【摘要】針對(duì)某工程結(jié)構(gòu)類(lèi)型為空間異形雙曲面結(jié)構(gòu),墻體設(shè)計(jì)為雙曲面清水混凝土,墻體厚度為160mm,高度為85.7m,以樓層高度為橫向明縫分格,以蟬縫作分塊,以多弧線半徑為漸變曲面等特點(diǎn),提出了清水混凝土泵送技術(shù)、BIM及測(cè)量機(jī)器人結(jié)合技術(shù)、BIM對(duì)模板的放樣和配??刂萍夹g(shù)和異形雙曲面模板技術(shù)。并介紹了相關(guān)的施工工藝,施工控制要點(diǎn),工程實(shí)踐證明,有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,可在空間異形曲面結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】空間異形雙曲面;薄殼飾面;BIM;測(cè)量機(jī)器人;模板
1、工程概況
某工程位于鄭州新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)GTC交通樞紐北側(cè),共有2座主要建筑,其中塔臺(tái)為構(gòu)筑物,航管樓為多層建筑??偨ㄖ娣e12205㎡,其中航管樓建筑面積為6205㎡,塔臺(tái)建筑面積約6000㎡。塔臺(tái)共21層,為構(gòu)筑物,高度93.5米。結(jié)構(gòu)形式為空間異形雙曲面結(jié)構(gòu),平面為不規(guī)則類(lèi)橢圓形狀,且隨高度不斷變化。墻體設(shè)計(jì)為雙曲面清水混凝土,墻體厚度為160mm,以樓層高度為橫向明縫分格,以蟬縫作分塊,以多弧線半徑為漸變曲面。
2、工程特點(diǎn)及難點(diǎn)
2.1本工程結(jié)構(gòu)形式為空間異形雙曲面結(jié)構(gòu),且作業(yè)面極其狹小,平面為不規(guī)則類(lèi)橢圓形狀,且隨高度不斷變化,給測(cè)量放線帶來(lái)極大困難。
2.2塔臺(tái)外圍墻體設(shè)計(jì)為空間異形雙曲面清水混凝土,墻體厚度160mm,高度85.7m。給模板放樣、配模、加工以及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)很大困難。
2.3清水混凝土施工對(duì)混凝土性能要求較高,無(wú)法添加起泡劑等外加劑,造成清水混凝土不適于泵送,而塔臺(tái)高度為93.5米,如何調(diào)節(jié)配合比和添加劑使清水混凝土適合泵送是個(gè)難題。
3、方案選擇
3.1根據(jù)塔臺(tái)結(jié)構(gòu)的特異性,作業(yè)面的限制,如果采用傳統(tǒng)的普通全站儀進(jìn)行測(cè)量控制比較困難,且效率很低,不能滿足工期要求。公司經(jīng)過(guò)考察學(xué)習(xí)引入測(cè)量機(jī)器人技術(shù),并且創(chuàng)新性的將BIM和測(cè)量機(jī)器人結(jié)合起來(lái)解決此類(lèi)結(jié)構(gòu)測(cè)量控制的難題。
3.2由于本工程清水混凝土造型復(fù)雜,要求較高,普通模板很難達(dá)到要求,項(xiàng)目部通過(guò)考察和學(xué)習(xí),在對(duì)模板體系深入研究的情況下,最終選用啞光覆膜PVC板。為滿足清水混凝土雙曲面的造型,項(xiàng)目部決定采用BIM技術(shù)進(jìn)行放樣,并將BIM模型導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床,將鋼板切割成所需形狀,作為模板龍骨。
