異形空間曲面清水混凝土跳水臺模板選型與模架設計研究

馬凱悅，沈 婕

(1.廣州市設計院，廣東 廣州 510620； 2.廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510030；3.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510641)

1 工程概況

1.1 項目概況

浙江省黃龍體育中心游泳跳水館項目位于杭州市西子湖畔，建筑外形獨特動感、圓潤流暢，建筑規模為48 791m2，共設置3 000個觀眾坐席，主要包括1個21m×25m跳水池、1個25m×50m標準比賽池及1個20m×50m訓練池。本工程采用框架-剪力墻結構，局部采用跨層有粘結部分預應力混凝土桁架結構，屋蓋采用空間鋼網格結構。項目效果如圖1所示。

圖1 項目效果

1.2 跳臺設計

所用跳臺為1柱4臺型，呈主干、葉柄、葉片形狀，由HRB500E鋼筋和C40清水混凝土澆筑而成。4個跳臺標高分別為8.970，10.970，13.470，15.970m，高度分別為3.0，5.0，7.5，10.0m。跳臺造型復雜，中心立柱為變截面，跳臺與中心立柱過渡區間線面呈非幾何非線性復雜關系，底部尺寸為1 800mm×1 700mm，頂部尺寸為1 600mm×1 500mm。 跳水臺三維模型效果如圖2所示。

圖2 跳水臺三維模型效果(單位：m)

1.3 重難點分析

1)跳水臺為變截面柱，柱較高，對模板支撐強度、剛度和穩定性要求很高，需著重研究、比選不同模板方案，以選擇低成本、快速簡捷和安全可靠的最佳施工工藝。

2)跳水臺由大量回轉曲面和非回轉曲面構成，其中平面16個，回轉曲面10個，非回轉曲面6個。跳臺體形復雜，按常規方法進行模板設計與加工難以體現其設計效果，支撐模架施工難度大。

3)跳水臺為清水混凝土結構，結構需一次成型，要求板面平整、色澤一致、線形順滑，對模板面層的處理要求較高，外觀質量及加工精度標準要求高。

4)工程質量要求高、工期緊、用地緊張。跳水臺為該工程施工中的重難點，因此，保證跳水臺快速高質量施工是整個工程順利交工的關鍵。

2 模板方案選擇

跳水臺模板施工質量控制是保證本工程跳水臺施工質量的重點，模板選型必須能保證跳水臺截面形狀和表面密實光滑。通過對國內外清水混凝土模板選型及施工工藝的大量文獻研究，對跳水臺進行模板方案比選和模板材料選型。

2.1 方案對比

主要考慮木模板、鋼模板、鋁合金模板和新型材料模板4種方案，方案對比如表1所示。

表1 模板方案對比

通過對異形空間曲面清水混凝土跳臺不同模板施工方案進行可行性分析，新型材料模板方案具有成型質量可靠、加工周期短、總成本最低的優勢，因此跳水臺模板最終采用新型材料模板。

2.2 模板選型

為保證跳水臺結構幾何形狀基本準確及清水混凝土達到裝飾效果，模板按反打工藝進行設計，將其功能劃分成構造層和結構層，從而簡化模板加工與安裝，使模板安裝穩固、不變形、拆裝方便。其中，構造層作用為將復雜曲面過渡為相對簡單的幾何外形，結構層承受或傳遞施工荷載。

1)構造層(襯模)

構造層由模板造型層和面層構成，其中，造型層采用聚苯乙烯泡沫(EPS)，面層噴涂2mm厚進口聚脲類成膜材料(見圖3)。

圖3 EPS和聚脲類成膜材料

2)結構層(常規模板)

作為支托結構層常規模板，盡可能地利用常用膠合板、木方、型材制備，現場支設施工，主要承受或傳遞施工荷載，不與混凝土直接接觸。

3 模架體系設計與應用

3.1 跳水臺施工段劃分

考慮工程整體進度安排，結合現場施工條件要求，合理設置施工縫，減少混凝土澆搗次數。將跳水臺分為4個施工段(見圖4)，豎向施工順序為：①→②→③→④。

圖4 豎向施工段劃分

各施工段具體標高和施工高度如表2所示。

表2 各施工段標高和施工高度

3.2 襯模設計與加工

利用BIM技術基于跳水臺三維模型設計出外形規則的襯模模型，依據施工縫設計進行尺寸分割，將分段襯模BIM模型數據導入數控切割機床，對襯模節段的反打表面和規則外形進行精準加工，加工成型后的襯模加工效果如圖5所示。同時，在跳水臺BIM模型中提取襯模內表面尺寸參數和空間網格點位對已加工完成的襯模成品進行質量復核。

