秦 斌，曲貝貝，鄔德宇

（1.中交天津航道局有限公司，天津 300042；2.中交（蘇州）城市開發(fā)建設(shè)有限公司，江蘇蘇州 215100)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和日益增長的航運需求，內(nèi)河航道整治的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，航道等級逐漸提高，其中護(hù)岸的建設(shè)對于防止水土流失、穩(wěn)定河道以及防洪通航等方面具有重要意義[1]，目前對于護(hù)岸工程的相關(guān)建設(shè)，越來越趨向于綠色環(huán)保，體現(xiàn)出人文特性。

樁基承臺式護(hù)岸作為內(nèi)河航道整治工程的常見構(gòu)筑物，適用于地質(zhì)條件差、靠泊要求高的環(huán)境中，并具有承載能力高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其承臺多為預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土，但存在迎水面外觀單調(diào)生硬、缺乏生機(jī)，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象，已不滿足人們不斷提升的審美要求，而造型混凝土的出現(xiàn)解決了對護(hù)岸的外觀和美學(xué)需求。

造型混凝土是將普通混凝土表面通過紋理和不規(guī)則線條的創(chuàng)意設(shè)計，創(chuàng)造出各種類似天然或人工造型的鋪設(shè)效果，并具有圖形美觀自然、不易脫落、質(zhì)地堅固耐用等特點[2]。隨著模具和材料應(yīng)用技術(shù)方面的突破[3]，造型混凝土在房建和市政園林等領(lǐng)域早已廣泛應(yīng)用，但在水運工程中應(yīng)用較少。

本文依托京杭運河長江口門段航道整治工程，結(jié)合安全耐久、綠色環(huán)保、文化人文的理念，提出適用于內(nèi)河護(hù)岸造型混凝土的相關(guān)要求，依據(jù)現(xiàn)場試驗澆筑確定了造型樣式，并對造型模板材料進(jìn)行比選。通過對施工鋼模板進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)得到了適用于內(nèi)河航運需求的護(hù)岸造型混凝土，同時總結(jié)了樁基承臺式護(hù)岸造型混凝土的應(yīng)用要點。

1 工程概況

京杭運河施橋船閘至長江口門段航道整治工程位于長江和京杭大運河兩條黃金水道的交匯處，是江蘇省與揚(yáng)州市共建京杭大運河綠色現(xiàn)代航運示范區(qū)的先導(dǎo)工程。項目起自施橋船閘，止于六圩長江口，全長5.37 km，按Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)整治，建設(shè)內(nèi)容為新建護(hù)岸和航道疏浚，新建護(hù)岸結(jié)構(gòu)以樁基承臺式護(hù)岸為主[4]。樁基承臺式護(hù)岸總長度5 271 m，全線需建設(shè)3 944 根灌注樁，布置形式為雙排行列式，分為靠泊護(hù)岸和非靠泊護(hù)岸（見圖1），護(hù)岸底部為灌注樁加鋼板樁結(jié)構(gòu)，上部布置反濾排水設(shè)施和L 型現(xiàn)澆混凝土承臺，迎水面底部設(shè)拋填塊石以鞏固岸基。

圖1 樁基承臺式護(hù)岸典型斷面示意

護(hù)岸迎水面主要為平面式，利用鋼模板整體滑移或組裝后澆筑形成，具有操作方便和施工成本低等優(yōu)點，也存在著與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)、外觀單調(diào)生硬、整體視覺效果不佳等問題，一定程度上對航道兩岸環(huán)境適應(yīng)性產(chǎn)生影響。在保證混凝土結(jié)構(gòu)安全性、耐久性的基礎(chǔ)上，通過造型混凝土來提升護(hù)岸結(jié)構(gòu)外觀的美學(xué)觀感，以增加運河文化傳承的烙印，呈現(xiàn)厚重的文化歷史特征，表現(xiàn)出綠色航運和人文特性。