3.3本工程清水混凝土高度較高、墻體較薄,采用塔吊進(jìn)行混凝土澆筑較慢,影響工程進(jìn)度及混凝土成型效果。對(duì)此,公司通過(guò)對(duì)多家商品混凝土公司的考察,選擇一家有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的廠商,通過(guò)配合比的調(diào)整和樣板墻的施工,來(lái)確定最終方案。
4、方案設(shè)計(jì)
4.1運(yùn)用BIM技術(shù)行三維建模,確定建筑模型的三維幾何尺寸和詳細(xì)的三維坐標(biāo)導(dǎo)入天寶RTS自動(dòng)全站儀,用RTS自動(dòng)全站儀在空間雙曲面異形結(jié)構(gòu)中測(cè)量放線。
4.2運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行模板的放樣及配??刂?,并建立模板加工車(chē)間,購(gòu)入一整套的自動(dòng)化清水模板加工設(shè)備對(duì)清水混凝土模板進(jìn)行加工,將6mm厚鋼板切割成單曲面弧形,作為模板龍骨,將15mm專(zhuān)用啞光覆膜PVC板加固成雙曲面,保證了清水混凝土外觀造型。
4.3經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的混凝土試配與樣板澆筑,最終確定本配合比C:W:S:G:FN-W2:S95礦粉:粉煤灰為323:175:799:1034:8.3:50:42
5、施工工藝
清水混凝土優(yōu)化比配制→模板體系的選擇→模板的配置原則→面板的選擇和加工→模板龍骨的加工→測(cè)量放線→鋼筋綁扎→模板組裝→混凝土泵送澆筑→成品保護(hù)。
6、操作要點(diǎn)
6.1清水混凝土優(yōu)化比配制
為使清水混凝土具有良好的粘聚性,改善混凝土的表觀質(zhì)感,降低氣泡量,減少收縮,除使用PVC模板、運(yùn)輸過(guò)程中勻速、慢速轉(zhuǎn)動(dòng)、延長(zhǎng)攪拌時(shí)間外,在優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)中還應(yīng)采取以下措施:
6.1.1在清水混凝土中加入顏色一致的Ⅰ級(jí)粉煤灰,它的“形態(tài)效應(yīng)”能提高拌和物的流動(dòng)性,不僅能夠減少氣泡,而且能使混凝土極易均勻的鋪滿整個(gè)模板,表面也顯得更加細(xì)膩致密,外觀更加平整光滑;
6.1.2加入蘇博特聚塑酸外加劑,能有效的使氣泡迅速破滅,而且能長(zhǎng)時(shí)間阻止氣泡的再生;
6.1.3嚴(yán)格控制清水混凝土水灰比,在改善施工和易性用水量的前提下,降低水灰比,提高清水混凝土的密實(shí)性、光滑性和耐久性;
6.1.4依照清水混凝土的施工要求進(jìn)行清水混凝土配合比優(yōu)化,通過(guò)大量的清水混凝土試配與樣板墻的澆筑,最終確定本配合比C:W:S:G:FN-W2:S95礦粉:粉煤灰=323:175:799:1034:8.3:50::42為泵送混凝土。各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。
6.2模板體系的選擇
綜合比較各種模板體系的優(yōu)缺點(diǎn),本工程計(jì)劃選用6mm厚、8cm寬鋼板龍骨+50*50*2.5方鋼組合體系模板,面板采用易圍弧15mm專(zhuān)用啞光覆膜板(雙曲面采用15mm厚啞光pvc模板)。脫模劑采用優(yōu)質(zhì)色拉油。
6.3模板配置原則
