異形曲面鋼模板在清水混凝土結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

張星波

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 工程概況

成都天府國際機(jī)場(chǎng)旅客過夜用房項(xiàng)目位于成都市東南方向的龍泉山脈東側(cè)，簡(jiǎn)陽市蘆葭鎮(zhèn)、草池鎮(zhèn)及石板凳鎮(zhèn)境內(nèi)，地貌以淺丘寬谷為主，起伏不大，緩坡地帶多為旱地及荒坡。本工程建設(shè)用地選址于天府機(jī)場(chǎng)一期工程航站區(qū)南北主軸線核心位置，北鄰航站區(qū)交通換乘樞紐GTC，周邊為航站區(qū)地面環(huán)道和航站樓出發(fā)層高架道路。用地范圍下方有規(guī)劃地鐵13、18號(hào)線，航站區(qū)穿場(chǎng)道路和航站樓行李管廊穿越。

本項(xiàng)目由1座高星級(jí)、1座次高星級(jí)旅客過夜用房以及圍合的2層公用裙樓組成。其中，高星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)過夜用房345間，次高星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)過夜用房532間，總客間數(shù)877間。總建筑面積為119 195.55 m2。

在高星級(jí)和次高星級(jí)旅客過夜用房的2—4層標(biāo)高之間有Y形清水混凝土柱，位于過夜用房建筑塔樓的內(nèi)外圈，Y形斜柱由2根下大上小的變截面斜柱組成，圓柱下端直徑1 000 mm，上端直徑700 mm，有類型A～類型E共6種類型。Y形斜柱示意如圖1所示。

圖1 Y形斜柱示意

2 工程難點(diǎn)

本項(xiàng)目過夜用房建筑塔樓內(nèi)外圈的環(huán)狀連體Y形變截面清水混凝土斜柱數(shù)量多，共有52組、6種不同幾何尺寸的異形斜柱，傾斜角度各異，柱高跨越2個(gè)樓層，澆筑困難，定位精度要求高，工期緊張。模板選型成為了異形曲面清水混凝土柱施工過程中的主要制約因素[1-3]。

在模板選型方面，相比傳統(tǒng)模板，木模板具有成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但是不滿足設(shè)計(jì)造型且配模難度大，無法滿足拼縫要求且材料浪費(fèi)大，模板剛度較小且操作時(shí)變形大；常規(guī)鋼模板可滿足普通設(shè)計(jì)造型要求，配模材料不浪費(fèi)，模板剛度相對(duì)較大，但對(duì)于澆筑大體積的異形清水混凝土結(jié)構(gòu)而言，常規(guī)鋼模板本身的剛度無法滿足施工要求，常規(guī)鋼模板的異形曲面造型加工難度大，澆筑清水混凝土?xí)r產(chǎn)生的氣泡亦是影響外觀的重要因素。因此，在澆筑Y形變截面清水混凝土柱的過程中應(yīng)用一種高效的異形曲面鋼模板[4]十分重要。

3 施工工藝及方法

3.1 鋼模板設(shè)計(jì)與制作

3.1.1 加強(qiáng)型面層

由于斜柱的直徑大，且是變截面的，柱高跨越2個(gè)樓層，因此鋼模板的面層必須具備足夠的剛度[5]。

基于待澆筑的異形清水混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行三維建模，將二次處理數(shù)據(jù)導(dǎo)入切割機(jī)床，用激光技術(shù)[6]在平面鋼板上進(jìn)行分塊切割，鋼模板面層分別為厚6 mm的酸洗鋼板。根據(jù)曲面彎曲程度調(diào)配劃分上支鋼模板單元和下馬甲鋼模板單元的分塊數(shù)量。

上支加強(qiáng)層為等截面的軸向槽鋼龍骨和徑向槽鋼龍骨，軸向槽鋼龍骨和徑向槽鋼龍骨垂直交叉等間距布置；下馬甲加強(qiáng)層為等截面鋼板龍骨，等截面鋼板龍骨按照幾何特征曲線均勻交叉布置。

3.1.2 塊單元組合連接

鋼模板連接縫兩側(cè)的上支鋼模板面層的端部和下馬甲連接縫兩側(cè)的下馬甲鋼模板面層的端部分別設(shè)有角鋼，角鋼上分別開設(shè)有角鋼螺栓孔和定位銷孔，角鋼通過角鋼螺栓和角鋼螺栓孔的配合與上支鋼模板面層的端部連接；定位銷和定位銷孔配合將2個(gè)配對(duì)的角鋼連接起來。

節(jié)段縫兩側(cè)上支鋼模板單元的上支鋼模板面層端部和下馬甲鋼模板單元的下馬甲鋼模板面層端部分別設(shè)有法蘭，法蘭上開法蘭螺栓孔，法蘭螺栓和法蘭螺栓孔配合將2個(gè)配對(duì)的法蘭連接起來。

3.1.3 角度控制連桿

為保證澆筑過程中，清水混凝土斜柱之間的角度受控正常，在2個(gè)上支鋼模板單元之間設(shè)置可調(diào)節(jié)水平連桿，可調(diào)節(jié)水平連桿的兩端分別連接2個(gè)上支鋼模板單元。

3.2 施工方法

3.2.1 鋼模板安裝順序

異形曲面鋼模板的安裝順序?yàn)椋簻y(cè)量放線→勁性結(jié)構(gòu)吊裝→腳手架搭設(shè)→綁扎Y形柱鋼筋→安裝下馬甲鋼模板單元→安裝上支鋼模板單元→鋼模板單元間采用螺栓固定→可調(diào)節(jié)水平連桿調(diào)整斜柱角度→澆筑清水混凝土→間歇開啟振動(dòng)器充分排除氣泡。

