郑州南站清水混凝土雨棚模板体系研究

郑州南站清水混凝土雨棚模板体系研究

摘要：郑州南站清水混凝土雨棚结构造型复杂，质量标准高，根据工程特点，充分利用现场施工条件及相关规范制度要求，制定合理的施工方案，采用犀牛软件建模、BIM三维模拟、数控下料等技术，通过科学策划、严格控制，完成了清水混凝土雨棚结构施工，实体尺寸精度高，整体观感满足设计要求。关键词：清水混凝土；站台雨棚；模板体系1前言清水混凝土（As-castFinishConcrete）的概念最早始于日本，称作“表面艺术处理混凝土”，属于一次浇筑成型，不做任何外装饰，直接采用现浇混凝土的自然本色和质感作为饰面。清水混凝土表面平整光滑、色泽均匀、无碰损和污染，只在表面涂刷一层或两层透明的保护剂。其既具备混凝土高强、耐久、耐火等特点，又兼具艺术美感与建筑情感，已越来越多的被世界级建筑设计师应用到各类建筑表现当中。二十世纪七十年代，清水混凝土在我国主要用在外墙板反打方面。随着我们对环保要求不断提升，国内的清水混凝土工程不仅仅局限在民用建筑、厂房还有道路桥梁等等方面，在高铁站房上面也有了一定的应用。随着我国高铁的迅猛发展，结合清水混凝土的快速发展，人们青睐于朴实无华、自然成稳的外观韵味。高铁车站运用清水混凝土结构形式，极大的推动了我国清水混凝土的发展，也改变了既有高铁车站站台雨棚的外观形式，意义重大。郑州南站项目无站台柱雨棚采用清水混凝土结构，是继重庆西站之后，又一大型清水混凝土站场雨棚，且在结构造型上采用异形柱+联方网壳肋梁+预制装配式叠合板+现浇楼板相结合的形式，不但丰富了艺术表达内容，也大大增加了模板体系施工难度，为了更好的实现联方网壳清水混凝土雨棚设计意图，在一系列工程实践应用的基础上进行研究总结，编制了本施工技术。2工程概况郑州南站规模为16台32线，其中郑万场5台10线（含2条正线），郑阜场5台9线，郑万、郑阜场共用5站台，城际场7台13线。通过联络线，郑州南站、郑州站与郑州东站实现了互联互通。站房采用高架形式，站房总建筑面积约15万平方米。郑州南站雨棚建筑面积66420m2，结构形式为预制装配式叠合板+现浇联方网壳清水混凝土结构，共两个片区，分别位于站房南北两侧，屋盖剖面为波浪形。单片屋盖顺轨方向长98.1m，垂直轨道方向总长370m，拱高4.1m，最高处距离站台面14.45m，标准跨跨距21.5×22.8。图1郑州南站雨棚顶视图3设计概况郑州南站雨棚柱截面形状分为钢骨混凝土六边形、八边形柱和普通混凝土六边形、八边形柱，外观尺寸为1000×1000mm、1100×1100mm、900×1200mm、1000×1200mm；网格混凝土梁为200×600/700mm；顺轨向钢骨混凝土框架纵梁规格为600×1600mm，内部设置H型钢1000×300×20×36mm；预制装配式混凝土板厚度为60mm；预制顶板上面现浇混凝土厚度为60mm。4材料选型根据郑州南站清水混凝土雨棚设计特点进行分析，最大的挑战在于网格肋梁模板体系的设计与选型。通过对国内成功清水混凝土案例进行调研，目前国内主要应用于清水混凝土结构的模板体系主要有钢模板体系、木模板体系、铝模板体系、木塑模板体系、纸模板体系等等。