6.3.1模板布置依照標(biāo)準(zhǔn)尺寸從墻體中間分別向兩邊均勻排布,對(duì)拉螺栓孔布置原則是橫向成排、排列有序、間距均勻。另外要求模板拼縫位置與清水混凝土裝飾凹槽面線和諧統(tǒng)一,明縫、蟬縫線條要求橫平豎直、清晰美觀、規(guī)則有序。
6.3.2模板設(shè)計(jì)原則是保證剛度、強(qiáng)度要求,牢固穩(wěn)定,模板構(gòu)造安全合理,規(guī)格尺寸精準(zhǔn),拼縫嚴(yán)密,便于組裝和拆卸。
6.3.3模板排版應(yīng)充分考慮預(yù)留洞口的位置,做到模板拼縫與洞口位置重合一致;預(yù)埋件、預(yù)留洞芯應(yīng)與模板固定牢固,貼合嚴(yán)密。
6.3.4明縫、假眼和對(duì)拉螺栓的設(shè)計(jì):
本工程選用¢14型對(duì)拉螺栓,具有截面精度容易控制、施工方便、表面干凈整潔等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)拉螺桿間距根據(jù)弧面曲率,采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),要做到排布有序,間距均勻。對(duì)拉螺栓安裝與對(duì)拉螺栓配套的塑料堵頭和套筒應(yīng)有足夠的強(qiáng)度,以免造成孔眼變形或漏漿,影響墻體平整度。另外增加柔性防水膠墊保護(hù)面板的平整光滑,并控制螺栓堵頭與模板之間的縫隙,保證螺栓孔不跑漿。
1)明縫
本工程塔臺(tái)設(shè)置橫向與豎向明縫,橫向明縫設(shè)置在各樓層分割處,寬度3cm,深度1.5cm;橫向明縫采用梯形截面塑料條,用自攻螺絲將梯形截面塑料條固定在模板上,保證水平明縫要水平交圈;豎向明縫設(shè)置在塔臺(tái)七根框架柱及北側(cè)直面處,其中在TB,T2軸處設(shè)置豎向施工縫,明縫寬度5cm,深度4cm,豎向明縫使用壓縮密度板裁剪成梯形,采用自攻螺絲固定在模板上,注意豎向明縫要上下豎直。
2)假眼
清水飾面混凝土的外觀要求美觀、平整光滑,而螺栓的布置又必須按設(shè)計(jì)進(jìn)行,但由于部分梁、柱、墻鋼筋過(guò)于密集,或者兩個(gè)方向上的對(duì)拉螺栓在同一標(biāo)高,無(wú)法滿足兩個(gè)方向的螺栓都能安裝,為了滿足設(shè)計(jì)要求,工程上一般需設(shè)置假眼來(lái)達(dá)到清水混凝土的外觀要求。假眼采用相同直徑的堵頭,用同直徑的螺桿安裝固定。
6.4面板的選擇及加工
為便于本工程清水混凝土的模板配置,在現(xiàn)場(chǎng)搭建了專(zhuān)門(mén)的清水混凝土模板加工車(chē)間,并購(gòu)買(mǎi)一套全自動(dòng)模板加工及覆膜設(shè)備,以便于清水混凝土模板的制作與加工。
6.4.1選料:根據(jù)塔臺(tái)外立面為空間異形雙曲面的特征,面板采用易圍弧15mm專(zhuān)用啞光覆膜板(雙曲面采用15mm厚啞光pvc模板)為保證清水混凝土的飾面特征。加工時(shí)要注意多層覆膜面板是否平整、有無(wú)破損,夾板有無(wú)空隙、扭曲,邊口是否整潔,厚度、形狀等是否符合要求;
6.4.2下料:根據(jù)建筑設(shè)計(jì)和模板使用部位的要求,運(yùn)用BIM軟件建模,形成完整的加工圖和安裝圖,在模板施工時(shí)對(duì)每塊墻模板進(jìn)行設(shè)計(jì)編號(hào),以便于墻模的安裝,提高工作效率。
6.4.3研縫:為滿足清水混凝土飾面分隔線的尺寸要求,切割后的模板需進(jìn)行研縫加工,按照要求,加工高度比設(shè)計(jì)尺寸要小0.3mm,研縫成型后刷漆防潮保護(hù)并堆放整齊。
6.5模板龍骨的加工
