多曲率拱中空拱壳艺术清水混凝土施工技术

钱 锋

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

清水混凝土是当前房屋建筑中的一种新型建筑材料，一次浇筑成形，不做任何装饰，往往以大体量的清水混凝土表达厚重的设计语言。针对大面积清水混凝土现浇墙板、楼板的施工技术也有较多的研究探讨。艺术清水混凝土，通过更深层次挖掘清水混凝土的装饰效果，鲜有工程实例[1-3]。

上海市黄浦江沿岸E20单元开发工程M2码头段（以下简称M2码头）与奉贤区青少年活动中心项目是由同一建筑设计师设计的2个工程。为更好地表达出上海地区的人文特色和江南水乡拱桥流水的文化色彩，2个项目均采用了大面积的拱形纹理清水混凝土，2种拱壳结构在工艺上最大的不同在于中间是否存在中空拱壳结构。项目施工团队充分吸取M2码头段施工的经验，在此基础上通过创新解决了奉贤区青少年活动中心项目中空拱壳难拆模的施工难题。

1 同曲率连续拱壳艺术清水混凝土施工

1.1 M2码头工程概况

M2码头（图1）施工段作为浦东滨江沿线重要建筑，承载着游客码头的作用。项目屋面采用清水混凝土屋盖拱形板结构，单跨长度7.5 m，弧长8 m。平行拱形方向最多跨数为6.5跨，垂直拱形方向最大18跨，长度135 m。屋盖总长度217.5 m，最大宽度49 m。

图1 M2码头效果图

1.2 施工难点

1）清水混凝土表面须呈现木饰纹理，并通过合理的排板使纹理效果和谐统一。

2）弧形拱壳结构混凝土浇筑时的支撑体系选择须合理可靠。

3）为确保清水混凝土的实施效果，需要对混凝土实施特定的配合比，优化混凝土浇筑工艺，提高混凝土浇筑质量。

1.3 具体实施方案

1.3.1 浮雕炭化板的使用

现场利用浮雕炭化板、竹节板、复合塑料板、胶合木板等几种形式做了实体样板（图2），通过实体样板，我们发现复合塑料板、胶合木板无法达到较为密集的纹理效果。竹节板由于天然竹子的竹节间距和大小不易控制，排板十分困难，无法达到设计效果。浮雕炭化板尺寸固定、纹理清晰、质地柔韧，是较为合适的面板材料。但由于浮雕炭化板的强度不足，无法充当模板体系受力。因此，采用双层模板设计，即基层通过铺设12 mm厚胶合板来增加整体模板体系的刚度，然后在12 mm厚胶合板上铺贴8 mm厚的浮雕炭化板以提供装饰纹理效果。需特别注意的是，为保证胶合板＋浮雕炭化板的组合能够顺滑地弯弧，基层的胶合板不宜过厚，应控制在12 mm左右。

图2 实体样板效果图

1.3.2 支撑体系的选择

同曲率连续拱壳结构跨度7.5 m，由于场地地坪标高不同，弧顶高度从4.0～6.5 m不等。为使整个模板支架体系对拱壳结构提供更好的支撑，保证混凝土浇筑过程中整个支架体系的稳定性，兼顾搭设方便、经济合理等要求，我们对整个拱壳结构的支撑体系进行了筛选。

首先从排架支撑体系受力形式、整体性出发，组合钢支撑体系是所有支撑体系中最可靠的选择，但需定加工。由于连续拱壳结构整体体量不大，成本无法摊销，经济性差而被舍弃。其次考虑了整体性及可操作性也较强的盘扣脚手架体系，但承插型的盘扣钢管无法弯折成顶部弧形的形状，势必出现与普通钢管混搭的现象，对整体受力不利。同时场地地坪标高较多，支撑体系需取材便捷，工人操作性好且对于异形区域有更好的适应性，标高易调节。

综合费用、工期及施工操作性等方面考虑，采用钢管扣件式模板支撑体系较为合理。同时利用钢管弯曲机进行现场放样弯弧，解决板底钢管弯弧成形的问题。

2 多曲率中空拱壳艺术清水混凝土

2.1 奉贤区青少年活动中心工程概况

奉贤区青少年活动中心工程是奉贤区重要的民生工程，项目总建筑面积94 000 m2。其中项目的1#、2#、6#、7#楼外檐均采用中空拱壳清水混凝土的形式。屋檐高度11 m左右，设计总面积10 571万 m2，中空拱壳结构由弧形装饰挂板、竖向挂板、水平屋面板及钢梁外包混凝土组成（图3）。

图3 清水混凝土三维节点

2.2 施工难点

M2码头项目解决了弧形板施工难题，但由于奉贤区青少年活动中心项目采用中空拱壳结构体系，因此还要考虑如下施工难题：

1）弧形板作为非承重体系，使得上部的挂板、屋面板及外包混凝土未达到设计强度前支撑架无法拆除。因此，混凝土需进行4次浇筑，挂板作为连接弧形板与楼板的受力构件，对施工质量要求极高。

2）由于柱距和标高存在较大不同，对模板支架体系的搭设精度要求更为严苛。

3）混凝土浇筑顺序为：弧形板→挂板→屋面板→钢梁外包混凝土。由于空腔属于密封空间，传统的模架支撑体系无法从空腔内拆除。而将模架留于空腔内，会造成模板腐烂、钢管锈蚀等问题，长此以往将会影响到清水混凝土表面。需解决屋面板浇筑时的支撑问题。

