【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⒔⒛０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)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）.

[4]劉數(shù)華《混凝土配合比設(shè)計(jì)》中國(guó)建材工業(yè)出版社。