模板龍骨是保證模板剛度、平整度、強(qiáng)度的有力保障,而模板龍骨加工的準(zhǔn)確性更是保證清水混凝土質(zhì)量關(guān)鍵。公司運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行模板的放樣及配??刂疲⒔⒛0寮庸ぼ?chē)間,購(gòu)入一整套的自動(dòng)化清水模板加工設(shè)備對(duì)清水混凝土模板進(jìn)行加工。
豎向背楞采用50*50*2.5方鋼龍骨,強(qiáng)度高、操作靈活簡(jiǎn)便,加工時(shí)為保證木板與方鋼龍骨連接牢固,每隔600mm釘2個(gè)螺釘,兩個(gè)螺釘之間相距100mm,為保證清水混凝土的外觀效果,螺釘嚴(yán)禁從面板一側(cè)釘入。
橫向背楞采用6mm厚鋼板,使用全自動(dòng)數(shù)控切割技術(shù),根據(jù)墻體弧度曲線將鋼板切割成單曲面弧度,橫向背楞寬8cm。
6.6測(cè)量放線
運(yùn)用BIM技術(shù),revit進(jìn)行三維建模,確定建筑模型的三維幾何尺寸和詳細(xì)的三維坐標(biāo)導(dǎo)入天寶RTS自動(dòng)全站儀。 針對(duì)清水混凝土外壁,用BIM精確放樣之后,根據(jù)電腦算出實(shí)際尺寸,用RTS自動(dòng)全站儀用相對(duì)坐標(biāo)在平整地面放出大樣并且保證每層截面的總弧長(zhǎng)和每個(gè)軸線的精確位置。
對(duì)于核心筒放樣,事先設(shè)置放線孔,圓弧部分工作面狹小且放點(diǎn)數(shù)量較多,放樣前把BIM三維模型或CAD圖紙導(dǎo)入自動(dòng)全站儀,任意設(shè)置需要放樣點(diǎn),克服了普通全站儀輸入數(shù)據(jù)緩慢且容易出錯(cuò)的問(wèn)題,一層五六十個(gè)點(diǎn)基本兩個(gè)小時(shí)左右完成,效率大大提高。
核心筒完成以后用RTS免棱鏡功能對(duì)其混凝土墻壁進(jìn)行校核,找出誤差,并對(duì)下一層模板固定提出改正意見(jiàn)。
6.7鋼筋放樣綁扎
放樣施工時(shí)必須考慮鋼筋的穿插順序和疊放位置,應(yīng)重點(diǎn)考慮鋼筋錨固長(zhǎng)度、接頭形式、搭接長(zhǎng)度、接頭位置等對(duì)鋼筋綁扎的影響。豎向鋼筋在澆筑混凝土前應(yīng)校正,墻體鋼筋接頭采用焊接或搭接,接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi),拉筋與各排分布筋之間均需要綁扎牢固,不得漏綁。墻體鋼筋綁扎時(shí),鋼筋扎絲的彎鉤應(yīng)彎向混凝土內(nèi),墻體拉結(jié)筋不得超長(zhǎng)。當(dāng)鋼筋與對(duì)拉螺栓發(fā)生沖突時(shí),宜遵循鋼筋避讓對(duì)拉螺栓的原則。
6.8清水混凝土泵送澆筑
6.8.1 混凝土澆筑
澆筑前應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),本工程混凝土澆筑40m以下采用非泵送、40m以上固定泵泵送混凝土,塔吊配合澆筑。
對(duì)于清水混凝土墻體采用“自然流淌、斜面分層”的方法澆筑,當(dāng)下料高度大于2m時(shí),為防止?jié)仓r(shí)清水混凝土對(duì)鋼筋骨架和模板造成較大沖擊,導(dǎo)致鋼筋骨架變形和漲模現(xiàn)象,采用在布料管上接軟管伸到模板內(nèi)的方法,保持澆筑落差不超過(guò)2m,保證施工質(zhì)量。
澆筑混凝土?xí)r,應(yīng)堅(jiān)持“分層下料、分層振搗”的方法,每層混凝土澆筑厚度控制在500mm左右。采用標(biāo)尺桿嚴(yán)格控制分層厚度,標(biāo)尺桿每隔500mm刷紅藍(lán)標(biāo)志線。按照“薄層澆筑、順序推進(jìn)”的原則進(jìn)行澆筑,隨著振搗的方向向前推進(jìn),確?;炷翝仓|(zhì)量。
