大型高铁站房清水混凝土雨棚施工技术研究

康 博

（中铁建工集团有限公司深圳分公司，广东 深圳 518052）

车站是城市文化的窗口，站台和雨棚构成的车场空间，作为客站最主要的旅客集散空间，是旅客对城市的第一印象，也是即将离开时对城市的最后记忆。

国内站台雨棚建筑形式主要分为有柱式和跨线式（无站台柱），长期以来大型客站均采用跨线式钢结构雨棚，清水混凝土雨棚相比钢结构雨棚在安全性、耐久性、免维护等方面有显著优点，近年来在国内大中型铁路站房应用越来越广泛，重庆西[1]、雄安站、京张铁路清河站等采用清水混凝土雨棚，其成功应用取得了良好的社会效益，郑州南站作为继重庆西后采用清水混凝土雨棚的特大型高铁站房，装配式联方网壳结构在国内大型站房雨棚建设中尚属首例，通过一系列先进技术实施，分别在曲面清水混凝土结构和雨棚预制装配式施工技术领域方面，将国内大型站房清水雨棚建造技术推向新高度。

1 工程概况

郑州南站雨棚造型取自莲鹤方壶中仙鹤羽翼之形，雨棚采用联方网壳结构形式，梁与梁相交形成一个“菱形网壳”，再由多个菱形网壳组成整个雨棚结构，造型灵动。雨棚分布在站房南北两侧，南北两个分区按跨度分为21.5m（5拱）、21.8m（2拱）、22.6m（1拱）、20.45m（1拱）、20.4m（1拱）、21m（2拱）、12m（1拱）等7种类型。其中，13个标准跨雨棚、4个由轨道弯曲影响的异型跨雨棚及两侧的悬挑造型，单侧17拱，共34拱雨棚。屋盖剖面为波浪形，结构形式为预制+现浇联方网壳清水混凝土结构。单片屋盖顺轨方向长97.7m，垂直轨道方向总长370m。拱高3.7m，最高处距离轨道层高度为16.73m。

2 施工技术要点

2.1 清水混凝土配合比研究

清水混凝土，是指采用现浇工艺一次成型，且在拆除模板后不再作外部修饰，仅涂刷一层透明保护剂，以混凝土自然色作为饰面的混凝土。结合雨棚拱面浇筑困难的特点，要求清水混凝土雨棚配合比达到的质量标准[2]：

（1）达到高性能混凝土要求的高耐久性和高工作性能。雨棚结构长期处于室外环境，耐久性方面主要考虑因素有：抗渗性、抗碳化性、抗冻性、抗化学侵蚀、体积稳定性和抑制碱骨料反应等方面。高工作性是保障清水混凝土表面效果的关键，需考虑的主要因素有：高流动性、可泵性及体积稳定，不离析不泌水等方面。

（2）无明显色差，颜色均匀一致，且应考虑整体颜色与预制叠合板颜色相匹配；无气泡、无麻面、无沙线水线等表面缺陷。

试配质量控制最大的难题为改善混凝土工作性能和消减气泡，总结前期试配经验见表1。

表1 前期试配经验

根据河南地区地材开展配合比试配工作，主要在满足基本力学性能的基础上调整色差、减少表面气泡、优化施工性能。通过比选水泥品牌，微调混凝土的矿物掺合料、外加剂、砂、石比例，同时匹配模板、脱模剂种类、成型工艺等辅助条件，共制作80组配比样板，从中选定适合外观质量的清水混凝土配合比。

通过试验，最终确定清水混凝土材料及控制指标见表2。

表2 清水混凝土材料及控制指标

2.2 模板体系比选及安装技术

2.2.1 模板及支架体系选型

模板体系通过对国内优秀的清水混凝土项目进行调研，应用于清水混凝土的模板体系主要有钢模板、木模板、铝模板、木塑模板、GRC模板等。经研究分析，主要以结构精度控制、拼缝处理、表面观感、大规模生产操作等指标进行对比试验，结合成型后的整体效果，确定模板体系和施工工艺[3]。

