造型混凝土在内河桩基承台式护岸中的应用研究

秦 斌，曲贝贝，邬德宇

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300042；2.中交（苏州）城市开发建设有限公司，江苏苏州 215100)

引言

随着经济社会的快速发展和日益增长的航运需求，内河航道整治的建设规模不断扩大，航道等级逐渐提高，其中护岸的建设对于防止水土流失、稳定河道以及防洪通航等方面具有重要意义[1]，目前对于护岸工程的相关建设，越来越趋向于绿色环保，体现出人文特性。

桩基承台式护岸作为内河航道整治工程的常见构筑物，适用于地质条件差、靠泊要求高的环境中，并具有承载能力高，结构稳定性好等优点，其承台多为预制和现浇混凝土，但存在迎水面外观单调生硬、缺乏生机，与周边环境不协调等现象，已不满足人们不断提升的审美要求，而造型混凝土的出现解决了对护岸的外观和美学需求。

造型混凝土是将普通混凝土表面通过纹理和不规则线条的创意设计，创造出各种类似天然或人工造型的铺设效果，并具有图形美观自然、不易脱落、质地坚固耐用等特点[2]。随着模具和材料应用技术方面的突破[3]，造型混凝土在房建和市政园林等领域早已广泛应用，但在水运工程中应用较少。

本文依托京杭运河长江口门段航道整治工程，结合安全耐久、绿色环保、文化人文的理念，提出适用于内河护岸造型混凝土的相关要求，依据现场试验浇筑确定了造型样式，并对造型模板材料进行比选。通过对施工钢模板进行改进，经过混凝土浇筑、养护得到了适用于内河航运需求的护岸造型混凝土，同时总结了桩基承台式护岸造型混凝土的应用要点。

1 工程概况

京杭运河施桥船闸至长江口门段航道整治工程位于长江和京杭大运河两条黄金水道的交汇处，是江苏省与扬州市共建京杭大运河绿色现代航运示范区的先导工程。项目起自施桥船闸，止于六圩长江口，全长5.37 km，按Ⅱ级航道标准整治，建设内容为新建护岸和航道疏浚，新建护岸结构以桩基承台式护岸为主[4]。桩基承台式护岸总长度5 271 m，全线需建设3 944 根灌注桩，布置形式为双排行列式，分为靠泊护岸和非靠泊护岸（见图1），护岸底部为灌注桩加钢板桩结构，上部布置反滤排水设施和L 型现浇混凝土承台，迎水面底部设抛填块石以巩固岸基。

图1 桩基承台式护岸典型断面示意

护岸迎水面主要为平面式，利用钢模板整体滑移或组装后浇筑形成，具有操作方便和施工成本低等优点，也存在着与周边环境不协调、外观单调生硬、整体视觉效果不佳等问题，一定程度上对航道两岸环境适应性产生影响。在保证混凝土结构安全性、耐久性的基础上，通过造型混凝土来提升护岸结构外观的美学观感，以增加运河文化传承的烙印，呈现厚重的文化历史特征，表现出绿色航运和人文特性。

2 内河桩基承台式护岸浮雕造型研究

造型混凝土工艺在水运工程领域仍处于探索和发展阶段，部分造型在特殊水环境条件下的应用存在相对的质量不确定性，特别是感潮航段应用条件下的适用性研究仍处于空白，因此在进行覆盖式推广前必须确保护岸的结构安全和质量耐久，造型样式切合文化理念和观感需求，同时兼具操作便利、经济合理的要求。

2.1 内河护岸浮雕造型实施要点

本文依托典型的内河航道整治工程，结合内河护岸的通用特点和工程的实际需求，提出了适用于内河护岸浮雕造型的几点要求：

1）功能性：样式选择需满足船舶停靠所导致不可避免的冲击和刮蹭变形要求，在感潮水环境下通航、船舶靠泊等综合使用工况下，具有破坏耐受能力，表面结构不能产生较大破损或撕裂，同时考虑管养单位后续维护的简便性和经济性；

2）可靠性：因水运工程结构对工程耐久性要求较高，需要造型混凝土表面强度达到设计要求，因此造型花纹凹凸程度不能过深，防止表面因造型导致部分位置强度变低，以减少后期表面修补的复杂度；