在调研过程中，郑州南站清水混凝土雨棚研究小组接触了一家玻璃钢厂商，通过对厂家生产线的参观学习，和对玻璃钢特性的研究，决定将玻璃钢模板体系纳入清水混凝土雨棚模板体系参考范畴。在毫无前例经验可循的基础上，郑州南站清水混凝土雨棚研究小组通过一系列的对比分析，最终拟定通过样板试验来确定最终的模板体系。5样板施工针对网格肋梁施工的重难点，选定五个样板（三种模板）进行施工：三个木模板、一个铝模板、一个玻璃钢模板。其中，雨棚异形柱分别选取钢模、木模、木塑三种模板体系分别进行样板施工。雨棚网格肋梁分别选取铝模、玻璃钢模、木模三种模板体系分别进行样板施工。具体样板设计如下：样板A：雨棚柱采用木模板，网格肋梁采用全木模散支散拼，梁底沿网格梁弧形支撑。网格肋梁采用二次浇筑工艺，即首次浇筑到板底标高，叠合板放置在梁网格梁浇筑面上，绑扎板面筋后进行二次浇筑。图2模板体系示意图样板B：雨棚柱采用钢模板，网格肋梁采用铝模板，主梁模板采用全木模散支散拼，铝模板底部直接采用钢管支撑。网格肋梁采用二次浇筑工艺。图3模板体系示意图样板C：雨棚柱采用木模板，网格肋梁模板采用全木模散支散拼，板底拱形通过垂轨方向弧面主龙骨+木方次龙骨作为支撑转换层，底部用钢管支撑。网格肋梁采用一次浇筑工艺。图4模板体系示意图样板D：雨棚柱采用木塑模板，网格肋梁模板采用钢框木模散支散拼，模板底部直接采用钢管支撑。网格肋梁采用一次性浇筑工艺。图5模板体系示意图样板E：雨棚柱采用木塑模板，网格梁采用玻璃钢模板，主梁模板采用全木模散支散拼，模板底部直接采用钢管支撑。网格肋梁采用一次性浇筑工艺。图6模板体系示意图五个样板同步施工，在施工完成后，对五个样板实体进行综合对比，编制分析对比表如下：表1雨棚柱模板分析对比表方案模板体系施工方式优点分析缺点分析雨棚样板A、C木模板仅施工直线段（1）棱角顺直，精准度较高；（2）使用灵活，出现破损可灵活更换；（3）安装无需垂运机械设备辅助。（1）可实现变截面段施工，但板材消耗较大，功效较低，精度较难保证；（2）棱角接缝处失水率较大，易产生色差；（3）模板均为一次性投入，材料损耗率高；（4）模板散拼散支，拼缝过多，需要较多的处理措施；（5）需要现场加工，需要投入加工场地、人员及安全文明保证措施；（6）总成本较高。雨棚样板B钢模板直线段与变截面段一次成型（1）柱面平整度好，表面拼缝少，颜色均匀，观感较好；（2）直线段与变截面段可一次成型，且精度较高；（3）棱角顺直，且呈微小圆弧，易于棱角的成品保护；（4）可多次周转使用。（1）需要垂直运输机械辅助安装；（2）钢模板每次使用前需打磨除锈；（3）拆模时，易与柱身发生磕碰，造成柱体表面损伤。雨棚样板D、E木塑模板仅施工直线段（1）模板构件较轻便，安装无需垂运机械设备辅助，功效较高；（2）构件种类较少，节约场地，安装方便；（3）可周转使用。（1）易变形，构件尺寸不精准；（2）弧面部分与平面部分失水率不同，易产生色差；（3）无法实现变截面段施工；（4）拆模后模板表面易挂浆，周转率不高；（5）成本高。表2雨棚梁板模板分析对比表方案模板体系施工方式优点分析缺点分析雨棚样板A木模板梁板分次浇筑（1）棱角顺直，表面观感较好；（2）无需垂运机械辅助，工效较高；（3）相对其他四个样板，成本较低。（1）依靠扣件和钢管进行梁底模定位，拱形精确度较低；（2）夹角模板难以拆除；跨边叠合板预留筋无法锚固；（3）表面有色差，拼缝位置明显；（4）梁板二次施工，叠合板与一次浇筑梁上沿存在较大缝隙，且增加人工和时间。