支架体系根据现场实际施工情况，大型胎架及操作平台不具备运输及安装条件，故确定采用满堂脚手架支撑体系。满堂脚手架支撑体系主要考虑盘扣式脚手架支撑体系和扣件式脚手架体系，相对于施工操作难易程度和搭设精准度来讲，盘扣式脚手架优势较为明显，但限于网格梁空间结构的复杂性，需充分研究盘扣式脚手架应用的可行性，如能满足施工要求，则优先考虑采用盘扣式脚手架体系，如不能满足施工要求，则采用扣件式脚手架体系。

综合比选结果见表3。

表3 综合比选结果

现场实际样板分析，根据施工难易程度、质量控制、工效及成型效果，最终确定模板方案：①柱模板变截面采用钢模板体系，柱子棱角需保证方角；②支模架采用盘扣式脚手架体系；③梁模板采用木模板支撑体系；④梁板一次浇筑成型。

2.2.2 异型柱模板深化及控制要点

本工程雨棚清水混凝土柱形状为钢骨混凝土六角形、八角形柱，标准截面为1000mm×1000m、900mm×1200mm、1000mm×1200mm、1100mm×1100mm，柱净高11.55m，其中截面为1100mm×1100mm无柱帽，截面形式较多，需进行专业性深化设计，清水混凝土施工必须消除常规结构施工易出现的漏浆、错台、跑模等质量通病，经过分析比较，采用定制定型钢模板，选取实力强、专业水平高的专业厂家定制。带柱帽雨棚柱总高度11.55m，柱身高10.15m，顶部为变截面柱头高1.4m。分两次施工，一次施工高度为9.15m，采用的钢模板分三段，每段长3.05m。第二次施工为直线段剩余的0.9m及柱帽，采用钢模长度为2.46m，截面为1100mm×1100mm无柱帽柱钢模分为四段，每段长2.355m。图1为1000mm×1200mm柱顶部及底部平面图。

图1 1000mm×1200mm柱顶部及底部平面图

2.2.3 拱形网格肋梁木模控制要点

（1）木模选材要点。对清水模板进行多次送样，通过雕刻机正切环切、24H冷热水浸泡、实体样板成型尺寸偏差等多组试验，对模板的平整度、匀质性、湿涨程度、刚度、韧性等指标进行对比，从模板坯料材质选择、接缝处理、酚胶种类、模纸选择、砂光工艺等方面，最终分别确定弧形龙骨、网格肋梁、顺轨主梁三种清水模板参数，由清水模板厂家特制生产。

（2）模板智能数控加工。利用犀牛模型出具模板加工深化图，数控雕刻机加工弧形龙骨及梁模板，网格肋梁弧度利用机床一次加工成型，侧模阳角均加工45°碰角，以保障现场拼装精度。

（3）网格肋梁模板安装。采用空间测量转换技术，利用建模软件将空间坐标转化为平面坐标，实现肋梁模板精准定位。

梁底模安装工艺流程[4]：①将转换后的平面坐标在站台层上弹出梁投影线，再将线引到次龙骨上；②数控雕刻机加工梁底两侧衬板带，沿梁线安装衬板带；③安装网格肋梁十字交叉处菱形模板；④安装网格肋梁底模，拼缝处断面涂玻璃胶挤实处理；⑤同时进行顺轨主梁和弧形梁底模安装。

梁侧模安装及梁钢筋绑扎：①安装网格肋梁单边同侧侧模，使其围成菱形，进行侧模加固；②安装网格肋梁下口箍筋、底筋、腰筋；③埋设健康监测传感器及管线、照明管线；④安装网格肋梁另一侧侧模，侧模加固；⑤埋设灯具预埋件；⑥同时进行顺轨主梁和弧形梁钢筋绑扎及侧模安装。