圖5 襯模加工效果

3.3 模架體系設計

跳水臺模架體系采用扣件式滿堂鋼管腳手架。鋼管采用Q235材質，規格為φ48.3×3.5；采用鑄鐵扣件，其安裝螺栓擰緊力矩須為40～60N·m，確?？奂_到設計抗滑力；施工現場制作的常規模板則采用15mm厚膠合板和90mm×40mm木方，盡可能地利用既有物資，減少施工投入。模架體系設計合理設置了對拉螺栓、木方、鋼管間距，保證模板陰角處整體剛度，確?；炷烈淮螡仓晒?。跳水臺模架體系設計布置如圖6所示。

圖6 跳水臺模架體系設計布置

1)豎向支撐設置 每根立桿底部設置鋼底座，鋼底座下通長設置50mm厚松木墊板，縱橫向立桿間距0.9m、加密區0.5m，立桿接長采用對接扣件交錯布置，2根相鄰立桿接頭不設置在同步內，同步內間隔1根立桿的2個相隔接頭在高度方向錯開距離為500mm，各接頭中心至主節點距離不宜大于步距的1/3。

2)水平桿設置 縱橫向水平桿利用直角扣件固定在立桿上，大橫桿步距底部0.9m、上部0.45m，最高一步大橫桿與模板支撐點距離≤200mm，水平桿采用對接扣件連接并交錯布置，2根相鄰縱向水平桿接頭不宜設置在同步或同跨內，不同步或不同跨2個相鄰接頭在水平方向錯開距離≥500mm，各接頭中心至最近主節點的距離不大于縱距的1/3。

3)縱橫向掃地桿設置 橫向掃地桿采用直角扣件固定在距底座上方100mm處立桿上，縱向掃地桿采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿上方立桿上。

4)剪刀撐設置 模板支架外圍在外側立面整個長度和高度上分別連續設置剪刀撐，支架內部中間每隔5根立桿在縱橫向整個長度和高度上分別連續設置剪刀撐。

3.4 模板施工工藝

在跳水臺襯模BIM模型中，以20cm分隔將其外側投影面進行線性等距分割，從而得到平面坐標數據，再豎向對齊至空間高度提取其精確定位數據信息，對施工技術人員和作業班組進行施工技術交底，從而指導跳水臺模板精準定位與施工。

1)測量放線 將BIM空間坐標數據導入全站儀測放出中柱中心線及截面、模板安裝控制線及滿堂支架立桿中心線。

2)搭設滿堂支架 搭設滿堂支架至指定標高，立桿下端與預埋件焊接，安裝U托、木方龍骨，U托絲杠露出鋼管頂端≤300mm，木方龍骨搭接長度須滿足1個跨距。

3)安裝襯模 安裝中柱襯模和膠合板模板及其根部柱箍、水平支撐，安裝跳水臺底面膠合板底模和襯模，保證標高、角度正確。

4)處理襯模拼縫 在襯模結合處粘貼5mm厚、20mm寬雙面密封膠條，防止混凝土澆筑時模板漏漿。

5)綁扎鋼筋前預制鋼筋骨架，采用50mm×50mm砂漿墊塊，鋼筋骨架整體吊裝入模，采取直螺紋連接，防止襯模面層受損。

6)安裝上模 安裝跳水臺與中心立柱之間連接部分的上模，對陰角處模板進行專門加固定型，并在拼縫處粘貼海綿條封堵、擠緊，使拼縫嚴密，避免漏漿。

7)采取抗上浮措施 安裝花籃螺栓和鋼絲繩，校正模板垂直度。

8)澆筑混凝土 設置串筒澆筑自密實混凝土，先澆筑中心立柱混凝土再澆筑跳水臺混凝土，澆筑過程中使用插入式振搗器和附著式振動器，振搗中重點振搗中心立柱與跳水臺連接處的陰角部位，使倒角處混凝土密實。

9)混凝土養護 澆筑后及時利用塑料薄膜覆蓋跳水臺板表面，設專人澆水養護，養護期間保證混凝土表面濕潤，養護時間≥14d。

10)模板拆除 模板拆除時間應按同條件養護混凝土試塊強度確定，且遵循“先支的后拆后支的先拆，先拆非承重模板后拆承重模板，從上而下，輕拿輕放”的原則進行拆除。模板拆除時設置隔離區，安全員現場指導拆除，防止模板墜落傷人。

4 結語

本文基于異形空間曲面跳水臺工程進行模板方案選擇及模板材料選型，對變截面超高跳水臺進行施工段劃分，采用EPS新型材料模板反打工藝進行襯模設計與加工，其規則外形采用常規材料組成的模架支撐體系即可滿足承載力、整體穩定性和施工安全要求，確保工程質量，大大減少施工投入，降低施工成本。