馬少軍, 梁生武， 姜 楓

(1.中鐵六局集團(tuán)太原鐵建公司， 山西太原 030013; 2.中國(guó)鐵路總公司工程管理中心, 北京 100038; 2.中鐵建工集團(tuán)有限公司西南分公司, 貴州貴陽 550002)

1 工程概況

新建北京至張家口鐵路自北京北站，途經(jīng)海淀、昌平、延慶，河北省懷來、宣化、終到張家口南站，正線全長(zhǎng)174 km，全線設(shè)北京北(既有站)、清河、昌平、八達(dá)嶺長(zhǎng)城、東花園北、懷來、下花園北、宣化北、張家口南共9座客站，另外延慶支線設(shè)置延慶站(既有站)，崇禮支線設(shè)置太子城站。其中昌平、東花園北、懷來、下花園北、宣化北、張家口南等站雨棚設(shè)計(jì)均采用清水混凝土。昌平站為京張線中間車站，車站站房建筑面積4 990.87 m2，地上4 554.45 m2，地下136.42 m2。站前平臺(tái)鋪面面積：2 797.36 m2。站臺(tái)雨棚11 019 m2。旅客地道1 240 m2。垂直電梯3部，電動(dòng)扶梯4部。

昌平站雨棚設(shè)計(jì)為清水混凝土，即裝飾面以現(xiàn)澆混凝土的自然表面效應(yīng)來體現(xiàn)。通過混凝土的自然顏色和紋理實(shí)現(xiàn)美學(xué)效果，混凝土表面要求光滑平滑，顏色均勻，無損傷和污染。并呈現(xiàn)有規(guī)律性線條或孔眼。本文以昌平站為例。詳細(xì)介紹了清水混凝土施工技術(shù)的混凝土質(zhì)量控制、模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)及混凝土施工過程。

2 混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 原材料選擇

(1)水泥： P.O42.5低堿水泥，水泥要求活性好、目測(cè)色澤一致，水泥與外加劑間要有較好的相容性。

(2)粉煤灰：選用F類II級(jí)粉煤灰，不同批次目測(cè)色澤一致。

(3)砂：河砂，細(xì)度模數(shù)大于2.3，目測(cè)顏色一致，嚴(yán)格控制含泥量小于3 %， 5 mm 以中的含泥量小于1 %。

(4)碎石：采用5～10 mm和10～20 mm雙級(jí)配碎石；目測(cè)顏色一致，含泥量小于2%。

(5)外加劑1：聚羧酸高性能減水劑(HPWR-R)。

(6)外加劑2： S-AC膨脹劑。

2.2 配合比設(shè)計(jì)思路

該項(xiàng)目受既有線運(yùn)營(yíng)影響，分兩個(gè)階段進(jìn)行施工，兩個(gè)階段施工間隔時(shí)間較長(zhǎng)，如何控制混凝土前后兩階段的色差和不同批次的混凝土色差是本項(xiàng)目的主要難點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，根據(jù)選定的現(xiàn)場(chǎng)混凝土原材和混凝土施工方案,考慮混凝土的力學(xué)性能、耐久性的要求和經(jīng)濟(jì)性的要求,研究的比選出混凝土最佳配合比的范圍和材料組成。在綜合現(xiàn)場(chǎng)拌制混凝土的力學(xué)性能、變形性能、耐久性等各項(xiàng)性能和外觀質(zhì)量研究和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,最終確定了適用于本項(xiàng)目的房清水混凝土的最優(yōu)配合比。

2.3 配合比設(shè)計(jì)步驟

(1)確定配制強(qiáng)度

根據(jù)混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算工式[1]：fcu,o=fcu,k+1.645σ，σ取5，經(jīng)計(jì)算可得出：fcu，o=48.2MPa

(2)確定水膠比

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，混凝土水泥用量≥340 kg/m3， 其中粉煤灰用量≥水泥用量30 %的要求，使用聚羧酸高性能減水劑，并且根據(jù)混凝土的性能，在多次重復(fù)試配后，混凝土的水膠選擇比為0.36。

(3)確定用水量

根據(jù)施工圖和施工方案中對(duì)混凝土坍落度要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原材料，得出混凝土用水量為230 kg/m3。減水劑摻量1.2 %(減水劑劑減水率25 %)。添加減水劑后，混凝土用水量(mw0)可按下式計(jì)算：

mw0=mw1(1-β)

式中：mw0為混凝土的用水量(kg/m3)；mw1為無外加劑時(shí)滿足設(shè)計(jì)坍落度要求的用水量(kg/m3)；β為減水劑減水率(%)。

代入公式可得mw0= 172kg/m3。

(4)確定膠凝材料用量

混凝土膠凝材料用量(mb0)可按下式計(jì)算

mb0=mw0/(W/B)

