异形空间曲面清水混凝土跳水台模板选型与模架设计研究

马凯悦，沈 婕

(1.广州市设计院，广东 广州 510620； 2.广州地铁集团有限公司，广东 广州 510030；3.华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641)

1 工程概况

1.1 项目概况

浙江省黄龙体育中心游泳跳水馆项目位于杭州市西子湖畔，建筑外形独特动感、圆润流畅，建筑规模为48 791m2，共设置3 000个观众坐席，主要包括1个21m×25m跳水池、1个25m×50m标准比赛池及1个20m×50m训练池。本工程采用框架-剪力墙结构，局部采用跨层有粘结部分预应力混凝土桁架结构，屋盖采用空间钢网格结构。项目效果如图1所示。

图1 项目效果

1.2 跳台设计

所用跳台为1柱4台型，呈主干、叶柄、叶片形状，由HRB500E钢筋和C40清水混凝土浇筑而成。4个跳台标高分别为8.970，10.970，13.470，15.970m，高度分别为3.0，5.0，7.5，10.0m。跳台造型复杂，中心立柱为变截面，跳台与中心立柱过渡区间线面呈非几何非线性复杂关系，底部尺寸为1 800mm×1 700mm，顶部尺寸为1 600mm×1 500mm。 跳水台三维模型效果如图2所示。

图2 跳水台三维模型效果(单位：m)

1.3 重难点分析

1)跳水台为变截面柱，柱较高，对模板支撑强度、刚度和稳定性要求很高，需着重研究、比选不同模板方案，以选择低成本、快速简捷和安全可靠的最佳施工工艺。

2)跳水台由大量回转曲面和非回转曲面构成，其中平面16个，回转曲面10个，非回转曲面6个。跳台体形复杂，按常规方法进行模板设计与加工难以体现其设计效果，支撑模架施工难度大。

3)跳水台为清水混凝土结构，结构需一次成型，要求板面平整、色泽一致、线形顺滑，对模板面层的处理要求较高，外观质量及加工精度标准要求高。

4)工程质量要求高、工期紧、用地紧张。跳水台为该工程施工中的重难点，因此，保证跳水台快速高质量施工是整个工程顺利交工的关键。

2 模板方案选择

跳水台模板施工质量控制是保证本工程跳水台施工质量的重点，模板选型必须能保证跳水台截面形状和表面密实光滑。通过对国内外清水混凝土模板选型及施工工艺的大量文献研究，对跳水台进行模板方案比选和模板材料选型。

2.1 方案对比

主要考虑木模板、钢模板、铝合金模板和新型材料模板4种方案，方案对比如表1所示。

表1 模板方案对比

通过对异形空间曲面清水混凝土跳台不同模板施工方案进行可行性分析，新型材料模板方案具有成型质量可靠、加工周期短、总成本最低的优势，因此跳水台模板最终采用新型材料模板。

2.2 模板选型

为保证跳水台结构几何形状基本准确及清水混凝土达到装饰效果，模板按反打工艺进行设计，将其功能划分成构造层和结构层，从而简化模板加工与安装，使模板安装稳固、不变形、拆装方便。其中，构造层作用为将复杂曲面过渡为相对简单的几何外形，结构层承受或传递施工荷载。

1)构造层(衬模)

构造层由模板造型层和面层构成，其中，造型层采用聚苯乙烯泡沫(EPS)，面层喷涂2mm厚进口聚脲类成膜材料(见图3)。

图3 EPS和聚脲类成膜材料

2)结构层(常规模板)

作为支托结构层常规模板，尽可能地利用常用胶合板、木方、型材制备，现场支设施工，主要承受或传递施工荷载，不与混凝土直接接触。

3 模架体系设计与应用

3.1 跳水台施工段划分

考虑工程整体进度安排，结合现场施工条件要求，合理设置施工缝，减少混凝土浇捣次数。将跳水台分为4个施工段(见图4)，竖向施工顺序为：①→②→③→④。

图4 竖向施工段划分

各施工段具体标高和施工高度如表2所示。

表2 各施工段标高和施工高度

3.2 衬模设计与加工

利用BIM技术基于跳水台三维模型设计出外形规则的衬模模型，依据施工缝设计进行尺寸分割，将分段衬模BIM模型数据导入数控切割机床，对衬模节段的反打表面和规则外形进行精准加工，加工成型后的衬模加工效果如图5所示。同时，在跳水台BIM模型中提取衬模内表面尺寸参数和空间网格点位对已加工完成的衬模成品进行质量复核。