2 內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸浮雕造型研究

造型混凝土工藝在水運工程領(lǐng)域仍處于探索和發(fā)展階段，部分造型在特殊水環(huán)境條件下的應(yīng)用存在相對的質(zhì)量不確定性，特別是感潮航段應(yīng)用條件下的適用性研究仍處于空白，因此在進(jìn)行覆蓋式推廣前必須確保護(hù)岸的結(jié)構(gòu)安全和質(zhì)量耐久，造型樣式切合文化理念和觀感需求，同時兼具操作便利、經(jīng)濟(jì)合理的要求。

2.1 內(nèi)河護(hù)岸浮雕造型實施要點

本文依托典型的內(nèi)河航道整治工程，結(jié)合內(nèi)河護(hù)岸的通用特點和工程的實際需求，提出了適用于內(nèi)河護(hù)岸浮雕造型的幾點要求：

1）功能性：樣式選擇需滿足船舶停靠所導(dǎo)致不可避免的沖擊和刮蹭變形要求，在感潮水環(huán)境下通航、船舶靠泊等綜合使用工況下，具有破壞耐受能力，表面結(jié)構(gòu)不能產(chǎn)生較大破損或撕裂，同時考慮管養(yǎng)單位后續(xù)維護(hù)的簡便性和經(jīng)濟(jì)性；

2）可靠性：因水運工程結(jié)構(gòu)對工程耐久性要求較高，需要造型混凝土表面強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，因此造型花紋凹凸程度不能過深，防止表面因造型導(dǎo)致部分位置強(qiáng)度變低，以減少后期表面修補(bǔ)的復(fù)雜度；

3）適應(yīng)性：整體造型樣式必須與工程使用環(huán)境相互協(xié)調(diào)，不過于突兀和壓抑，體現(xiàn)出一定的設(shè)計美學(xué)；可根據(jù)不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)和使用功能區(qū)劃，采用不同的造型樣式，既可體現(xiàn)設(shè)計的多樣性，也便于在日常使用中進(jìn)行區(qū)別警示管理。

1992年在天津手表廠基礎(chǔ)上，天津市組建成立“天津海鷗手表集團(tuán)公司”（簡稱：海鷗表業(yè)）。進(jìn)入二十一世紀(jì)，為適應(yīng)市場需求的變化，海鷗表業(yè)集團(tuán)成立了國家級技術(shù)中心和國內(nèi)鐘表行業(yè)唯一的博士后工作站，先后設(shè)計、研制出“陀飛輪”、“雙陀飛輪”、“萬年歷”、“三問表”、“陀飛輪女表”、“計時碼表”等一系列復(fù)雜機(jī)心手表（圖19）。

2.2 適用于靠泊護(hù)岸的仿花崗巖造型

仿花崗巖荔枝面造型在房建、園林中較為常見，在內(nèi)河航道工程中，該樣式適用于水位變化不大且護(hù)岸結(jié)構(gòu)高度較小的情況，紋飾處于設(shè)計常水位以上，利用平直線條和平面微凸與下部水環(huán)境形成明顯的對比，在水位變化不大的環(huán)境下利用直線與曲面波紋交涉，形成類似城墻結(jié)構(gòu)的樣式，圖2為本造型的護(hù)岸BIM 模型效果。

圖2 仿花崗巖造型護(hù)岸效果

該樣式的優(yōu)勢在于在局部點沖擊破壞條件下，由于單塊造型中間微凸，其邊角微凸的結(jié)構(gòu)可以有效保護(hù)單體邊角不受損傷，在符合整體結(jié)構(gòu)安全性、質(zhì)量耐久性以及觀感美學(xué)基礎(chǔ)上，也更耐刮、更耐撞。因此特別適合在靠泊護(hù)岸中使用，但在部分環(huán)境應(yīng)用條件下，尤其在低水位條件下，類似的紋路可能會造成船舶行進(jìn)過程中，其高大墻體所造成的局部緊迫和壓抑感。

