造型混凝土在內河樁基承臺式護岸中的應用研究

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）城市開發建設有限公司，江蘇蘇州 215100)

引言

隨著經濟社會的快速發展和日益增長的航運需求，內河航道整治的建設規模不斷擴大，航道等級逐漸提高，其中護岸的建設對于防止水土流失、穩定河道以及防洪通航等方面具有重要意義[1]，目前對于護岸工程的相關建設，越來越趨向于綠色環保，體現出人文特性。

樁基承臺式護岸作為內河航道整治工程的常見構筑物，適用于地質條件差、靠泊要求高的環境中，并具有承載能力高，結構穩定性好等優點，其承臺多為預制和現澆混凝土，但存在迎水面外觀單調生硬、缺乏生機，與周邊環境不協調等現象，已不滿足人們不斷提升的審美要求，而造型混凝土的出現解決了對護岸的外觀和美學需求。

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

本文依托京杭運河長江口門段航道整治工程，結合安全耐久、綠色環保、文化人文的理念，提出適用于內河護岸造型混凝土的相關要求，依據現場試驗澆筑確定了造型樣式，并對造型模板材料進行比選。通過對施工鋼模板進行改進，經過混凝土澆筑、養護得到了適用于內河航運需求的護岸造型混凝土，同時總結了樁基承臺式護岸造型混凝土的應用要點。

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，是江蘇省與揚州市共建京杭大運河綠色現代航運示范區的先導工程。項目起自施橋船閘，止于六圩長江口，全長5.37 km，按Ⅱ級航道標準整治，建設內容為新建護岸和航道疏浚，新建護岸結構以樁基承臺式護岸為主[4]。樁基承臺式護岸總長度5 271 m，全線需建設3 944 根灌注樁，布置形式為雙排行列式，分為靠泊護岸和非靠泊護岸（見圖1），護岸底部為灌注樁加鋼板樁結構，上部布置反濾排水設施和L 型現澆混凝土承臺，迎水面底部設拋填塊石以鞏固岸基。

圖1 樁基承臺式護岸典型斷面示意

護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點，也存在著與周邊環境不協調、外觀單調生硬、整體視覺效果不佳等問題，一定程度上對航道兩岸環境適應性產生影響。在保證混凝土結構安全性、耐久性的基礎上，通過造型混凝土來提升護岸結構外觀的美學觀感，以增加運河文化傳承的烙印，呈現厚重的文化歷史特征，表現出綠色航運和人文特性。

2 內河樁基承臺式護岸浮雕造型研究

造型混凝土工藝在水運工程領域仍處于探索和發展階段，部分造型在特殊水環境條件下的應用存在相對的質量不確定性，特別是感潮航段應用條件下的適用性研究仍處于空白，因此在進行覆蓋式推廣前必須確保護岸的結構安全和質量耐久，造型樣式切合文化理念和觀感需求，同時兼具操作便利、經濟合理的要求。

2.1 內河護岸浮雕造型實施要點

本文依托典型的內河航道整治工程，結合內河護岸的通用特點和工程的實際需求，提出了適用于內河護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致不可避免的沖擊和刮蹭變形要求，在感潮水環境下通航、船舶靠泊等綜合使用工況下，具有破壞耐受能力，表面結構不能產生較大破損或撕裂，同時考慮管養單位后續維護的簡便性和經濟性；

2）可靠性：因水運工程結構對工程耐久性要求較高，需要造型混凝土表面強度達到設計要求，因此造型花紋凹凸程度不能過深，防止表面因造型導致部分位置強度變低，以減少后期表面修補的復雜度；

3）適應性：整體造型樣式必須與工程使用環境相互協調，不過于突兀和壓抑，體現出一定的設計美學；可根據不同的設計結構和使用功能區劃，采用不同的造型樣式，既可體現設計的多樣性，也便于在日常使用中進行區別警示管理。

1992年在天津手表廠基礎上，天津市組建成立“天津海鷗手表集團公司”（簡稱：海鷗表業）。進入二十一世紀，為適應市場需求的變化，海鷗表業集團成立了國家級技術中心和國內鐘表行業唯一的博士后工作站，先后設計、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”等一系列復雜機心手表（圖19）。