3）适应性：整体造型样式必须与工程使用环境相互协调，不过于突兀和压抑，体现出一定的设计美学；可根据不同的设计结构和使用功能区划，采用不同的造型样式，既可体现设计的多样性，也便于在日常使用中进行区别警示管理。

1992年在天津手表厂基础上，天津市组建成立“天津海鸥手表集团公司”（简称：海鸥表业）。进入二十一世纪，为适应市场需求的变化，海鸥表业集团成立了国家级技术中心和国内钟表行业唯一的博士后工作站，先后设计、研制出“陀飞轮”、“双陀飞轮”、“万年历”、“三问表”、“陀飞轮女表”、“计时码表”等一系列复杂机心手表（图19）。

2.2 适用于靠泊护岸的仿花岗岩造型

仿花岗岩荔枝面造型在房建、园林中较为常见，在内河航道工程中，该样式适用于水位变化不大且护岸结构高度较小的情况，纹饰处于设计常水位以上，利用平直线条和平面微凸与下部水环境形成明显的对比，在水位变化不大的环境下利用直线与曲面波纹交涉，形成类似城墙结构的样式，图2为本造型的护岸BIM 模型效果。

图2 仿花岗岩造型护岸效果

该样式的优势在于在局部点冲击破坏条件下，由于单块造型中间微凸，其边角微凸的结构可以有效保护单体边角不受损伤，在符合整体结构安全性、质量耐久性以及观感美学基础上，也更耐刮、更耐撞。因此特别适合在靠泊护岸中使用，但在部分环境应用条件下，尤其在低水位条件下，类似的纹路可能会造成船舶行进过程中，其高大墙体所造成的局部紧迫和压抑感。

2.3 适用于非靠泊护岸的木纹造型

木纹造型采用类似树木年轮、树皮造型在混凝土表面形成深浅不一、造型各异的圈式纹路，在园林地面、墙壁上较为常用。该样式纹路清晰，造型感官深刻，纹理布局简单大气，应用在内河桩基承台式护岸中，可满足设计样式的多样性和美观性（见图3）。

图3 浅刻平滑木纹造型护岸效果

但由于纹理较为凹凸且布局繁杂，在浇筑过程中部分外立面位置的结构强度相对较低，在设计使用环境中易受船行波和船舶停靠刮蹭，造成木纹结构接触部分破损和脱落，在一定程度上影响造型混凝土的耐久性，因此优先选用浅刻木纹的浮雕样式。

工程结合不同的功能需求，针对靠泊区采用防刮、防撞击能力更佳的仿花岗岩荔枝面造型，针对非靠泊区采用浅刻木纹造型，既可明显区分不同的护岸结构，也能通过不同的线条形式展现护岸的灵动之美。

3 内河桩基承台式护岸造型模板研究

3.1 造型模板材料选择要点

造型混凝土施工的关键技术是造型模板，其决定了造型混凝土的形状、尺寸和外观，本工程结合内河桩基承台式护岸施工特点，选择无承载作用的造型模板，通过配合外围起支撑作用的钢模板一起使用，与承台浇筑时一次成型，无需剔凿修补和抹灰饰面工序[5]，本工程通过现场实施对护岸造型模板材料提出以下要求：

1）重复性：内河护岸多为长线型布置，模型需要按照施工段来反复使用，需具有较好的使用寿命和周转次数，以减少材料耗费，因此使用塑性造型模板作为内衬、钢模板作为外部支撑模具的组合形式是最为经济的选择。

3）适用性：造型模板可以方便地从混凝土表面脱模，不易损坏混凝土表面的装饰纹理[4]；模板力学设计要与混凝土的流动性相匹配，避免出现模板受压弯曲、位移等现象，具有一定硬度以承受承台浇筑时混凝土拌合物的侧向压力。

4）可塑性：造型模板在成型固化前应有很好的流动性，以便能精细地复现浮雕造型或表面肌理，因此制作造型模板的原料多为塑性材料。

3.2 造型模板材料的选用分析

以往在房建市政领域中，造型模板的选材多为硅胶和聚氨酯材料[2]，本工程通过咨询调研、现场试浇等方式进行了材料对比，总结如下特点。

1）硅胶材料：成型方便，价格适中，在市政园林等领域应用较为广泛，但强度相对较低，而内河护岸多为大体积混凝土浇筑，因侧向压力较大易导致浮雕造型发生改变，并且在脱模中易产生撕裂现象，可在小规模、短距离护岸施工中作为模板材料。