6.8.2 混凝土的振搗
所有清水混凝土振搗采用φ35、φ50插入式振動(dòng)棒,操作振動(dòng)棒時(shí)應(yīng)堅(jiān)持“快插慢拔”的原則。插點(diǎn)應(yīng)從中間開(kāi)始向邊緣分布,要求插點(diǎn)布置均勻、層層搭扣。振搗時(shí)應(yīng)依照插點(diǎn)順序移動(dòng),不得遺漏,確保清水混凝土振搗均勻密實(shí)。振搗時(shí)要垂直插入,掌握振搗時(shí)間,以防出現(xiàn)石子下沉,砂與水泥漿分離等質(zhì)量問(wèn)題。振搗棒移動(dòng)間距一般為200mm至300mm,當(dāng)遇有鋼筋較密或梁柱節(jié)點(diǎn)時(shí),振搗棒移動(dòng)間距可控制在300mm左右。為使上下層混凝土結(jié)合成均勻密實(shí)的整體,要求振搗棒插入下層混凝土100mm左右。振搗過(guò)程中應(yīng)避免碰撞模板,每一振點(diǎn)的振動(dòng)時(shí)間應(yīng)以混凝土表面出現(xiàn)翻漿、不再顯著下沉、無(wú)大量氣泡逸出為準(zhǔn),一般控制在20-30秒,剪力墻底層混凝土振搗時(shí)間控制在40秒,要避免過(guò)振離析。振搗過(guò)程應(yīng)使振搗棒離混凝土表面保持不小于50mm的距離。沾在水平鋼筋上的砂漿不能用振動(dòng)棒振動(dòng)上部鋼筋傳遞振動(dòng)使其振落,應(yīng)用振動(dòng)棒輕輕觸碰使其下落,避免長(zhǎng)時(shí)間滯留,影響質(zhì)量。
6.9清水混凝土養(yǎng)護(hù)
為保證成品清水混凝土表面顏色光澤一致,自初凝之前就要對(duì)清水混凝土開(kāi)始養(yǎng)護(hù)。
首先要控制拆模時(shí)間,依照清水混凝土的特性和質(zhì)量要求,清水混凝土的拆模時(shí)間應(yīng)比普通混凝土延長(zhǎng)1-2倍。為了確保本工程清水混凝土質(zhì)量,拆模時(shí)間嚴(yán)格控制在48h以上。
其次當(dāng)清水混凝土達(dá)到指定強(qiáng)度后,松動(dòng)兩側(cè)模板,離縫約3~5mm,在墻體頂部覆蓋薄膜澆水養(yǎng)護(hù),使水分通過(guò)混凝土和模板的間隙滲入混凝土中。最后在拆除模板后用塑料薄膜包裹,邊角接茬部位要包裹嚴(yán)密并壓實(shí),然后采用土工布進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù),避免陽(yáng)光直曬,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。本工程的墻體為斜面,澆筑前要在模板內(nèi)設(shè)置振搗軌道,便于振動(dòng)棒的拉拔和引氣,減少砼表面的氣泡。
結(jié)語(yǔ):
該工程從2014年11月份開(kāi)工,2015年9月份完工。在此次施工過(guò)程中,成功的解決了異形建筑施工難題,節(jié)約了施工成本,縮短了施工工期,工程質(zhì)量得到甲方和監(jiān)理單位的一致好評(píng),為異形建筑施工的發(fā)展和推廣提供了可參考的依據(jù),為我公司進(jìn)一步開(kāi)拓市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。
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