带牛腿的劲性清水混凝土施工技术

陈 颖

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

近年来，清水混凝土在国内各种公共文化项目中得到了广泛的运用，包括上海龙美术馆、青浦保利大剧院等一系列项目，都将清水混凝土和建筑设计完美地结合在了一起。本文以上海图书馆东馆项目为工程背景，从钢结构深化、钢筋与模板体系设计、混凝土配合比优化以及产品保护等方面，对带外伸钢牛腿的劲性清水混凝土施工技术进行了研究与总结，为后续类似工程提供借鉴[1-3]。

1 背景工程概况

上海图书馆东馆项目规划用地面积约39 600 m2，总建筑面积115 000 m2，地上7层，地下2层。建筑整体就像一块正在雕琢的玉石，作为城市的客厅和市民文化交流的中心，设计师选择了清水混凝土来体现图书馆朴实无华、自然沉稳的外观韵味（图1）。

本工程上部结构采用框架＋剪力墙筒体结构，竖向构件为28根现浇清水混凝土劲性圆柱和4个清水混凝土劲性剪力墙筒体，水平构件采用钢桁架和钢梁，混凝土强度等级为C60，清水混凝土面积约11 000 m2，外观要求确定为表面颜色基本一致，由有规律排列的对拉螺栓孔眼、明缝、蝉缝、假眼等组合形成的，以自然质感为饰面效果的饰面清水混凝土（图2）。

图1 清水混凝土效果

图2 清水混凝土平面布置示意

2 劲性结构施工难点

2.1 施工高度高且内部构造密集

本工程上部结构层高均超过6.2 m，最高层高为7.8 m。核心筒板墙内置剪力钢板、钢连梁、钢暗柱，角柱内置大截面十字钢骨柱，且配筋截面较大，钢筋布置较密（图3）。圆柱直径1.3 m，室内中庭独立柱最高为21 m。

图3 核心筒角柱、圆柱劲性结构与钢筋平面示意

考虑到清水混凝土的要求，大层高板墙不宜分段浇筑，同时，由于角柱内部钢结构加劲板结构复杂，钢筋间距较小，故无法设置串筒来降低混凝土下落高度，如何防止混凝土离析是混凝土浇筑的一大难点。此外，由于钢筋间距较小，混凝土浇筑时振捣棒难以部署，如何保证混凝土浇筑密实也是难点之一。

2.2 混凝土强度等级高

劲性结构混凝土强度等级为C60，高强高性能混凝土必须从原材料选择、配合比设计与优化、泵送工艺、现场组织供应以及养护等方面全方位考虑，确保混凝土具有可施工性、良好的体积稳定性和高可泵性，且在凝结硬化的早期具有足够的强度和高耐久性，同时须克服混凝土大流动性与抗离析稳定性之间的矛盾，处理好屈服应力与塑性黏度之间的流变关系等。

2.3 模板排列及施工难度大

核心筒墙体内设剪力钢板，角柱及框架圆柱存在外伸钢牛腿，墙面分布着较多的门洞、管弄、消防箱等，均影响饰面清水混凝土蝉缝、螺栓眼的排列和施工。

此外，剪力钢板开孔需结合墙面布局和模板排列，在钢结构深化阶段提前确定，对设计与施工一体化提出了较高的要求，同时也是影响清水混凝土墙面观感质量的重要因素。

2.4 产品保护难度高

由于核心筒与外侧水平结构独立施工，导致上部钢结构焊接及混凝土浇筑时外侧无楼板隔离，需解决钢结构电焊和混凝土浆液的垂直流淌对下层已浇筑完成墙面的污染问题，产品保护难度高。

3 清水混凝土施工策划

3.1 清水混凝土模板选型

模板是决定清水混凝土表观效果的主要因素，针对墙体模板体系，先后试验了普通优质模板、光面优质模板、WISA模板、不锈钢贴面模板，在综合考虑清水效果和周转利用的情况下，最终确定的墙模板体系为：“不锈钢贴面模板”＋“T形铝合金龙骨竖围檩”＋“10#槽钢横围檩”，配以塑料堵头，具体如图4所示。

图4 不锈钢模板、铝合金龙骨、定型圆木模

针对圆柱模板体系，通过对定型圆木模、纸筒模、玻璃钢柱模、内衬软玻璃木模等比选，结合施工操作便利性和清水表观质感，最终选用“定型圆木模”＋“定型扁铁抱箍”＋“木方竖围檩”体系。

3.2 清水混凝土配合比优化

原材料是清水混凝土技术的关键因素，材料必须保证同厂家、同产地、同品种、同规格、颜色基本相同。在参考类似工程的混凝土配合比基础上，考虑到C60混凝土的水化热较高，在样板施工中首先将水泥用量控制在400 kg/m3以下，加入矿粉及粉煤灰调整混凝土表观色泽效果。

结合设计师现场观感要求，通过试验室小样配制，并且在后续样板及实体施工时调整水泥、矿粉、粉煤灰的比例，确定了最终参数要求：坍落度为190±30 mm，水∶水泥∶矿粉∶粉煤灰∶砂∶石子∶减水剂＝165∶412∶52∶52∶683∶1 030∶5.68。