4）此部分结构混凝土浇筑次数高达4次，对每的混凝土浇筑施工质量必须严格把关，特别是弧形板与钢包梁交界处的节点，为保证清水混凝土完成面的施工质量，必须进行深化设计。

2.3 具体实施方案

2.3.1 总体施工流程

场地清理→测量放线定位→支撑钢管排架搭设→支撑胶合木模板安装→浮雕炭化模板安装→拱板钢筋绑扎→挂板钢筋绑扎、压型钢板搁置、角钢侧埋件预设、吊模→清水混凝土浇筑及振捣（第1次浇筑）→挂板吊模及加固→挂板混凝土浇筑（第2次浇筑）→挂板拆模、弧形板上部及挂板位置涂刷防水涂料→上层屋面平板压型钢板铺设→组合楼板钢筋绑扎→屋面平板混凝土浇筑（第3次浇筑）→上翻型钢梁腹板内EPS填充、外包混凝土钢筋绑扎、支模→上翻梁外包混凝土浇筑（第4次浇筑）→模板排架支撑体系拆除→清水混凝土成品保护→清水混凝土保护液施工

2.3.2 模架体系方案

1）弧形板模板支撑体系采用钢管扣件式脚手架支撑体系，板底立杆间距600 mm×600 mm，劲性梁底立杆间距600 mm，方木间距250 mm，步距1 500 mm，扫地杆离地200 mm。

2）清水混凝土面层采用双层模板，上层木板为厚8 mm浮雕炭化板，下层模板为厚18 mm胶合板。

3）浮雕炭化板排板应均匀对称、横平竖直，宜沿拱形径向辐射布置。

4）架体超过5 m需设置连续水平剪刀撑。水平剪刀撑每2～3步一设。高宽比大于3时，排架支撑体系需与周边已完成竖向结构采用钢管扣件抱柱或张拉缆风绳进行固定，无拉结条件时的独立架体须在四周加设抛撑（图4）。

图4 拱形板排架模板搭设示意

2.3.3 压型钢板组合楼板深化设计

为避免屋面板浇筑时空腔内的模架无法拆除，考虑采用压型钢板作为免支撑模架体系进行混凝土浇筑。

压型板采用YXB65-185-565（B）的闭口型压型钢板，压型钢板宽565 mm，跨度1 900 mm；为达到免支撑的效果，浇筑肋板前提前留设预埋件，焊接角钢，作为压型钢板的搁置点。

提前在现浇挂板上布设侧向埋件，再将埋件与支撑角钢焊接形成受力转接件。将闭口压型钢板固定于角钢之上，形成免模板、免支撑的受力体系（图5、图6）。

图5 挂板处预埋件及压型钢板搁置角钢节点

图6 压型钢板铺设现场照片

2.3.4 弧形板接缝位置的细部优化

弧形板作为清水混凝土的表现形式必须做到一次成形、一次成优。为保证清水混凝土的观感质量，现场对弧形板支模的细部构造进行了深化设计（图7）。

图7 模架支撑体系细部构造节点

节点1：连续拱形现浇清水混凝土双层楼板部分为室内与室外框架玻璃幕墙的交接处，根据设计图纸需将埋件处拱板抬高，在拱板混凝土浇筑前提前放置埋件。此段模板支设较为困难且考虑到成形后清水饰面效果，经过优化，幕墙凹槽处根据凹槽尺寸采用现场定制的矩形木盒进行留设，模板采用覆膜黑模板，以确保阴阳角处平直度及垂直度。

节点2：连续拱形现浇清水混凝土双层楼板第1次浇筑下层连续拱板及空腔内的混凝土挂板，留设水平施工缝，第2次浇筑上层屋面板。挂板采用吊模的方式与拱板一同浇筑。内楞采用方木，间距≤250 mm，外楞采用φ48 mm×3 mm钢管，间距≤450 mm，M14对拉螺栓间距450 mm设置一道。对拉螺栓遇到钢梁无法贯通的情况较为普遍，经过优化，当对拉螺栓无法横穿钢梁时，按照单面焊10d（d为钢筋直径）、双面焊5d的方法将其焊在钢梁上临时固定。

节点3：现浇混凝土挂板与钢梁间的空隙采用EPS板填充的方式，起到节约混凝土用量、减轻构件自重、保证混凝土密实度的作用。

节点4：梁底边线为弧形与直线交接处，为清水混凝土重要外形节点，成形效果将直接影响整个清水混凝土效果，需严格控制其平直度。梁底部平直段与拱板起拱处搭接存在缝隙，采用双层厚18 mm的覆膜黑模板将接缝补平（图8）。

图8 弧形板与梁交接处缝隙的处理

3 结语

奉贤区青少年活动中心项目通过吸取M2码头拱壳艺术清水混凝土的成功施工经验，在此基础上着重对中空拱壳结构施工进行施工策划，圆满地完成了多曲率中空拱壳艺术清水混凝土的施工。其中，每栋单体外圈施工周期约为45 d。施工质量和建筑效果均达到了设计师的要求，无需进行修补，艺术清水混凝土拱板饰面完成效果受到了参建各方的一致好评，可为相似项目提供参考。