2）聚氨酯类材料：具有高弹性、抗扰性、耐撕裂，易于脱模且不易损害水泥表面的特点。是可以准确复制不同造型、肌理、凹槽的弹性材料，因其周转使用次数多，使用成本低，较为适合在长线型、大体量、高强度护岸施工中使用。

项目通过现场浇筑试验，采用3D 打印造型模板样式，使用聚氨酯材料浇筑内衬式造型模板。如图4、图5 所示能够完美展示造型效果和饰面图案，脱模后墙面效果完整，纹理清晰，在环保性、安全性、经济性方面具有较大的优势。

图4 花岗岩荔枝面造型模板

图5 浅刻木纹造型模板

4 内河桩基承台式护岸造型混凝土应用

造型混凝土作为桩基承台式护岸施工的一部分内容（见图6）。以原施工钢模板（作为支架模板）为基础，在需要造型的一面内衬造型模板（见图7），经浇筑振捣、脱模养护所得到，其实施过程与承台浇筑相同步，并没有额外的二次工序，适合高强度的长线型护岸施工。

图6 桩基承台式护岸施工工艺流程

图7 造型模板安装示意

成品的造型混凝土不会出现麻面与孔洞和部分纹理发生刚性破坏的现象，能够完美展示承台迎水面的造型效果，不影响所在承台的强度和耐久性（见图8）。

图8 模板拆除养护效果

造型模板的施工流程一般为：放线→验线→参照线及角定位→安装钢模板、校正垂直度→安装造型模板（造型切割→安装在模具内→模具固定在板上）→整体校正、加固并检查→检查验收→混凝土浇筑→模板拆除。

工程实施过程注意如下要点：

1）造型模板需合理确定模板尺寸，确保与相邻仓造型统一，分仓位置造型宜确保图案花纹的连续性，不宜出现明显的外观分隔；制作模板的尺寸宜略大于设计尺寸，运至现场再修裁至模具尺寸，修裁时应预留1～2 mm，便于造型模板挤压进具框内。

2）造型模板使用温度不应高于65℃，否则对材料使用寿命、尺寸收缩和纹饰肌理产生影响，与水泥接触的部分表面需采取降温措施，以保证模板在限定温度内使用。

3）需要固定模板的表面应平坦、干净、干燥，表面的油脂、灰尘或泥浆等需打磨去掉，为利于模板与模具更充分的固定，需对模板背面进行打磨处理；造型模板表面应均匀涂刷或喷晒脱模剂，并至少在横向、纵向上涂刷2 遍，便于后续脱模。

4）浇筑混凝土时，由于造型模板具有弹性会吸收一些振动，当使用振动棒振捣时需适当延长振捣时间[7]，振捣过程在考虑大体积混凝土浇筑特点上，应遵循“快插慢拔、上下抽动、表面泛浆”的原则，避免漏震、过振现象。

5）对于护岸造型混凝土而言，在浇筑完成后应加强养护措施，防止因内外温差、表面失水而导致裂纹产生[8]，应在混凝土表面覆盖土工布进行洒水养护或喷洒养护剂，当平均温度低于5℃时，造型混凝土表面覆盖麻袋、草帘或其他保温材料进行养护。

5 结语

1）造型混凝土应用在内河桩基承台式护岸中，应结合安全耐久、绿色环保、文化人文的理念，针对不同的护岸结构采用对应的设计样式，并着重考虑船行波和船舶停靠、刮蹭的影响。

2）采用聚氨酯材料并通过3D 打印技术制作浮雕造型模板，具有强度高、耐撕裂、周转使用次数多，使用成本低的优点，能较好的适应内河长线型、大体量桩基承台式护岸造型混凝土的施工需求。

3）在护岸迎水面上增加造型混凝土进行装饰，可提升混凝土结构外观的美学观感，以新方法实现内河航道文化传承的烙印，表现出绿色航运和人文特性，也是今后水运工程构筑物的发展趋势。