3.3 模板及螺栓布置图深化

清水墙模板图的制作，需满足墙面拼缝整齐划一、螺杆均匀对称的要求，达到最终可视范围内墙面整体美观的施工目标。

模板图需分层按墙面提交设计师确认，结合劲性结构特点，在钢结构深化阶段将螺栓眼位置与加工图整合，由加工厂对钢构件统一预开孔。螺栓眼布置及局部墙平面如图5所示。

图5 螺栓眼布置及局部墙平面示意

清水定型圆木模由2个半圆拼合而成，外侧采用定制圆柱箍，间距为200～300 mm，加设木方竖围檩以及钢管横围檩夹紧。梁柱节点部位采用定制圆模板开槽施工。

清水圆柱按建筑高度每隔2.4 m设置1道水平蝉缝，竖向设置2道蝉缝，水平蝉缝处设置定制柱箍并开观察孔。

3.4 劲性结构设计优化

对于钢筋较为密集的节点，为保障混凝土浇筑密实，对钢筋规格及节点进行合理优化，增加钢筋间隙。

在钢结构深化设计阶段，对剪力钢板开孔位置及尺寸进行优化，综合考虑了对拉螺杆设置、结构预留插筋、混凝土浇筑密实度等因素，进而保证清水混凝土的表面效果更加理想。

4 清水混凝土施工措施

4.1 钢结构安装

劲性柱和剪力钢板安装是劲性清水混凝土施工的第一道工序，对于钢结构分段部位的精度需要特别控制，施工过程中要求上下层钢柱连接处的偏差不大于5 mm，垂直度偏差不大于0.1%。核心筒内剪力钢板由于跨度较大，构件存放以及安装过程中均容易产生平面变形问题，而变形过大会导致螺栓眼开孔跑位、混凝土保护层不足等情况发生。因此，在最终焊接固定之前，需矫正至中心位置。

针对清水混凝土要求，在钢结构安装完成后，由测量人员在钢结构上画出螺栓孔定位线并复核螺栓孔位置，若孔位偏差过大，应立即对孔眼位置进行整改。

4.2 钢筋工程施工技术

剪力墙钢筋在插筋时，先设置通长定位筋，然后根据模板排列图标示出螺栓孔的位置，引导插筋位置规避螺栓孔位。

在钢筋绑扎前，先复核并保证剪力钢板两侧底部插筋竖向位置与螺栓孔无冲突且满足保护层要求，否则应立即调整钢筋。

钢筋绑扎的扎丝采用镀锌铁丝，扎丝不得碰到模板接触面，扎丝头全部向钢筋内侧设置。同时将外侧扎丝圆钩全部压平，防止外露，避免混凝土表面出现锈斑，并在施工过程中要求边绑扎、边清理。分布筋施工时，标出竖向螺栓孔的位置，钢筋安装时避开。

4.3 模板工程施工技术

清水混凝土墙模板以吊顶标高为界，采用木模与不锈钢相结合的复合模板，T形铝合金龙骨竖围檩间距250 mm，10#双拼槽钢横围檩间距600 mm，且内墙采用八字斜撑辅助控制垂直度。

剪力墙模板体系平面如图6所示。

剪力墙采用φ16 mm对拉螺栓，预埋φ25 mm的PVC塑料套管，两端采用φ40 mm专用塑料堵头（图7），螺栓孔水平、竖向间距不超过600 mm，呈矩阵排列。

图6 剪力墙模板体系平面示意

图7 清水混凝土专用堵头

转角处及T形墙无法设置对拉螺栓部位，采用将螺栓内侧与钢筋或者钢板焊接的方式单头固定。

模板系统施工过程中，由对口管理人员全程监控，从模板进场验收、表面清洁、脱模剂涂刷、模板垂直度及螺杆配套防漏堵头紧固度等细节入手，严格执行程序管理，控制施工质量[4-6]。

4.4 混凝土工程施工技术

为减小混凝土浇筑时侧压力以及减少冷缝的出现，墙体采用分层浇筑，每层浇筑高度为1 m，层间连续浇筑且总时间控制在0.5 h左右。在上层浇筑时，振动棒应插入下层混凝土50～100 mm，振捣时间控制在30～40 s，使混凝土中气泡充分上浮消散的同时避免过振产生离析。

混凝土振捣采用φ50 mm振动棒，剪力墙内部结构较密区域，采用φ35 mm的小型振动棒。在核心筒角柱等钢筋密集区域，振动棒在混凝土浇筑前布置到位，浇筑过程中只上拔不下插。

同时，为减少清水混凝土表观小气泡，在模板外侧布置附着式辅助振捣器振捣，使气泡充分上浮。在施工过程中，安排专人负责辅助振捣器的开启和移位。

为确保混凝土的流淌性能满足施工要求，针对高强度清水混凝土，施工时除要求坍落度大于200 mm以外，还需保证混凝土扩展度大于500 mm。在混凝土搅拌车到达现场后，每车混凝土均先进行坍落度和扩展度检测。

4.5 产品保护施工技术

考虑到核心筒上层施工时对下层的影响，在混凝土拆模后，采用模板与披水板的组合体系，对清水混凝土墙面进行保护。利用螺栓孔设置对拉螺栓固定木方横围檩，然后采用自攻螺丝将模板固定于木方上，形成整齐且有效的模板保护体系，在模板顶部设置披水板并在顶部打胶封闭，防止上方锈水等污染下层清水混凝土墙面。

圆柱产品保护采用塑料薄膜全覆盖，顶部采用柔性箍带箍紧，下部2.4 m范围内采用薄铁皮进行包覆，防止意外撞击碰伤混凝土表面（图8）。

图8 产品保护示意

5 结语

本文以上海图书馆东馆项目为背景工程，结合工程自身的特点、难点，对劲性清水混凝土施工技术进行了研究和实践。

实践表明：在清水混凝土施工中，构造、钢筋绑扎、模板体系、模板安装、混凝土浇捣等每一道工序都将会影响到后续的施工步骤。因此，合理地进行优化，从而解决施工过程中的每一个难点是十分重要的。同时，每一道工序都按要求保质保量地完成，才能确保清水混凝土顺利施工，达到预期效果。本文所述的研究及实践内容可为今后类似工程提供借鉴。