雄安站大截面異形墩柱清水混凝土施工技術

支衛清

(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志景觀，其結構設計往往追求安全可靠與美學外觀的統一。 型鋼混凝土結構具有良好的局部和整體穩定性，抗震性能優越，可有效減小構件截面尺寸和結構自重，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構。 現代建筑中，清水混凝土因其自然質樸的外觀表現，近年來在我國廣泛應用于高鐵車站工程[1-5]。 墩柱作為高鐵車站中承載上部結構物的下部承重物，其服役性能直接關乎結構的整體安全；其外觀質量應與站房整體渾然融合，是高鐵車站藝術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，梁柱內含型鋼，混凝土設計強度等級為C50。

造型柱屬于型鋼混凝土結構，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空間狹小難題；(2)異形截面清水混凝土墩柱復雜造型棱角處的成型質量難以控制；(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項目部與高性能土木工程材料國家重點實驗室共同攻關，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。

3 大體積墩柱混凝土抗裂耐久技術

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

3.1 混凝土材料設計

3.1.1 原材料

本工程在現行標準規范要求的基礎上，對主要原材料的關鍵指標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)并結合混凝土強度試驗(見圖2)，確定可以同時滿足設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 養護

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

圖3 墩柱內外溫度監測結果

(2)模板拆除后，混凝土外部先用土工布覆蓋包裹，通過調節土工布的厚度調節保溫效果，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 內施工完成。

(3)混凝土養護時間為14 d，養護過程中，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鍵技術

通過優化的模板設計與拆模方法，避免了因異型結構可能導致的混凝土外觀缺陷；優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；采用關鍵位點循環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雜造型棱角處的成型質量。

4.1 模板工程

4.1.1 模板設計

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，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。 模板拆除時應先拆除無凹槽的一面，拆模時在帶圓弧模板底部兩側各配置一臺千斤頂，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 工作性能調控

異型墩柱結構要求混凝土應具備良好的流動填充性能，清水混凝土高質量外觀則要求混凝土應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影響

4.2.2 關鍵位點循環澆筑

(1)混凝土運輸車到達現場后，測試坍落度和入模溫度后方可澆筑；由于墩柱結構復雜、鉚釘與鋼筋密布，要求混凝土具有良好的流動性，因此澆筑現場混凝土入泵坍落度要求為180 ～200 mm。 混凝土生產出料至澆筑完畢應控制在1 h 以內，坍落度損失應≤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管(導管規格為φ150×8 000 mm)分別依次伸入型鋼內部布料，澆筑時沿對角線移動導管循環布料(見圖6)；施工時，導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 施工現場導管布料

(1)插入式振搗：混凝土內部共布置8 根振搗棒和8 個振搗工(見圖7)，每個振搗工負責1 根振搗棒，其中每側模板處各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域循環往復移動，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 清水混凝土外觀質量提升與保障措施

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

5.1 鋼筋工程

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

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

(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，綁扎絲擰緊應不少于兩圈，絲頭均應朝向截面中心，扎絲綁完后要將扎絲尾向里或側邊按倒，以防外露導致混凝土表面出現銹斑。

(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，從一側至另一側均勻噴灑一道，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，無修復痕跡；氣泡出現較少，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，并從澆筑方式調整、振搗工藝優化和溫度監測控制等方面提升清水混凝土墩柱外觀質量和抗裂效果，實現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。