2.2 適用于靠泊護岸的仿花崗巖造型

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

圖2 仿花崗巖造型護岸效果

該樣式的優勢在于在局部點沖擊破壞條件下，由于單塊造型中間微凸，其邊角微凸的結構可以有效保護單體邊角不受損傷，在符合整體結構安全性、質量耐久性以及觀感美學基礎上，也更耐刮、更耐撞。因此特別適合在靠泊護岸中使用，但在部分環境應用條件下，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，應用在內河樁基承臺式護岸中，可滿足設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構強度相對較低，在設計使用環境中易受船行波和船舶停靠刮蹭，造成木紋結構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，因此優先選用淺刻木紋的浮雕樣式。

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

3 內河樁基承臺式護岸造型模板研究

3.1 造型模板材料選擇要點

造型混凝土施工的關鍵技術是造型模板，其決定了造型混凝土的形狀、尺寸和外觀，本工程結合內河樁基承臺式護岸施工特點，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，無需剔鑿修補和抹灰飾面工序[5]，本工程通過現場實施對護岸造型模板材料提出以下要求：

1）重復性：內河護岸多為長線型布置，模型需要按照施工段來反復使用，需具有較好的使用壽命和周轉次數，以減少材料耗費，因此使用塑性造型模板作為內襯、鋼模板作為外部支撐模具的組合形式是最為經濟的選擇。

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]；模板力學設計要與混凝土的流動性相匹配，避免出現模板受壓彎曲、位移等現象，具有一定硬度以承受承臺澆筑時混凝土拌合物的側向壓力。

4）可塑性：造型模板在成型固化前應有很好的流動性，以便能精細地復現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]，本工程通過咨詢調研、現場試澆等方式進行了材料對比，總結如下特點。

1）硅膠材料：成型方便，價格適中，在市政園林等領域應用較為廣泛，但強度相對較低，而內河護岸多為大體積混凝土澆筑，因側向壓力較大易導致浮雕造型發生改變，并且在脫模中易產生撕裂現象，可在小規模、短距離護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。是可以準確復制不同造型、肌理、凹槽的彈性材料，因其周轉使用次數多，使用成本低，較為適合在長線型、大體量、高強度護岸施工中使用。

項目通過現場澆筑試驗，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，在環保性、安全性、經濟性方面具有較大的優勢。

圖4 花崗巖荔枝面造型模板

圖5 淺刻木紋造型模板

4 內河樁基承臺式護岸造型混凝土應用

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

圖6 樁基承臺式護岸施工工藝流程

圖7 造型模板安裝示意

成品的造型混凝土不會出現麻面與孔洞和部分紋理發生剛性破壞的現象，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度和耐久性（見圖8）。

圖8 模板拆除養護效果

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→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一，分倉位置造型宜確保圖案花紋的連續性，不宜出現明顯的外觀分隔；制作模板的尺寸宜略大于設計尺寸，運至現場再修裁至模具尺寸，修裁時應預留1～2 mm，便于造型模板擠壓進具框內。

2）造型模板使用溫度不應高于65℃，否則對材料使用壽命、尺寸收縮和紋飾肌理產生影響，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使用。

3）需要固定模板的表面應平坦、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，需對模板背面進行打磨處理；造型模板表面應均勻涂刷或噴曬脫模劑，并至少在橫向、縱向上涂刷2 遍，便于后續脫模。

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

5）對于護岸造型混凝土而言，在澆筑完成后應加強養護措施，防止因內外溫差、表面失水而導致裂紋產生[8]，應在混凝土表面覆蓋土工布進行灑水養護或噴灑養護劑，當平均溫度低于5℃時，造型混凝土表面覆蓋麻袋、草簾或其他保溫材料進行養護。

5 結語

1）造型混凝土應用在內河樁基承臺式護岸中，應結合安全耐久、綠色環保、文化人文的理念，針對不同的護岸結構采用對應的設計樣式，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 打印技術制作浮雕造型模板，具有強度高、耐撕裂、周轉使用次數多，使用成本低的優點，能較好的適應內河長線型、大體量樁基承臺式護岸造型混凝土的施工需求。

3）在護岸迎水面上增加造型混凝土進行裝飾，可提升混凝土結構外觀的美學觀感，以新方法實現內河航道文化傳承的烙印，表現出綠色航運和人文特性，也是今后水運工程構筑物的發展趨勢。