造型混凝土在內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸中的應(yīng)用研究

秦 斌，曲貝貝，鄔德宇

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300042；2.中交（蘇州）城市開發(fā)建設(shè)有限公司，江蘇蘇州 215100)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和日益增長的航運(yùn)需求，內(nèi)河航道整治的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，航道等級逐漸提高，其中護(hù)岸的建設(shè)對于防止水土流失、穩(wěn)定河道以及防洪通航等方面具有重要意義[1]，目前對于護(hù)岸工程的相關(guān)建設(shè)，越來越趨向于綠色環(huán)保，體現(xiàn)出人文特性。

樁基承臺式護(hù)岸作為內(nèi)河航道整治工程的常見構(gòu)筑物，適用于地質(zhì)條件差、靠泊要求高的環(huán)境中，并具有承載能力高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，其承臺多為預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土，但存在迎水面外觀單調(diào)生硬、缺乏生機(jī)，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象，已不滿足人們不斷提升的審美要求，而造型混凝土的出現(xiàn)解決了對護(hù)岸的外觀和美學(xué)需求。

造型混凝土是將普通混凝土表面通過紋理和不規(guī)則線條的創(chuàng)意設(shè)計，創(chuàng)造出各種類似天然或人工造型的鋪設(shè)效果，并具有圖形美觀自然、不易脫落、質(zhì)地堅固耐用等特點(diǎn)[2]。隨著模具和材料應(yīng)用技術(shù)方面的突破[3]，造型混凝土在房建和市政園林等領(lǐng)域早已廣泛應(yīng)用，但在水運(yùn)工程中應(yīng)用較少。

本文依托京杭運(yùn)河長江口門段航道整治工程，結(jié)合安全耐久、綠色環(huán)保、文化人文的理念，提出適用于內(nèi)河護(hù)岸造型混凝土的相關(guān)要求，依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)澆筑確定了造型樣式，并對造型模板材料進(jìn)行比選。通過對施工鋼模板進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)得到了適用于內(nèi)河航運(yùn)需求的護(hù)岸造型混凝土，同時總結(jié)了樁基承臺式護(hù)岸造型混凝土的應(yīng)用要點(diǎn)。

1 工程概況

京杭運(yùn)河施橋船閘至長江口門段航道整治工程位于長江和京杭大運(yùn)河兩條黃金水道的交匯處，是江蘇省與揚(yáng)州市共建京杭大運(yùn)河綠色現(xiàn)代航運(yùn)示范區(qū)的先導(dǎo)工程。項目起自施橋船閘，止于六圩長江口，全長5.37 km，按Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)整治，建設(shè)內(nèi)容為新建護(hù)岸和航道疏浚，新建護(hù)岸結(jié)構(gòu)以樁基承臺式護(hù)岸為主[4]。樁基承臺式護(hù)岸總長度5 271 m，全線需建設(shè)3 944 根灌注樁，布置形式為雙排行列式，分為靠泊護(hù)岸和非靠泊護(hù)岸（見圖1），護(hù)岸底部為灌注樁加鋼板樁結(jié)構(gòu)，上部布置反濾排水設(shè)施和L 型現(xiàn)澆混凝土承臺，迎水面底部設(shè)拋填塊石以鞏固岸基。

圖1 樁基承臺式護(hù)岸典型斷面示意

護(hù)岸迎水面主要為平面式，利用鋼模板整體滑移或組裝后澆筑形成，具有操作方便和施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，也存在著與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)、外觀單調(diào)生硬、整體視覺效果不佳等問題，一定程度上對航道兩岸環(huán)境適應(yīng)性產(chǎn)生影響。在保證混凝土結(jié)構(gòu)安全性、耐久性的基礎(chǔ)上，通過造型混凝土來提升護(hù)岸結(jié)構(gòu)外觀的美學(xué)觀感，以增加運(yùn)河文化傳承的烙印，呈現(xiàn)厚重的文化歷史特征，表現(xiàn)出綠色航運(yùn)和人文特性。