雨棚样板B铝模板梁板分次浇筑（1）观感较好，表面缺陷少，棱角顺直；（2）可多次周转使用。（1）网格梁需要以直代曲，梁梁相交节点处存在明显错台；（2）跨边叠合板预留筋采用预埋插筋的方式；（3）定型化钢模易对混凝土表面造成磕碰损坏；（4）铝模板上沿精度低，易导致叠合板翘曲，易出现板底开裂现象。雨棚样板C木模板梁板一次浇筑（1）通过弧形龙骨将空间三维定位转换为二维测量放线，便于工人操作，减少人为因素带来的影响，适合大规模展开施工；（2）适用于盘扣式脚手架体系；（3）梁底顺直，柱棱角顺直，无明显错台。（1）较其他方案，多设置两道龙骨，成本较高。雨棚样板D钢框木模板梁板一次浇筑（1）支撑简单，加固方便；（2）钢框可周转使用。（1）钢框木模较重，散支散拼及拆除功效低，人工用工量较大，效率低；（2）梁底模板拼接处存在拼缝偏差；（3）梁色差明显。雨棚样板E玻璃钢模板梁板一次浇筑（1）支撑简单，加固方便，模板体系拼装便捷；（2）可周转使用。（1）玻璃钢模板受冲压模具影响，易造成拼缝的偏差；（2）玻璃钢模板拼缝处需二次处理，用原子灰封堵拼缝，易污染混凝土表面；（3）拼缝处现浇混凝土色差较大。经综合对比，最终确定柱模板采用钢模板，网格肋梁采用木模板，采用样板C，即板底拱形通过垂轨方向弧形主龙骨+木方次龙骨作为支撑转换层的方案。5施工工艺郑州南站雨棚施工工艺流程图如下：图7施工工艺流程图5.1支模架工程5.1.1支模架选型本工程雨棚区梁板支模体系采用M60盘扣式脚手架搭设满堂架进行施工。5.1.2支模架搭设方案立杆纵向（顺轨向）间距1.8m，横向（垂轨向）间距1.2m，步距1.5m。图8盘扣架布置平面图图9盘扣架布置剖面图5.2模板工程5.2.1清水混凝土模板设计选型（1）异形柱钢模板设计选型本工程雨棚柱截面形状为钢骨混凝土六边形、八边形柱和普通混凝土六边形、八边形柱，外观尺寸分别为1000*1000mm、1100*1100mm、900*1200mm、1000*1200mm。柱净高9.45m、11.55m，其中净高11.55m柱分为等截面柱身及变截面柱头，其中柱身高10.15m，变截面柱头高1.4m。由于柱截面形式较多，为了消除常规混凝土结构施工易出现的漏浆、错台，跑模等质量通病，需对柱模板体系进行专业性深化设计，经过分析比较，选取实力强、专业水平高的专业厂家定制轻质钢模板。本工程有柱头柱分两段进行施工，第一次施工高度为9.15m，钢模板分为三段，每段长3.05m；第二次施工为直线段剩余的1m及扩大段，钢模长度为2.46m。截面1100*1100mm无柱头柱钢模分为四段，每段长2.355m。图10轻质钢模深化图（2）框架梁板模板设计选型梁模板采用15mm厚优质覆膜清水模板，龙骨采用50×100mm木方，现场安装顶板梁不设置明缝，仅在模板拼缝处设置蝉缝。清水混凝土梁截面规格主要有200*600mm、200*700mm、200*600/700mm、400*1000mm、600*1600mm，梁侧模与梁底模的关系为侧模包底模，即梁底模宽度同梁宽，梁侧模宽度为梁高减去楼板厚。5.2.2模板加工制作本工程雨棚梁模板形式多变，加工制作均由专门班组在单独设置的模板加工厂内采用数字雕刻机进行加工，包括三维放样、数字切割、刨边等。