2.3 適用于非靠泊護(hù)岸的木紋造型

木紋造型采用類似樹木年輪、樹皮造型在混凝土表面形成深淺不一、造型各異的圈式紋路，在園林地面、墻壁上較為常用。該樣式紋路清晰，造型感官深刻，紋理布局簡單大氣，應(yīng)用在內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸中，可滿足設(shè)計樣式的多樣性和美觀性（見圖3）。

圖3 淺刻平滑木紋造型護(hù)岸效果

但由于紋理較為凹凸且布局繁雜，在澆筑過程中部分外立面位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對較低，在設(shè)計使用環(huán)境中易受船行波和船舶停靠刮蹭，造成木紋結(jié)構(gòu)接觸部分破損和脫落，在一定程度上影響造型混凝土的耐久性，因此優(yōu)先選用淺刻木紋的浮雕樣式。

工程結(jié)合不同的功能需求，針對靠泊區(qū)采用防刮、防撞擊能力更佳的仿花崗巖荔枝面造型，針對非靠泊區(qū)采用淺刻木紋造型，既可明顯區(qū)分不同的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，也能通過不同的線條形式展現(xiàn)護(hù)岸的靈動之美。

3 內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸造型模板研究

3.1 造型模板材料選擇要點

造型混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)是造型模板，其決定了造型混凝土的形狀、尺寸和外觀，本工程結(jié)合內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸施工特點，選擇無承載作用的造型模板，通過配合外圍起支撐作用的鋼模板一起使用，與承臺澆筑時一次成型，無需剔鑿修補(bǔ)和抹灰飾面工序[5]，本工程通過現(xiàn)場實施對護(hù)岸造型模板材料提出以下要求：

1）重復(fù)性：內(nèi)河護(hù)岸多為長線型布置，模型需要按照施工段來反復(fù)使用，需具有較好的使用壽命和周轉(zhuǎn)次數(shù)，以減少材料耗費，因此使用塑性造型模板作為內(nèi)襯、鋼模板作為外部支撐模具的組合形式是最為經(jīng)濟(jì)的選擇。

3）適用性：造型模板可以方便地從混凝土表面脫模，不易損壞混凝土表面的裝飾紋理[4]；模板力學(xué)設(shè)計要與混凝土的流動性相匹配，避免出現(xiàn)模板受壓彎曲、位移等現(xiàn)象，具有一定硬度以承受承臺澆筑時混凝土拌合物的側(cè)向壓力。

4）可塑性：造型模板在成型固化前應(yīng)有很好的流動性，以便能精細(xì)地復(fù)現(xiàn)浮雕造型或表面肌理，因此制作造型模板的原料多為塑性材料。

3.2 造型模板材料的選用分析

以往在房建市政領(lǐng)域中，造型模板的選材多為硅膠和聚氨酯材料[2]，本工程通過咨詢調(diào)研、現(xiàn)場試澆等方式進(jìn)行了材料對比，總結(jié)如下特點。

1）硅膠材料：成型方便，價格適中，在市政園林等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但強(qiáng)度相對較低，而內(nèi)河護(hù)岸多為大體積混凝土澆筑，因側(cè)向壓力較大易導(dǎo)致浮雕造型發(fā)生改變，并且在脫模中易產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，可在小規(guī)模、短距離護(hù)岸施工中作為模板材料。

2）聚氨酯類材料：具有高彈性、抗擾性、耐撕裂，易于脫模且不易損害水泥表面的特點。是可以準(zhǔn)確復(fù)制不同造型、肌理、凹槽的彈性材料，因其周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多，使用成本低，較為適合在長線型、大體量、高強(qiáng)度護(hù)岸施工中使用。

項目通過現(xiàn)場澆筑試驗，采用3D 打印造型模板樣式，使用聚氨酯材料澆筑內(nèi)襯式造型模板。如圖4、圖5 所示能夠完美展示造型效果和飾面圖案，脫模后墻面效果完整，紋理清晰，在環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟(jì)性方面具有較大的優(yōu)勢。