2 內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸浮雕造型研究

造型混凝土工藝在水運(yùn)工程領(lǐng)域仍處于探索和發(fā)展階段，部分造型在特殊水環(huán)境條件下的應(yīng)用存在相對的質(zhì)量不確定性，特別是感潮航段應(yīng)用條件下的適用性研究仍處于空白，因此在進(jìn)行覆蓋式推廣前必須確保護(hù)岸的結(jié)構(gòu)安全和質(zhì)量耐久，造型樣式切合文化理念和觀感需求，同時兼具操作便利、經(jīng)濟(jì)合理的要求。

2.1 內(nèi)河護(hù)岸浮雕造型實(shí)施要點(diǎn)

本文依托典型的內(nèi)河航道整治工程，結(jié)合內(nèi)河護(hù)岸的通用特點(diǎn)和工程的實(shí)際需求，提出了適用于內(nèi)河護(hù)岸浮雕造型的幾點(diǎn)要求：

1）功能性：樣式選擇需滿足船舶?？克鶎?dǎo)致不可避免的沖擊和刮蹭變形要求，在感潮水環(huán)境下通航、船舶靠泊等綜合使用工況下，具有破壞耐受能力，表面結(jié)構(gòu)不能產(chǎn)生較大破損或撕裂，同時考慮管養(yǎng)單位后續(xù)維護(hù)的簡便性和經(jīng)濟(jì)性；

2）可靠性：因水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)對工程耐久性要求較高，需要造型混凝土表面強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，因此造型花紋凹凸程度不能過深，防止表面因造型導(dǎo)致部分位置強(qiáng)度變低，以減少后期表面修補(bǔ)的復(fù)雜度；

3）適應(yīng)性：整體造型樣式必須與工程使用環(huán)境相互協(xié)調(diào)，不過于突兀和壓抑，體現(xiàn)出一定的設(shè)計美學(xué)；可根據(jù)不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)和使用功能區(qū)劃，采用不同的造型樣式，既可體現(xiàn)設(shè)計的多樣性，也便于在日常使用中進(jìn)行區(qū)別警示管理。

1992年在天津手表廠基礎(chǔ)上，天津市組建成立“天津海鷗手表集團(tuán)公司”（簡稱：海鷗表業(yè)）。進(jìn)入二十一世紀(jì)，為適應(yīng)市場需求的變化，海鷗表業(yè)集團(tuán)成立了國家級技術(shù)中心和國內(nèi)鐘表行業(yè)唯一的博士后工作站，先后設(shè)計、研制出“陀飛輪”、“雙陀飛輪”、“萬年歷”、“三問表”、“陀飛輪女表”、“計時碼表”等一系列復(fù)雜機(jī)心手表（圖19）。

2.2 適用于靠泊護(hù)岸的仿花崗巖造型

仿花崗巖荔枝面造型在房建、園林中較為常見，在內(nèi)河航道工程中，該樣式適用于水位變化不大且護(hù)岸結(jié)構(gòu)高度較小的情況，紋飾處于設(shè)計常水位以上，利用平直線條和平面微凸與下部水環(huán)境形成明顯的對比，在水位變化不大的環(huán)境下利用直線與曲面波紋交涉，形成類似城墻結(jié)構(gòu)的樣式，圖2為本造型的護(hù)岸BIM 模型效果。

圖2 仿花崗巖造型護(hù)岸效果

該樣式的優(yōu)勢在于在局部點(diǎn)沖擊破壞條件下，由于單塊造型中間微凸，其邊角微凸的結(jié)構(gòu)可以有效保護(hù)單體邊角不受損傷，在符合整體結(jié)構(gòu)安全性、質(zhì)量耐久性以及觀感美學(xué)基礎(chǔ)上，也更耐刮、更耐撞。因此特別適合在靠泊護(hù)岸中使用，但在部分環(huán)境應(yīng)用條件下，尤其在低水位條件下，類似的紋路可能會造成船舶行進(jìn)過程中，其高大墻體所造成的局部緊迫和壓抑感。

