所有的原材料，如水泥、骨料、水、粉煤灰、外加剂等均严格控制，指定独家供货商，尽量采用同一厂家及同品种的产品。清水混凝土的配合比，严格经试验确定，并先期制作小样以确定材质的颜色和品质。清水混凝土生产过程中，严格按试验确定的配合比投料，不得带有任何随意性，并严格控制水灰比和搅拌时间，随着气候变化随时抽验砂子、碎石的含水率，及时调整用水量。
表3.3 本工程C35混凝土的配合比设计表
|
材料名称 |
水泥 |
粉煤灰 |
矿粉 |
水 |
砂 |
碎石 |
外加剂 |
|
品种规格 |
42.5 |
Ⅱ级灰 |
S95 |
自来水 |
中砂 |
5-25mm |
S |
|
单方用量 |
250 |
60 |
75 |
170 |
805 |
1020 |
3.46 |
3.5 清水混凝土弧形挂板的模板安装及混凝土浇筑施工技术，模板的拆除技术
3.5.1 模板的安装与固定
弧形清水挂板的模板采用精致油作为脱模剂，脱模剂涂刷前将模板表面擦洗干净。模板的支设体系采用Φ48钢管排架。每根立杆底部设置底座或垫板，梁模板支架立杆采用单根立杆时，立杆应设在梁模板中心线处。钢管接长采用双扣件搭接形式。梁底横杆标高经技术员复核以后，在横杆上组装单片梁底模板，确定准确无误后再安装梁侧模板。
图3.3 弧形挂板模板支设图
3.5.2 清水混凝土的浇筑施工技术
弧形清水混凝土挂板与主体平台结构边梁之间设置施工缝，没有清水要求的大面积主体平台结构及边梁先期浇筑，弧形清水挂板后期单独施工。弧形清水挂板上口设置有通长U形预埋件，用于安装玻璃栏板。清水挂板上翻180mm部位的宽度为235mm，统长U型埋件宽35mm，埋件深180mm，设置于挂板上口正中，两边各留100mm宽结构，一次浇注混凝土，结构埋件的位置和清水混凝土的施工质量都难于保证。为此，弧形清水混凝土挂板混凝土施工分两次进行。U型埋件及内侧100mm宽结构为第二次施工，其余部位一次性施工完成。第一次浇筑完毕后即开始对清水混凝土部位进行养护。第二次浇筑于清水结构养护达到75%以后，在相关结构操作面具备施工条件后即可进行。
混凝土浇筑采用Φ75或更小规格的小型插入式振动器，对于第二次浇筑的施工段采用插片式振捣机械。严格控制二层混凝土间的布料时间，间隔时间必须控制在2小时以内。严格控制混凝土浇筑时间，混凝土浇捣的提升速度控制在2m～2.5m/h。清水混凝土浇注收头，要做好落水和排流措施，以免上部的钢筋锈水污染清水混凝土表面。
3.5.3 模板的拆除技术
底模及其支架拆除时的清水混凝土强度应符合设计及规范要求。为保证清水混凝土施工质量，对弧形清水挂板，底模及其支架在混凝土强度达到80%以上才能拆除。对于非支撑承重的侧面模板一般应在混凝土浇注结束后的48～60小时后进行拆模，同一立面要求同时拆模，否则影响色泽。拆卸应严格遵循后装先拆的原则，使模板少受损坏。
为保证对拉螺栓眼处的清水混凝土挂板的表观质量，防止对拉螺栓拆除时造成螺栓孔的损坏，对H型对拉螺栓帽设计了专用的拆除扳手进行拆除。
3.6 养护及保护技术，缺陷修理技术
3.6.1 养护及保护技术
