支衛(wèi)清

(中鐵十二局集團有限公司 山西太原 030024)

1 引言

高鐵車站作為一個城市的標(biāo)志景觀，其結(jié)構(gòu)設(shè)計往往追求安全可靠與美學(xué)外觀的統(tǒng)一。 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的局部和整體穩(wěn)定性，抗震性能優(yōu)越，可有效減小構(gòu)件截面尺寸和結(jié)構(gòu)自重，增大使用空間，尤其適用于大跨度、超高層、重荷載的土木工程結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)代建筑中，清水混凝土因其自然質(zhì)樸的外觀表現(xiàn)，近年來在我國廣泛應(yīng)用于高鐵車站工程[1-5]。 墩柱作為高鐵車站中承載上部結(jié)構(gòu)物的下部承重物，其服役性能直接關(guān)乎結(jié)構(gòu)的整體安全；其外觀質(zhì)量應(yīng)與站房整體渾然融合，是高鐵車站藝術(shù)造型的重要展示部分。

2 工程概況與施工難點

本工程清水混凝土墩柱施工范圍為雄安站站房地面候車大廳及兩側(cè)城市通廊，造型柱截面為2.7 m×2.7 m 和1.8 m×1.8 m 共96 個，梁柱弧形連接，總高14.215 m 和14.09 m，梁柱內(nèi)含型鋼，混凝土設(shè)計強度等級為C50。

造型柱屬于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，同時兼具大體積混凝土和異形截面清水混凝土的特點，因此施工難度極大：(1)墩柱異形截面、型鋼鉚釘與鋼筋密布造成的混凝土澆筑作業(yè)空間狹小難題；(2)異形截面清水混凝土墩柱復(fù)雜造型棱角處的成型質(zhì)量難以控制；(3)大體積混凝土低水泥用量和膠凝材料用量的需求[6]，與清水混凝土富裕漿體的配合比設(shè)計原則[7]的矛盾。

針對上述施工難點，京雄城際鐵路雄安站房一標(biāo)項目部與高性能土木工程材料國家重點實驗室共同攻關(guān)，從大體積墩柱混凝土抗裂耐久、異型墩柱清水混凝土施工和外觀質(zhì)量提升保障等方面探索實踐，形成雄安站房大截面異形墩柱清水混凝土施工技術(shù)。

3 大體積墩柱混凝土抗裂耐久技術(shù)

通過從優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比等措施減少混凝土早期水化放熱，通過預(yù)埋溫度傳感器實時監(jiān)測墩柱內(nèi)外溫差變化確定拆模時間與保溫養(yǎng)護措施，保障大體積墩柱混凝土的抗裂耐久[8]。

3.1 混凝土材料設(shè)計

3.1.1 原材料

本工程在現(xiàn)行標(biāo)準規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對主要原材料的關(guān)鍵指標(biāo)提出了進一步的要求：(1)水泥堿含量≤0.6%；(2)粉煤灰選用Ⅰ級灰；(3)細骨料細度模數(shù)2.6 ～2.8，飽和面干含水率≤6%，含泥量≤2.0%；(4)碎石最大粒徑20 mm，針片狀顆粒含量≤9%，空隙率≤43%。 通過優(yōu)選原材料，一方面有助于提高混凝土拌和物的和易性，另一方面能夠在降低水化熱的同時保障混凝土強度。

3.1.2 配合比

研究中采用微量熱法[9]對比了不同粉煤灰摻量下膠凝材料水化放熱速率(見圖1)并結(jié)合混凝土強度試驗(見圖2)，確定可以同時滿足設(shè)計強度和降低水化放熱需求的粉煤灰摻量范圍，盡可能減少水泥用量，從配合比角度抑制水化放熱過高帶來的開裂風(fēng)險。

圖1 粉煤灰摻量對凈漿水化放熱速率影響

圖2 粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度影響

3.2 養(yǎng)護

(1)在同條件養(yǎng)護試件達到拆模強度的基礎(chǔ)上，通過預(yù)埋在混凝土中的傳感器監(jiān)控墩柱的表層與環(huán)境溫差不大于15 ℃時，確定拆模時間。 圖3 給出了本工程典型施工環(huán)境下墩柱內(nèi)外溫度變化與溫差監(jiān)測結(jié)果，澆筑體里表溫差最大僅14.17 ℃。