2.3 適用于非靠泊護(hù)岸的木紋造型

木紋造型采用類似樹木年輪、樹皮造型在混凝土表面形成深淺不一、造型各異的圈式紋路，在園林地面、墻壁上較為常用。該樣式紋路清晰，造型感官深刻，紋理布局簡單大氣，應(yīng)用在內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸中，可滿足設(shè)計樣式的多樣性和美觀性（見圖3）。

圖3 淺刻平滑木紋造型護(hù)岸效果

但由于紋理較為凹凸且布局繁雜，在澆筑過程中部分外立面位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對較低，在設(shè)計使用環(huán)境中易受船行波和船舶停靠刮蹭，造成木紋結(jié)構(gòu)接觸部分破損和脫落，在一定程度上影響造型混凝土的耐久性，因此優(yōu)先選用淺刻木紋的浮雕樣式。

工程結(jié)合不同的功能需求，針對靠泊區(qū)采用防刮、防撞擊能力更佳的仿花崗巖荔枝面造型，針對非靠泊區(qū)采用淺刻木紋造型，既可明顯區(qū)分不同的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，也能通過不同的線條形式展現(xiàn)護(hù)岸的靈動之美。

3 內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸造型模板研究

3.1 造型模板材料選擇要點(diǎn)

造型混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)是造型模板，其決定了造型混凝土的形狀、尺寸和外觀，本工程結(jié)合內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸施工特點(diǎn)，選擇無承載作用的造型模板，通過配合外圍起支撐作用的鋼模板一起使用，與承臺澆筑時一次成型，無需剔鑿修補(bǔ)和抹灰飾面工序[5]，本工程通過現(xiàn)場實(shí)施對護(hù)岸造型模板材料提出以下要求：

1）重復(fù)性：內(nèi)河護(hù)岸多為長線型布置，模型需要按照施工段來反復(fù)使用，需具有較好的使用壽命和周轉(zhuǎn)次數(shù)，以減少材料耗費(fèi)，因此使用塑性造型模板作為內(nèi)襯、鋼模板作為外部支撐模具的組合形式是最為經(jīng)濟(jì)的選擇。

3）適用性：造型模板可以方便地從混凝土表面脫模，不易損壞混凝土表面的裝飾紋理[4]；模板力學(xué)設(shè)計要與混凝土的流動性相匹配，避免出現(xiàn)模板受壓彎曲、位移等現(xiàn)象，具有一定硬度以承受承臺澆筑時混凝土拌合物的側(cè)向壓力。

4）可塑性：造型模板在成型固化前應(yīng)有很好的流動性，以便能精細(xì)地復(fù)現(xiàn)浮雕造型或表面肌理，因此制作造型模板的原料多為塑性材料。

3.2 造型模板材料的選用分析

以往在房建市政領(lǐng)域中，造型模板的選材多為硅膠和聚氨酯材料[2]，本工程通過咨詢調(diào)研、現(xiàn)場試澆等方式進(jìn)行了材料對比，總結(jié)如下特點(diǎn)。

1）硅膠材料：成型方便，價格適中，在市政園林等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但強(qiáng)度相對較低，而內(nèi)河護(hù)岸多為大體積混凝土澆筑，因側(cè)向壓力較大易導(dǎo)致浮雕造型發(fā)生改變，并且在脫模中易產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，可在小規(guī)模、短距離護(hù)岸施工中作為模板材料。

2）聚氨酯類材料：具有高彈性、抗擾性、耐撕裂，易于脫模且不易損害水泥表面的特點(diǎn)。是可以準(zhǔn)確復(fù)制不同造型、肌理、凹槽的彈性材料，因其周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多，使用成本低，較為適合在長線型、大體量、高強(qiáng)度護(hù)岸施工中使用。

項目通過現(xiàn)場澆筑試驗(yàn)，采用3D 打印造型模板樣式，使用聚氨酯材料澆筑內(nèi)襯式造型模板。如圖4、圖5 所示能夠完美展示造型效果和飾面圖案，脫模后墻面效果完整，紋理清晰，在環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟(jì)性方面具有較大的優(yōu)勢。

