双曲面清水混凝土墙体施工技术

马延辉 山西三建集团有限公司

1 前言

城市在飞速发展，基建建设为国家经济发展做出巨大的贡献，为全面满足广大群众精神文化需求，推进公共文化服务标准化、均等化，合理规划建设各类公共文化设施的背景下，公共文化服务功能的市政配套设施的建设正在如火如荼地完善，这也是侧面反应国家强大最有力的展现。鸟巢、水立方、CCTV新闻大楼等具有造型独特、曲线优美，风格现代的各类公共建筑在新时代中矗立。建筑风格特色也朝着多元化方向发展，双曲面清水混凝土墙体就是其中之一。

2 设计理念的转换

拿到图纸后首先熟悉图纸，了解图纸的内容和所施工的范围，然后需和设计师沟通，与各专业相关设计师进行设计确认，充分理解设计理念，设计师所要求的结构形式、外观形状、颜色特点、与当地环境的融合程度等。依据设计单位完成的效果图、建筑图、结构图及三维模型图，利用现有BIM施工技术，对图纸进行各专业构件及参数的输入，并根据创建好的模型进行土建专业、安装专业的碰撞检测，用于图纸纠错、提前发现施工问题并进行规避。深化设计图纸中建筑方面的复杂部分及节点部分，利用深化设计图形转变为可以施工的图纸及各种参数。

3 模板的设计

鉴于建筑墙体为清水混凝土，混凝土结构墙体既是围护（主体）结构还需达到装饰装修的效果，故清水混凝土在设计和施工的环节，要以装饰装修的设计、管理为理念，才能达到意向的效果。

因清水混凝土一次成型，之后不准修补及剔凿。在施工方案确定之前，了解清水混凝土具体实施的范围；清水混凝土与普通混凝土结构之间的关系；清水混凝土与各专业之间的逻辑关系及细部节点设计，其中包括（结构幕墙埋件、门窗洞口尺寸、空调位置留设、通风口位置留设、消防预埋、弱电、楼梯栏杆埋件、开关灯具、水电等各专业预留预埋及交叉节点做法设计，在BIM图纸输入后就需确定）。

模板原材选择，根据项目自身条件：现有钢模、塑膜、木模等都需满足清水混凝土质量要求；为达到曲面清水混凝土墙体的效果，清水模板利用率低，模板的裁剪、拼接过多，需考虑自身经济条件综合考虑板材的选择。

模板支撑体系，由于墙体为异形模板墙体加固和支撑体系需经过专业计算（超危工程需专家论证）。

清水混凝土模板的排版设计：模板排版必须统筹兼顾，依据建筑物的结构形式、效果图的要求、模板的尺寸规格、施工部署的安排、清水混凝土的饰面效果综合进行考虑，保证墙体上门窗洞口节点、曲面或折角线条的自然流畅，分隔线条的水平和竖向交圈。人为精心设计的有规律的装饰线或模板拼缝线，统称为蝉缝。

施工蝉缝的设置：施工方案设缝合理、均匀、对称长宽比例协调，流水段的划分，确定模板分块，面板分割尺寸。有时依据施工的需要如遇层较高混凝土体积量较大时，为考虑混凝土自身收缩和两次浇筑色差影响，需结合施工进度安排部署设置一般小于50mm 明缝进行分割，竖向明缝要考虑门窗洞口、过梁、预留造型等面积较小部位。明缝是对清水混凝土整体表面进行分块处理，展现建筑线型和兼顾混凝土本身裂缝，在清水混凝土构件上设置分割缝，从而达到建筑统一外观装饰整体质感一致的建造施工技术。水平明缝线条顺直、平整光滑水平交圈，竖向明缝需保持垂直且兼顾模板的曲线流畅统一。

清水混凝土螺栓孔设计及排布：在混凝土墙上穿墙螺栓用于浇筑混凝土时，固定于模板上防止胀模的固定件。选用的对拉螺栓应经计算有足够的抗拉强度。分布尺寸依据施工方案或设计要求，清水混凝土墙上有时为了统一对拉螺栓孔眼的装饰效果，在模板工程中，在没有对拉螺杆的位置设置堵头，并形成外观尺寸、要求与其他对拉螺栓孔眼一致的假孔眼。

在模板方案确定之前用专用安全计算软件进行计算模板螺栓孔的间距尺寸，在满足安全使用的条件下螺栓间距排布应尽量做到，螺栓孔间距尺寸一致，距模板边距离尺寸一致，形成横平竖直，外观对称、均匀排布的孔眼具有艺术美感。遇层间明缝及模板间的蝉缝要分布韵律，协调美观、统筹兼顾，假眼要做到以假乱真与建筑设计融为一体。