5.2.3模板的安装、拆除（1）模板的定位在站台面和承轨层建立定位轴网，将架体每根立杆精准定位，并计算出搭设高度，通过精调顶托来确保Z轴定位精准；安装次龙骨后，通过主梁控制轴线测设X轴和Y轴定位网格，在次龙骨上测放出网格肋梁梁底边线。图11模板放线定位图（2）柱模板的安装涂刷脱模剂→钢模板组合→板面清理→塔吊吊装→微调就位→固定螺栓→安装柱箍带→设置钢管顶托斜撑及缆风绳钢模吊装前应提前清理钢模内侧表面擦拭干净，涂刷油性脱模剂。将柱钢模板按照顺序组合好，固定螺栓，柱下部6米柱箍带采用双螺母固定。安装柱模板前，底部板面应平整，用水冲洗干净。柱模板施工采用盘扣式脚手架，由柱身1m处开始每隔3米设置斜撑加固，四个角设置中上两道缆风绳。（3）主梁模板的安装主梁梁侧模加固次背楞为45×90mm@200mm木方，主背楞为40×80×2.5mm@630mm双矩管。设置φ16的对拉螺杆：首排距离梁底215mm、沿高度间距630mm、纵向间距630mm设置。图12梁模板安装加固示意图底模板采用15mm厚胶合板，梁底次梁采用38×88mm木方，方向平行于梁跨度方向；分布梁采用38×88mm@700mm木方，方向垂直于梁跨度方向；主梁为50×100×3.0mm矩管，托梁为双拼[10槽钢。图13梁底支撑示意图（4）网格梁模板安装网架梁的模板采用2500×1250×15mm的覆膜清水专用模板，侧模板加固龙骨采用统一规格的45×45mm的木方，不设螺栓孔。梁底沿顺轨向铺设90×90mm木方和双拼[10槽钢或单根10#工字钢作为主龙骨，沿垂轨向铺设45×125mm@500mm圆弧带转换龙骨，沿顺梁方向铺设38×88mm@300mm木方次龙骨。由次龙骨组合成圆弧表面，在该圆弧面上通过已做的梁底展开图进行放线定位，找到梁底所在的位置，铺设梁底。图14梁底模板支撑形式梁底模板安装通过放线定位找到梁梁相交位置，依次安装菱形小块，底模15mm厚60mm宽衬板板带,网格梁底模，确定好位置后通过气钉枪将梁底模板与底部次龙骨进行固定。图15梁底菱形小块、衬板板带及底模安装梁侧模板安装网格梁梁侧模板端部采用45°倒角方式进行拼接。将加工好的弧形梁侧模板紧紧贴合在梁底模外侧并与梁底模对齐，确定好位置后使用气钉枪将梁侧模板进行临时固定，再进行下一块梁侧模板的安装。梁侧模加固主背楞为45×45mm@300木方，次背楞45×45mm@200mm木方及45×90mm斜撑木方，不设螺栓孔。因网格梁带弧度，为使叠合板与侧模紧密贴合有效防止漏浆，故使用15mm厚60mm宽板带压侧模顶边。完成一个菱形单元板块的模板安装后，继续下一个菱形单元板块的模板安装，直至网格模板安装成型。图16梁侧模安装图17梁侧模端部45°倒角拼接图18梁侧模板带安装及加固（5）板模板的安装本工程雨棚存在随轨道弯曲的异形跨、非标准尺寸构件及因临营施工塔吊无法覆盖的区域，雨棚板需采用整体现浇进行施工。将板模板按照菱形版块尺寸以对角线分解为四块板模，板底采用30mm厚100mm宽板带及45×90mm@300木方进行支撑，使用气钉枪将板模板固定在梁侧模与板底木方上。图19板模板安装（6）模板拆除当同条件混凝土试块强度达到拆模之后，开始拆除模板；第一