图5 衬模加工效果

3.3 模架体系设计

跳水台模架体系采用扣件式满堂钢管脚手架。钢管采用Q235材质，规格为φ48.3×3.5；采用铸铁扣件，其安装螺栓拧紧力矩须为40～60N·m，确保扣件达到设计抗滑力；施工现场制作的常规模板则采用15mm厚胶合板和90mm×40mm木方，尽可能地利用既有物资，减少施工投入。模架体系设计合理设置了对拉螺栓、木方、钢管间距，保证模板阴角处整体刚度，确保混凝土一次浇筑成功。跳水台模架体系设计布置如图6所示。

图6 跳水台模架体系设计布置

1)竖向支撑设置 每根立杆底部设置钢底座，钢底座下通长设置50mm厚松木垫板，纵横向立杆间距0.9m、加密区0.5m，立杆接长采用对接扣件交错布置，2根相邻立杆接头不设置在同步内，同步内间隔1根立杆的2个相隔接头在高度方向错开距离为500mm，各接头中心至主节点距离不宜大于步距的1/3。

2)水平杆设置 纵横向水平杆利用直角扣件固定在立杆上，大横杆步距底部0.9m、上部0.45m，最高一步大横杆与模板支撑点距离≤200mm，水平杆采用对接扣件连接并交错布置，2根相邻纵向水平杆接头不宜设置在同步或同跨内，不同步或不同跨2个相邻接头在水平方向错开距离≥500mm，各接头中心至最近主节点的距离不大于纵距的1/3。

3)纵横向扫地杆设置 横向扫地杆采用直角扣件固定在距底座上方100mm处立杆上，纵向扫地杆采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆上方立杆上。

4)剪刀撑设置 模板支架外围在外侧立面整个长度和高度上分别连续设置剪刀撑，支架内部中间每隔5根立杆在纵横向整个长度和高度上分别连续设置剪刀撑。

3.4 模板施工工艺

在跳水台衬模BIM模型中，以20cm分隔将其外侧投影面进行线性等距分割，从而得到平面坐标数据，再竖向对齐至空间高度提取其精确定位数据信息，对施工技术人员和作业班组进行施工技术交底，从而指导跳水台模板精准定位与施工。

1)测量放线 将BIM空间坐标数据导入全站仪测放出中柱中心线及截面、模板安装控制线及满堂支架立杆中心线。

2)搭设满堂支架 搭设满堂支架至指定标高，立杆下端与预埋件焊接，安装U托、木方龙骨，U托丝杠露出钢管顶端≤300mm，木方龙骨搭接长度须满足1个跨距。

3)安装衬模 安装中柱衬模和胶合板模板及其根部柱箍、水平支撑，安装跳水台底面胶合板底模和衬模，保证标高、角度正确。

4)处理衬模拼缝 在衬模结合处粘贴5mm厚、20mm宽双面密封胶条，防止混凝土浇筑时模板漏浆。

5)绑扎钢筋前预制钢筋骨架，采用50mm×50mm砂浆垫块，钢筋骨架整体吊装入模，采取直螺纹连接，防止衬模面层受损。

6)安装上模 安装跳水台与中心立柱之间连接部分的上模，对阴角处模板进行专门加固定型，并在拼缝处粘贴海绵条封堵、挤紧，使拼缝严密，避免漏浆。

7)采取抗上浮措施 安装花篮螺栓和钢丝绳，校正模板垂直度。

8)浇筑混凝土 设置串筒浇筑自密实混凝土，先浇筑中心立柱混凝土再浇筑跳水台混凝土，浇筑过程中使用插入式振捣器和附着式振动器，振捣中重点振捣中心立柱与跳水台连接处的阴角部位，使倒角处混凝土密实。

9)混凝土养护 浇筑后及时利用塑料薄膜覆盖跳水台板表面，设专人浇水养护，养护期间保证混凝土表面湿润，养护时间≥14d。

10)模板拆除 模板拆除时间应按同条件养护混凝土试块强度确定，且遵循“先支的后拆后支的先拆，先拆非承重模板后拆承重模板，从上而下，轻拿轻放”的原则进行拆除。模板拆除时设置隔离区，安全员现场指导拆除，防止模板坠落伤人。

4 结语

本文基于异形空间曲面跳水台工程进行模板方案选择及模板材料选型，对变截面超高跳水台进行施工段划分，采用EPS新型材料模板反打工艺进行衬模设计与加工，其规则外形采用常规材料组成的模架支撑体系即可满足承载力、整体稳定性和施工安全要求，确保工程质量，大大减少施工投入，降低施工成本。