面板深化排版原则：在依据计算软件荷载分布受力允许的范围内，螺栓孔除满足模板受力要求外还应达到规律性和对称性的装饰效果，同时还应与蝉缝明缝结合，应同时兼顾分块的定型化、模数化、整体化、通用化原则。

4 模板加固体系

异形清水混凝土模板墙体加固体系设计：依据模板支撑受力特点：模板→次龙骨→主龙骨，为确保异形曲面墙体的造型达到设计目标并且浇筑完成后清水混凝土面保持完整流畅顺滑，因结构的复杂性，浇筑混凝土前后的受力状态、墙体的上下部位受力状态均不完全相同，故需要考虑施工部署要求，墙体进行人为分块，合理留设施工缝把施工缝设明缝处，综合利用异形墙体本身的刚度来选择合适的模板，根据模板的刚度条件及受力特点来分析（一般模板达不到不变形或变形要求满足的刚度），这就需要模板外侧次龙骨进行受力，次龙骨受力后把力均匀传递于主龙骨或支撑立杆上面，最直接最有效的办法就是模板外侧次龙骨和面板模板与清水混凝土结构设计曲线接触面线条应保持曲线平行，利于力的传递。

为结构安全和成品效果综合考虑，螺栓直接紧固主龙骨是最有效最可靠的办法，墙体外侧主龙骨与加固螺栓受力体系接触面线条应为直接受力，确保与加固体系平行或垂直，使其混凝土侧压力均匀地传递至主龙骨或支撑立杆。以上内容次龙骨制作最为关键，利用现有BIM施工技术对输入图纸后生成的三维模型图提取各三维坐标参数，深化设计中可以根据施工需要导出相应的数据参数。利用导出参数进行模板次龙骨的制作及三维立体打印，对次龙骨拼装块进行编号排版，最后安放定位组装完成的次龙骨。

4.1 放线定位

基于BIM 三维建模技术进行对建筑物三维空间坐标的建立，通过建立的模型对模型空间坐标参数的提取；再进行模板组成结构的分析模拟，精确每一个支撑立杆钢管位置标高，每一块模板位置等一系列坐标的提取。定位空间三维坐标，BIM 策划最重要，现场按1m×1m方格网或更小的定位网，利用确立的测量坐标控制点，使用先进的全站仪，直接输入坐标进行放线测量。施工中采用全站仪、GPS等进行三维坐标定位，把控制点按照方格网形式投影在地面上，工人施工辅助仪器、进行有效测量方式的基础上，基本达到信息化测量要求。工人支设完成后尽快进行复核，避免由于测量误差大而返工。

4.2 内支撑架体

支撑立杆间距、架体搭设高度需提前BIM 策划，由BIM模型输出相应参数并通过安全计算；异形墙体支撑立杆钢管高度不一致需现场定位切割。利用BIM模型计算出成品清水混凝土面三维坐标点，根据清水混凝土成品面坐标点进行推算主次龙骨三维坐标和钢管的三维坐标，放线时根据全站仪坐标点定位立杆支撑钢管的参照依据坐标点，利用可调托撑外露300mm作为支撑立杆的标高调控误差。

以上方法及BIM技术进行模板下料放样，按模板配板图尺寸拼装成整体，控制好相邻板面之间拼缝，为达到理想的效果有时在模板设计时局部加衬面板或PVC材质面层；利用BIM技术、全站仪进行现场定位复测支设好的面板坐标，控制好模板的变形误差，并搭设钢管架进行顶撑加固及全方位剪刀撑加固等，保证立杆支撑体系安全稳定。

4.3 钢筋绑扎定位

由于墙体竖向钢筋空间位置无法准确固定定位，需支设完成一侧模板并校验合格后随模板固定位置进行钢筋的绑扎。主筋的弯曲弧度、箍筋的尺寸随暗柱截面的变化而变化，墙体钢筋绑扎难度极大。钢筋需根据模板形态变化而变化，钢筋的加工尺寸、弯心角度、长度等下料尺寸只能依据BIM 深化模型作为参考，现场实量进行核准再施工。

钢筋接头位置应提前进行下料核算，保证满足规范和结构安全要求。钢筋绑扎过程中根据情况选择局部放样，再大面积施工，避免返工。钢筋绑扎完成后尺寸偏差均需符合规范要求，才能进行合模和下一步施工，否则需返工处理。保护层垫块柱墙体结构易选用与混凝土颜色一致的塑料卡环，梁、板易选用混凝土同配比砂浆制作，可采用半球形垫块，将垫块的面接触改为点接触。