圖4 花崗巖荔枝面造型模板

圖5 淺刻木紋造型模板

4 內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸造型混凝土應(yīng)用

造型混凝土作為樁基承臺式護(hù)岸施工的一部分內(nèi)容（見圖6）。以原施工鋼模板（作為支架模板）為基礎(chǔ)，在需要造型的一面內(nèi)襯造型模板（見圖7），經(jīng)澆筑振搗、脫模養(yǎng)護(hù)所得到，其實(shí)施過程與承臺澆筑相同步，并沒有額外的二次工序，適合高強(qiáng)度的長線型護(hù)岸施工。

圖6 樁基承臺式護(hù)岸施工工藝流程

圖7 造型模板安裝示意

成品的造型混凝土不會出現(xiàn)麻面與孔洞和部分紋理發(fā)生剛性破壞的現(xiàn)象，能夠完美展示承臺迎水面的造型效果，不影響所在承臺的強(qiáng)度和耐久性（見圖8）。

圖8 模板拆除養(yǎng)護(hù)效果

造型模板的施工流程一般為：放線→驗(yàn)線→參照線及角定位→安裝鋼模板、校正垂直度→安裝造型模板（造型切割→安裝在模具內(nèi)→模具固定在板上）→整體校正、加固并檢查→檢查驗(yàn)收→混凝土澆筑→模板拆除。

工程實(shí)施過程注意如下要點(diǎn)：

1）造型模板需合理確定模板尺寸，確保與相鄰倉造型統(tǒng)一，分倉位置造型宜確保圖案花紋的連續(xù)性，不宜出現(xiàn)明顯的外觀分隔；制作模板的尺寸宜略大于設(shè)計尺寸，運(yùn)至現(xiàn)場再修裁至模具尺寸，修裁時應(yīng)預(yù)留1～2 mm，便于造型模板擠壓進(jìn)具框內(nèi)。

2）造型模板使用溫度不應(yīng)高于65℃，否則對材料使用壽命、尺寸收縮和紋飾肌理產(chǎn)生影響，與水泥接觸的部分表面需采取降溫措施，以保證模板在限定溫度內(nèi)使用。

3）需要固定模板的表面應(yīng)平坦、干凈、干燥，表面的油脂、灰塵或泥漿等需打磨去掉，為利于模板與模具更充分的固定，需對模板背面進(jìn)行打磨處理；造型模板表面應(yīng)均勻涂刷或噴曬脫模劑，并至少在橫向、縱向上涂刷2 遍，便于后續(xù)脫模。

4）澆筑混凝土?xí)r，由于造型模板具有彈性會吸收一些振動，當(dāng)使用振動棒振搗時需適當(dāng)延長振搗時間[7]，振搗過程在考慮大體積混凝土澆筑特點(diǎn)上，應(yīng)遵循“快插慢拔、上下抽動、表面泛漿”的原則，避免漏震、過振現(xiàn)象。

5）對于護(hù)岸造型混凝土而言，在澆筑完成后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施，防止因內(nèi)外溫差、表面失水而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生[8]，應(yīng)在混凝土表面覆蓋土工布進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)或噴灑養(yǎng)護(hù)劑，當(dāng)平均溫度低于5℃時，造型混凝土表面覆蓋麻袋、草簾或其他保溫材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語

1）造型混凝土應(yīng)用在內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸中，應(yīng)結(jié)合安全耐久、綠色環(huán)保、文化人文的理念，針對不同的護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用對應(yīng)的設(shè)計樣式，并著重考慮船行波和船舶?？?、刮蹭的影響。

2）采用聚氨酯材料并通過3D 打印技術(shù)制作浮雕造型模板，具有強(qiáng)度高、耐撕裂、周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多，使用成本低的優(yōu)點(diǎn)，能較好的適應(yīng)內(nèi)河長線型、大體量樁基承臺式護(hù)岸造型混凝土的施工需求。

3）在護(hù)岸迎水面上增加造型混凝土進(jìn)行裝飾，可提升混凝土結(jié)構(gòu)外觀的美學(xué)觀感，以新方法實(shí)現(xiàn)內(nèi)河航道文化傳承的烙印，表現(xiàn)出綠色航運(yùn)和人文特性，也是今后水運(yùn)工程構(gòu)筑物的發(fā)展趨勢。