圖3 墩柱內(nèi)外溫度監(jiān)測結(jié)果

(2)模板拆除后，混凝土外部先用土工布覆蓋包裹，通過調(diào)節(jié)土工布的厚度調(diào)節(jié)保溫效果，土工布外部再用桶狀塑料膜進行包裹并用細繩進行固定，面層土工布包裹時搭接尺寸為300 mm；土工布包裹完成后，使用噴霧器加溫水對土工布進行潤濕后并及時包裹桶狀薄膜，并在模板拆除后1 h 內(nèi)施工完成。

(3)混凝土養(yǎng)護時間為14 d，養(yǎng)護過程中，派專人每天對土工布、桶狀薄膜進行檢查，保證土工布、桶狀薄膜覆蓋完整性及土工布濕潤程度。

4 異型墩柱混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

通過優(yōu)化的模板設(shè)計與拆模方法，避免了因異型結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致的混凝土外觀缺陷；優(yōu)選聚羧酸減水劑種類，同時滿足混凝土坍落度保持與低黏度、易排泡的可施工性能；采用關(guān)鍵位點循環(huán)輸送布料與定點的精細化振搗工藝，大幅提升異形截面墩柱復(fù)雜造型棱角處的成型質(zhì)量。

4.1 模板工程

4.1.1 模板設(shè)計

柱截面尺寸為2 700 mm×2 700 mm，2 500 mm×2 500 mm，采用定型鋼模板。 鋼模板面板厚度6 mm，次龍骨采用 10 槽鋼，主龍骨采用 18 槽鋼。柱內(nèi)嵌定型弧形鋼板，采用模板外加固方式避免穿墻螺栓眼出現(xiàn)，以達到整體外觀效果。

為了達到凹槽處不漏漿，拆模時不因模板角度問題損傷棱角，將25 mm 處90°直角改為105°圓角[10]，且該處模板采用整塊鋼板壓制，不留豎向縫，將模板拼縫留置在100 mm 圓角起弧處。

4.1.2 模板設(shè)計

模板拆除順序為“自下而上、分片拆卸、先撐后拆”的原則進行。 模板拆除時應(yīng)先拆除無凹槽的一面，拆模時在帶圓弧模板底部兩側(cè)各配置一臺千斤頂，沿水平方向同步向外拉動模板與墩柱分開，過程中保持模板兩端橫移距離相同，避免模板兩側(cè)起弧處拆除時位移不同步損傷墩柱棱角，保證墩柱整體完整性。

4.2 混凝土澆筑與振搗

4.2.1 工作性能調(diào)控

異型墩柱結(jié)構(gòu)要求混凝土應(yīng)具備良好的流動填充性能，清水混凝土高質(zhì)量外觀則要求混凝土應(yīng)具有較低的黏度以利于氣泡排出。 因此，研究對比了4 種減水劑對混凝土坍落度平穩(wěn)保持能力[11](見圖4)和混凝土在振動條件下氣泡排出能力[12](見圖5)的影響，優(yōu)選出聚酯型聚羧酸減水劑，從外加劑角度進一步提升混凝土可施工性能與表觀質(zhì)量。

圖4 減水劑種類對混凝土坍落度保持影響

圖5 減水劑種類對混凝土振動黏度系數(shù)影響

4.2.2 關(guān)鍵位點循環(huán)澆筑

(1)混凝土運輸車到達現(xiàn)場后，測試坍落度和入模溫度后方可澆筑；由于墩柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鉚釘與鋼筋密布，要求混凝土具有良好的流動性，因此澆筑現(xiàn)場混凝土入泵坍落度要求為180 ～200 mm。 混凝土生產(chǎn)出料至澆筑完畢應(yīng)控制在1 h 以內(nèi)，坍落度損失應(yīng)≤20 mm，入泵混凝土坍落度不滿足要求做退回處理。

(2)混凝土澆筑采用帶漏斗的導(dǎo)管(導(dǎo)管規(guī)格為φ150×8 000 mm)分別依次伸入型鋼內(nèi)部布料，澆筑時沿對角線移動導(dǎo)管循環(huán)布料(見圖6)；施工時，導(dǎo)管隨混凝土澆筑逐漸提升，保持混凝土落距不超過500 mm，單次布料高度300 ～500 mm。