4.4 清水混凝土预留预埋综合设计

鉴于清水混凝土完成后不准剔凿修补及返工，预埋的孔、洞、套管和线盒安装前必须依据BIM 技术进行管线预埋的碰撞，各专业设计师的确认后，依据预埋的孔、洞、套管和线盒位置，在清水混凝土的模板上精确定位洞口位置，避免预留出现错误，预埋件也应保证自身严密性，并将所需预埋件和线盒、套管等固定牢固。

5 清水混凝土施工

5.1 原材控制

在整个墙体施工中水泥应为同一厂家，同一品种，同一强度等级，同一批号，才能保证混凝土表面观感一致，质感自然。原材及配比生产中对于泛碱、色差、质感的控制（泛碱控制、色差控制、混凝土搅拌、混凝土振捣、质感的控制）都需要通过前期的大量试配来解决。混凝土配比、外加剂掺量，根据当地原材进行试配；首批原材取样复试合格后，应立即封存处理，作为后续原材的参照。如用商品混凝土提前与搅拌站沟通，确保混凝土供应能满足连续浇筑的要求。需跨年工程提前储存同参数的原材料，配比试配合格后应封样进行留存。

5.2 拌合物性能要求

制备成清水混凝土拌合物，应颜色均匀，能保证同一观感，用于工程的混凝土无明显色差。

拌合物坍落度应符合要求，和易性适中利于浇筑和振捣，坍落度偏差尽量缩小在10以内。

严格控制预拌混凝土原材料产量、精度及控制投料顺序及时间，并随天气变化、抽验材料及含水率，及时调整用水量及集料用量。

5.3 混凝土拌制与运输

控制好混凝土搅拌时间，清水混凝土的搅拌时间比普通搅拌机延长20s～30s。调度应根据当地的气候条件、运输时间、运输道路的距离、砂石中含水率的变化，合理计算混凝土的坍落度损失等，运输中可采用相应的外加剂做适当调整。合理安排调度，避免在浇筑过程中混凝土罐车积压或供应不足，引起过大的坍落度损失。混凝土拌合物从搅拌结束到施工现场浇筑，在浇筑过程中严禁添加配合比以外的水，需掺外加剂应经过同意。

5.4 振捣工艺及施工流程

为保证架体稳定，应采用分层对称浇筑，尽量减小混凝土施工过程对模板造成的侧压力。混凝土分层先后多次浇筑，分层时间间隔不应超过30min。第二次浇筑前，要将上次混凝土顶部的15cm 厚的混凝土重新振捣，以便两次浇筑混凝土结合成整体。工人在重新振捣之前要反复确认上次的混凝土是否已振捣，避免漏振。浇筑高度及施工缝留设应按照方案设计尽量满足明缝的要求，杜绝在清水混凝土墙体上留设施工缝。振捣工具的选用应灵活多种，满足振捣要求即可，应选取有经验的工人，根据不同部位进行分情施策，避免漏震或过震。振捣过程中尽可能减少砂浆的飞溅，并及时清理掉溅于模板内侧的砂浆。浇筑过程中遇到混凝土补方，应控制两次的浇筑时间及配比一致，严禁用非清水混凝土浇筑清水部位。

5.5 浇筑口留设位置

有时由于层高及设计模数的限制，混凝土落差过大或振捣棒无法深入，应在模板上留设浇筑口，留设原则需选择在非清水部位，浇筑过程中避免混凝土冲击模板或钢筋，并控制好混凝土落地高度避免离析。

5.6 混凝土的养护

清水混凝土的养护和普通混凝土的常规养护一样，浇水、薄膜覆盖、喷涂养护液、蒸汽养护等，选用涂刷养护剂时需选择中性涂剂和无色或透明不影响清水混凝土外表观感色差的养护剂。养护时同一部位应采用同一种材料，避免养护不到位影响后期观感。

5.7 成品保护及保护剂的涂刷

混凝土保护剂选用是为了不改变混凝土最原始的观感，减小由于时间过度受自然界雨、雪、风沙等对混凝土的侵蚀，能够保持有效的装饰功能。混凝土是碱性的材料，吸水率高，容易开裂及碳化，成品保护不到位或保护剂选用不当都会直接影响到清水混凝土的外观情况。保护剂的选用应遵循防水底漆的封堵，提高混凝土的耐久性，面漆色差不影响混凝土原有观感，涂刷完成后能展现清水混凝土良好的外饰面装饰效果。

6 结束语

双曲面清水混凝土结构的造型给人一种新颖、多样、协调、美观的视觉体验，其建筑突出质朴厚重的特色风格是现代公共建筑的发展趋势，对于带动城市提质发展，完善城市文化公共服务功能，建设优秀地标性建筑起着重要的作用。施工质量过程控制对其现实效果起到至关重要的作用，有了一代代工程人不懈的经验总结及新兴科技人才的注入才使得更多的出彩项目能够完美的呈现。