3.2.2 施工步驟

將確定好分塊數(shù)量的上支鋼模板單元和下馬甲鋼模板單元的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入卷彎機(jī)，使用卷彎機(jī)將分塊切割的平面鋼板進(jìn)行彎壓處理，分別形成上支鋼模板單元的上支鋼模板面層和下馬甲鋼模板單元的下馬甲鋼模板面層。

在上支鋼模板面層的外表面焊接上支加強(qiáng)層，以形成上支鋼模板單元，可以在上支鋼模板面層的外側(cè)沿軸向焊接軸向槽鋼龍骨，再沿軸向槽鋼龍骨外側(cè)焊接徑向槽鋼龍骨，根據(jù)混凝土側(cè)壓力計(jì)算，確定龍骨的間距。在下馬甲鋼模板面層的外表面焊接下馬甲加強(qiáng)層，以形成下馬甲鋼模板單元，可以在下馬甲鋼模板面層的外側(cè)沿幾何特征曲線路徑焊接鋼板龍骨，并均勻加焊交叉的鋼板龍骨，根據(jù)混凝土側(cè)壓力計(jì)算，確定龍骨的間距。

分別對(duì)上支鋼模板面層與上支加強(qiáng)層焊縫的內(nèi)表面以及下馬甲鋼模板面層與下馬甲加強(qiáng)層焊縫的內(nèi)表面進(jìn)行打磨，打磨必須規(guī)整平齊，減少焊接縫影響（圖2）。

圖2 制作完成的鋼模板

根據(jù)待澆筑的異形清水混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑高度，在所述上支加強(qiáng)層的外側(cè)對(duì)稱設(shè)置附加平板和連接板，分別在上支鋼模板單元和下馬甲鋼模板單元外表面涂刷紅丹防銹漆二度，油漆需涂刷均勻。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼筋綁扎，以形成對(duì)待澆筑的異形清水混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋籠。鋼筋綁扎前，在待澆筑的異形清水混凝土結(jié)構(gòu)的勁性鋼結(jié)構(gòu)上焊接鋼筋定位箍，以保證異形清水混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度不發(fā)生偏差，避免拆模時(shí)清水混凝土的表面發(fā)生露筋現(xiàn)象。

將上支鋼模板單元和下馬甲鋼模板單元運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)上支鋼模板單元和下馬甲鋼模板單元的編號(hào)按順序在所述鋼筋籠的外側(cè)組裝形成異形清水混凝土結(jié)構(gòu)鋼模板。應(yīng)先安裝下馬甲鋼模板單元，再安裝上支鋼模板單元，可通過連接縫兩側(cè)角鋼上的定位銷孔臨時(shí)固定鋼模板單元，初步固定成為整體模板體系。

將上支鋼模板單元通過連接板與可調(diào)節(jié)水平連桿相連，調(diào)節(jié)最終的上支鋼模板單元之間的面內(nèi)夾角，保證澆筑時(shí)在液態(tài)混凝土自重影響時(shí)仍能確保面內(nèi)夾角穩(wěn)定。通過樓板上的投影放線，校準(zhǔn)上支鋼模板單元最終的面外傾斜角度，并最終固定。

將若干組平板振動(dòng)器通過螺栓臨時(shí)附著在上支加強(qiáng)層外側(cè)的附加平板上。在上支連接縫和下馬甲連接縫上使用硅膠填補(bǔ)空隙，并貼上膠帶，最大化減少拼縫對(duì)清水混凝土的澆筑影響。在上支鋼模板單元的上端口用軟管輪流交替下料澆筑清水混凝土，交替下料的暫停時(shí)間保持5 min左右，暫停下料時(shí)開啟振動(dòng)器，持續(xù)10 s左右，保證充分排除氣泡。對(duì)清水混凝土進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)后，依次拆除鋼模板，對(duì)清水混凝土柱采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施[7]。

4 結(jié)語

本工程主要通過過夜用房建筑塔樓內(nèi)外圈的環(huán)狀連體Y形變截面清水混凝土斜柱表達(dá)時(shí)尚的建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格，具有標(biāo)新立異的整體感覺，因此清水混凝土的施工質(zhì)量對(duì)后期建筑的外立面效果呈現(xiàn)相當(dāng)重要。

異形變截面清水混凝土結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)施工方法是使用木模板或者組合鋼模板逐塊拼接，由于該部位的施工精度要求高，曲面交線很難精確控制，因此模板的放樣、加工與放線定位都存在很大的挑戰(zhàn)，澆筑成形后容易留下數(shù)量眾多的拼縫，表面效果差，澆筑過程耗時(shí)耗力，經(jīng)濟(jì)性不高，施工周期長。

本工程通過采用數(shù)字化加工技術(shù)，在滿足該組合鋼模板強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的同時(shí)，采用智能化、工業(yè)化的加工制作方法[8]，提高了施工效率以及施工精度，同時(shí)滿足異形清水混凝土的外觀要求，輪廓清晰、色差均勻、光亮整潔，最大限度地呈現(xiàn)了Y形變截面清水混凝土斜柱的觀感效果。此外，鋼模板單元、可調(diào)節(jié)水平連桿以及平板振動(dòng)器之間均通過螺栓固定連接，便于鋼模板運(yùn)輸，提高周轉(zhuǎn)效率，也方便組合模板的安拆。整套組合鋼模板的運(yùn)用取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，得到了建設(shè)各方的一致好評(píng)。