圖4 花崗巖荔枝面造型模板

圖5 淺刻木紋造型模板

4 內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸造型混凝土應(yīng)用

造型混凝土作為樁基承臺式護(hù)岸施工的一部分內(nèi)容（見圖6）。以原施工鋼模板（作為支架模板）為基礎(chǔ)，在需要造型的一面內(nèi)襯造型模板（見圖7），經(jīng)澆筑振搗、脫模養(yǎng)護(hù)所得到，其實施過程與承臺澆筑相同步，并沒有額外的二次工序，適合高強(qiáng)度的長線型護(hù)岸施工。

圖6 樁基承臺式護(hù)岸施工工藝流程

圖7 造型模板安裝示意

成品的造型混凝土不會出現(xiàn)麻面與孔洞和部分紋理發(fā)生剛性破壞的現(xiàn)象，能夠完美展示承臺迎水面的造型效果，不影響所在承臺的強(qiáng)度和耐久性（見圖8）。

圖8 模板拆除養(yǎng)護(hù)效果

造型模板的施工流程一般為：放線→驗線→參照線及角定位→安裝鋼模板、校正垂直度→安裝造型模板（造型切割→安裝在模具內(nèi)→模具固定在板上）→整體校正、加固并檢查→檢查驗收→混凝土澆筑→模板拆除。

工程實施過程注意如下要點：

1）造型模板需合理確定模板尺寸，確保與相鄰倉造型統(tǒng)一，分倉位置造型宜確保圖案花紋的連續(xù)性，不宜出現(xiàn)明顯的外觀分隔；制作模板的尺寸宜略大于設(shè)計尺寸，運至現(xiàn)場再修裁至模具尺寸，修裁時應(yīng)預(yù)留1～2 mm，便于造型模板擠壓進(jìn)具框內(nèi)。

2）造型模板使用溫度不應(yīng)高于65℃，否則對材料使用壽命、尺寸收縮和紋飾肌理產(chǎn)生影響，與水泥接觸的部分表面需采取降溫措施，以保證模板在限定溫度內(nèi)使用。

3）需要固定模板的表面應(yīng)平坦、干凈、干燥，表面的油脂、灰塵或泥漿等需打磨去掉，為利于模板與模具更充分的固定，需對模板背面進(jìn)行打磨處理；造型模板表面應(yīng)均勻涂刷或噴曬脫模劑，并至少在橫向、縱向上涂刷2 遍，便于后續(xù)脫模。

4）澆筑混凝土?xí)r，由于造型模板具有彈性會吸收一些振動，當(dāng)使用振動棒振搗時需適當(dāng)延長振搗時間[7]，振搗過程在考慮大體積混凝土澆筑特點上，應(yīng)遵循“快插慢拔、上下抽動、表面泛漿”的原則，避免漏震、過振現(xiàn)象。

5）對于護(hù)岸造型混凝土而言，在澆筑完成后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施，防止因內(nèi)外溫差、表面失水而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生[8]，應(yīng)在混凝土表面覆蓋土工布進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)或噴灑養(yǎng)護(hù)劑，當(dāng)平均溫度低于5℃時，造型混凝土表面覆蓋麻袋、草簾或其他保溫材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語

1）造型混凝土應(yīng)用在內(nèi)河樁基承臺式護(hù)岸中，應(yīng)結(jié)合安全耐久、綠色環(huán)保、文化人文的理念，針對不同的護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用對應(yīng)的設(shè)計樣式，并著重考慮船行波和船舶停靠、刮蹭的影響。

2）采用聚氨酯材料并通過3D 打印技術(shù)制作浮雕造型模板，具有強(qiáng)度高、耐撕裂、周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多，使用成本低的優(yōu)點，能較好的適應(yīng)內(nèi)河長線型、大體量樁基承臺式護(hù)岸造型混凝土的施工需求。

3）在護(hù)岸迎水面上增加造型混凝土進(jìn)行裝飾，可提升混凝土結(jié)構(gòu)外觀的美學(xué)觀感，以新方法實現(xiàn)內(nèi)河航道文化傳承的烙印，表現(xiàn)出綠色航運和人文特性，也是今后水運工程構(gòu)筑物的發(fā)展趨勢。