2.3 装配式弧形叠合板深化及安装

雨棚拱形结构板采用60mm+60mm叠合板＋现浇结构形式。叠合板为菱形曲面造型结构，单跨叠合板类型共4种，构件深化通过BIM技术建立雨棚结构模型，将BIM模型按结构部位分解成单元个体。其中，将不同规格的叠合板按设计图纸的规格尺寸要求进行精细化建模，根据模型体现出钢筋的排布方式及留设位置，确保构件尺寸、弧度满足现场施工要求。

构件深化考虑结构尺寸、弧度等构件特征，尽量减少开模数量，提高模具利用率，综合考虑利用率、设计周期、工厂组装难度等三个因素，最终确定最优模具合并方案。构件混凝土中原材料、配合比尽快做到与现浇结构相匹配并严格蒸汽养护，要求叠合板达到清水标准后出厂。

3 其他质量控制要点

3.1 异形柱钢筋控制要点

确保钢筋加工和安装的精准，避免影响模板安装及造成结构露筋，保障结构尺寸，重点控制异型箍筋和型钢结构柱头节点。

（1）八角柱外箍筋加工，煨成圆形后分段调直或分段滚弧；

（2）柱变截面段钢筋较密，利用BIM建模调整钢筋空间排布，指导现场施工。

3.2 混凝土施工质量控制

雨棚柱分三段浇筑，施工缝边缘设置禅缝，方便与后半段柱混凝土结合。振捣应采用加长型ϕ50振捣棒，先将振捣棒深入柱底，边浇筑边振捣，振捣时间由正常的20s～30s加大到30s～40s，确保柱混凝土振捣密实。

网格肋梁板两端开始用“赶浆法”即先浇筑主梁，根据梁高分层（不少于四层）浇筑成阶梯形，当达到板底位置时再与板的混凝土一起浇筑，随着阶梯形不断延伸，梁板混凝土浇筑连续向前进行。浇筑与振捣必须紧密配合，梁底充分振实后再下第二层料，保持水泥浆沿梁底包裹石子向前推进，每层均应振实后再下料，每层厚度不得大于500mm；同时采用ϕ50振捣棒同步振捣，梁底及梁帮部位要注意振实，振捣时不得触动钢筋及预埋件。

为了减少清水混凝土的表面色差，清水混凝土梁结构的侧模应在24h后拆除。模板拆除后，其表面应采用塑料薄膜严密覆盖并及时进行养护，每隔6h进行一次浇水，其养护时间一般应不小于7d。注意不能采用棉被、草垫或草包铺盖，以免造成永久性颜色污染。

3.3 局部清修及细部节点控制

局部清修是指针对混凝土局部可能会产生一些小气泡、孔眼、麻面和酥松等缺陷进行处理，一般瑕疵可不做处理，禅缝原则上不进行修补，以避免破坏禅缝的自然效果。其中，螺栓孔的处理直接影响清水混凝土整体外观，做到自然协调美观。

螺栓孔细部处理：清理螺栓孔，测量原有螺栓孔部位上下左右尺寸，确定位置，用直径36mm或者42mm的开孔器进行扩孔，然后用弹性腻子修补，再用直径25mm～30mm平头钢扦插捣实平整后表面压光养护。

3.4 涂装SKK水性清水氟透明保护剂

雨棚长期处于室外环境，表面采用SKK水性清水氟透明保护剂，在其表面形成透明保护膜，可有效防止水泥老化、碳化及盐害等现象的发生，极大提高混凝土表面耐污性、耐候性、耐久性，同时保持混凝土原始质感。

工艺流程：基层处理（除锈、局部清修、螺栓孔处理、禅缝处理等）→局部色差调整→面漆涂刷（滚涂）。

在基层处理之前，主体基层确保养护到位（＞28d），养护到基层的pH值小于10，含水率小于10%后，再进行基面处理。

4 结语

清水混凝土建筑是一项复杂的系统工程，需要精细设计、严格控制、施工得法，最重要的是有好的管理系统。从组织设计、安排施工到项目管理与监理督检，只有每一个环节都运行良好，才能展现出清水混凝土的优点与优势。通过郑州南站联方网壳清水雨棚成功实践，为国内清水结构建筑应用与施工积累宝贵经验。