清水挂板产品养护在浇注施工结束后12小时左右，就开始或者在终凝后开始。为避免形成和减小清水混凝土表面色差，混凝土表面采用塑料薄膜养护，薄膜养护时间不少于7天，薄膜养护完毕后，立即对清水挂板表面涂刷进口优质保护液，减少表面出现色差，收缩微裂缝等现。第二次边梁结构混凝土浇筑过程中，需对清水边梁挂板外侧已施工的部分采取铺设薄膜的方式进行保护，防止第二混凝土浇筑对已施工完成的清水边梁挂板造成污染。混凝土浇筑过程严禁施工机械和材料碰撞清水混凝土表面。施工材料的运输一律从平台内侧进行，严禁由清水边梁外侧运输材料。
3.6.2 缺陷修理技术
弧形清水挂板施工时如产生缺陷，修补在模板拆模后马上进行。修补前应清除缺陷部位的浮浆和松动的石子，配制同品种同批号水泥及等强度的砂浆。配制时可以加入少量界面剂和胶水。（原则上色泽必须基本一致）进行批嵌、修复缺陷部位。待修补砂浆硬化后，用细目砂纸将修补处打磨光洁，并用清水冲洗干净。确保表面无明显的接痕和色差。当修补处的质感与旁边原浇砼明显感到不同时，可采用精细抛光的工具进行修饰。使其两者的质感基本一致。
4 施工实施与改进
4.1 弧形挂板样板施工实施
世博轴6号阳光谷10.4米平台预留洞口弧形清水挂板作为样板首先开始进行实施，弧形清水挂板于09年2月15日完成浇筑，于2月19日拆除外侧模板，薄膜养护7d后涂刷保护液。挂板内模在挂板达到设计强度后拆除。弧形清水挂板整体表观效果良好。
图4.1 模板安装 图4.2 完成后的弧形清水挂板
4.2 弧形挂板实施的细部改进
样板段的成功实施说明了半框木模体系能够实现弧形挂板的清水混凝土效果，但同时样板段采用的模板体系和施工工艺还存在细部需要改进的地方。
1）设置模板上下口统长连接钢筋，加强整体性
为方便模板的拆装，半框侧模的竖向钢管龙骨伸出模板上下口约300mm，样板段的实施中暴露出，伸出的龙骨过长影响到了侧模的方管与模板连接的稳定，一方面几次模板周转后易造成损坏，另一方面容易造成浇筑过程中模板拼接缝隙之间失稳产生差异而使圆弧线型不平滑。为此，对模板上下口伸出设置了统长的连接钢筋，连接所有方管的伸出段，以提高模板体系在弧线方向上的整体性。
2）设置板口对撑木板，避免模板上口的变形
对每幅模板上口等间隔设置方木对撑，保证模板上口的宽度，避免模板上口变形对弧形挂板的表观质量造成影响。
3）设置对拉螺栓垫木，增设对拉螺栓帽塑料罩帽
样板实施时，由于折线与实际的弧线之间的几何尺寸的差异，虽使用了特制的H型对拉螺栓帽，但因为螺栓帽为硬质的与模板表面的刚性接触，以及对拉螺栓头部的铁片与横向龙骨钢筋的硬性接触容易造成对拉螺栓眼处的漏浆从而影响清水混凝土的表观质量，为此在对拉螺栓头部铁片与横向龙骨钢筋之间增加了方木衬垫，同时在H对拉螺栓帽头部与模板表面接触处，增设了专制的塑料罩帽，变刚性接触为柔性接触，弥补了因折线和弧线之间的几何空隙，避免了漏浆的产生，保证了清水混凝土的质量。
图4.3 模板上口增设的钢筋和对撑模板 图4.4 对拉螺栓衬木
5 结语
模板体系和施工工艺改进后，世博轴工程清水弧形挂板开始大面积实施，从目前完成的几处阳光谷弧形清水挂板的实际效果来看，通过合适的施工工艺设计，精心的工程实施，半框木模体系能够实现弧形挂板结构的清水混凝土效果，与钢模板相比即施工便捷，又能够节约成本，具有一定的应用价值。
转载请注明原文网址：清水混凝土弧形挂板施工技术的研究与实践
http://www.cscec-ptc.com/support/450.html