4.2.3 定點式精細化振搗

圖6 施工現(xiàn)場導(dǎo)管布料

(1)插入式振搗：混凝土內(nèi)部共布置8 根振搗棒和8 個振搗工(見圖7)，每個振搗工負責(zé)1 根振搗棒，其中每側(cè)模板處各2 根振搗棒用于混凝土振搗密實。 振搗過程中，插入式振搗器快插慢拔，每個振搗工在各自區(qū)域循環(huán)往復(fù)移動，插點均勻排列(間距約400 mm)；振搗上一層時插入下層50～100 mm，以消除兩層間的接縫；混凝土振搗時間以混凝土表面停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈平坦、泛漿為準。

(2)附著式振搗：分別在每側(cè)混凝土模板表面距離地面2 m 位置安裝附著式振搗器，并在每側(cè)安排1 名工人記錄振搗人員及振搗時間，附著式振搗器在每層混凝土澆筑完成后開啟20 s。

圖7 振動棒振搗布置效果

5 清水混凝土外觀質(zhì)量提升與保障措施

為了避免施工、養(yǎng)護、服役過程中其他因素對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響，對鋼筋、模板表面處理與清水混凝土保護等環(huán)節(jié)提出了明確的外觀質(zhì)量保障措施。

5.1 鋼筋工程

(1)進場鋼筋原材、半成品鋼筋遮蓋保護，避免現(xiàn)場放置時間長產(chǎn)生浮銹污染模板。

(2)受力鋼筋順長度方向全長的凈尺寸允許偏差-10 mm，箍筋內(nèi)凈尺寸允許偏差-3 mm、＋2 mm。杜絕因鋼筋下料不準確，導(dǎo)致澆筑完混凝土后表面出現(xiàn)鋼筋銹點。

(3)要求鋼筋保護層墊塊采用與混凝土顏色相近的混凝土墊塊，梅花形放置且布設(shè)均勻，其間距不宜＞600 mm，以確保鋼筋保護層厚度正確。

(4)綁扎鋼絲宜選用20 ～22＃且無銹的鋼絲，每一豎向筋與水平筋交叉點均綁扎，綁扎絲擰緊應(yīng)不少于兩圈，絲頭均應(yīng)朝向截面中心，扎絲綁完后要將扎絲尾向里或側(cè)邊按倒，以防外露導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)銹斑。

(5)采用比鋼筋直徑略大的PVC 管劃成兩半，對外露鋼筋采用捆綁PVC 管保護，PVC 管采用鉛絲綁扎。

5.2 模板表面處理

(1)對于新模板，涂刷2 ～3 mm 厚水泥凈漿，待水泥干硬后(7 ～8 h)剔除表面漿體。

(2)對于已使用的模板，對表面打磨處理后使用柴油清洗表面油污，再使用清水＋洗潔精清洗油污和灰塵，清水沖洗至表面潔凈。

(3)晾干后采用噴霧器在模板表面噴涂PERI油性脫模劑，從一側(cè)至另一側(cè)均勻噴灑一道，噴灑過厚部分采用平墩布涂抹均勻。

5.3 清水混凝土保護

(1)基面清掃：用刷子將附著的基面上的雜物、砂土、灰塵等除去，使施工面平滑、清潔、無雜物等附著物。

(2)涂刷：使用無氣噴槍或滾筒全面涂布透明保護涂料，涂布時要求整體均勻涂布，尤其是邊角處。

6 成效

清水混凝土墩柱外觀質(zhì)量實施效果如圖8 所示：墩柱表面顏色基本一致，無明顯色差，無修復(fù)痕跡；氣泡出現(xiàn)較少，局部氣泡最大直徑不大于8 mm，深度不大于2 mm，每平方米氣泡面積不大于20 cm2；無肉眼可見裂縫，強光照射下表面光潔如鏡面。

7 結(jié)束語

圖8 雄安站房清水混凝土 墩柱外觀效果

針對雄安站房墩柱同時具備異形截面、大體積尺寸與清水外觀的特點，試驗研究與施工過程中，從材料與工藝兩個方面開展工作：設(shè)計了具有高流動性與良好排泡性能的混凝土材料，并從澆筑方式調(diào)整、振搗工藝優(yōu)化和溫度監(jiān)測控制等方面提升清水混凝土墩柱外觀質(zhì)量和抗裂效果，實現(xiàn)了京雄城際鐵路雄安站房大截面異形墩柱清水混凝土的順利施工，并取得良好成效。