式中：mb0為膠凝材料用量(kg/m3)；mw0為混凝土用水量(kg/m3)；W/B為混凝土水膠比。

計(jì)算得出混凝土膠凝材料用量mb0=420kg/m3。

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)“宜摻入部分礦物摻合料以降低水化熱，從而控制混凝土因水化熱引起的開裂”的要求。選用Ⅱ級(jí)粉煤灰作為礦物摻合料，摻量為膠凝材料用量的15 %，即粉煤灰用量420×15%=63kg/m3，水泥用量為420-63=357kg/m3。

(5)確定骨料用量

根據(jù)規(guī)范中粗骨料和細(xì)骨料的用量規(guī)定：

采用假定容重法計(jì)算：

mfo+mco+mgo+mso+mwo=mcp

(1)

βs=mso/(mso+mgo)×100%

(2)

式中：mcp為混凝土拌合物的假定質(zhì)量(kg/m3)，取2 420 kg/m3；βs為砂率，砂率42 %。

代入公式(1)、(2)即可求得：

mco=357kg/m3；mfo=63kg/m3；

mso=768kg/m3；mgo=1060kg/m3；

mwo=172kg/m3；mao=5.04kg/m3；

(6)配合比調(diào)整與確定

通過多次的試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過對(duì)比混凝土色差，觀察混凝土表觀質(zhì)量，最終確定最優(yōu)配合比指標(biāo)，見表1。

表1 自密實(shí)清水混凝土配合比 kg/m3

注：塌落度180～200mm

3 模板設(shè)計(jì)與安裝

3.1 模板設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目均為雙柱雨棚，清水混凝土柱的造型為四角圓弧，中間面設(shè)25 mm凹槽，由于清水混凝土對(duì)模板的剛度、表面光潔度等要求高，模板加工制造時(shí)面板要求表面平整、方正，模板間拼縫嚴(yán)密，嚴(yán)格控制面板間的高低差。混凝土澆筑施工過程中如何控制混凝土不漏漿，拆模時(shí)不掉塊，不損傷棱角是本工程施工的一大難點(diǎn)。通過對(duì)項(xiàng)目所在地其他項(xiàng)目實(shí)地考察、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，綜合比較不同模板體系的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定采用定型鋼模板。

通過將凹槽處直角轉(zhuǎn)角為105°圓角，并將采用整塊鋼板一次壓制成型的模板制造工藝，模板拼縫留置在圓角起弧處等措施，成功解決了凹槽處不漏漿，拆模時(shí)不因模板角度題損傷棱角等問題，如圖1所示。

圖1 單塊拼接鋼模板

為了使模板安拆作業(yè)時(shí)方便快捷，同時(shí)為減少因模板拼縫留下的豎向蟬縫，柱模板采用四塊1.6 m高的鋼模板拼接而成，如圖2所示。

圖2 柱拼接鋼模板

3.2 模板安裝

3.2.1 模板刷隔離劑

模板進(jìn)場(chǎng)地后要對(duì)新模板進(jìn)行打磨，打磨完成并清理完成后，涂刷隔離劑，可采用新液壓油作為隔離劑。模板打磨完成需用干燥的干凈毛巾逐塊進(jìn)行模板表面二次清理，清理時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)圓弧角、凹槽及轉(zhuǎn)角處的關(guān)注，避免遺漏。清理干凈后開始涂刷隔離劑。隔離劑涂刷時(shí)先用干凈毛巾蘸取少量的隔離劑，按先陰陽角后大面的順序均勻涂刷，分塊涂刷，不得漏刷。隔離劑涂刷完成的模板如不能及時(shí)接裝，應(yīng)覆蓋薄膜防止模板受到二次污染

3.2.2 模板拼裝

模板水平按6×1.6 m+1+1.05 m+1×0.3 m分為8節(jié)，并在進(jìn)場(chǎng)時(shí)依次編號(hào)。模板安裝時(shí)，拼縫處應(yīng)粘貼雙面膠，按編號(hào)順序依次組裝，為了方便施工，預(yù)先分別將1～4節(jié)和5～8節(jié)組裝成一體，再將1～8節(jié)整體拼裝成整體。拼裝過程中要對(duì)整體的平整度、模板間的高低差進(jìn)行校核與調(diào)整，并將雙面膠與模板面剔平。拼裝完成后模板間的拼縫應(yīng)嚴(yán)密、平整且無錯(cuò)臺(tái)。要求相鄰面板高低差≤2mm,相鄰面板拼縫高低差≤0.8mm。并檢查拼縫是否嚴(yán)密，以模板內(nèi)側(cè)看不到外面的光線為合格。

3.2.3 模板安裝

模板整體拼裝總高度為10.95 m，模板總重9.7 t。

(1)在柱四個(gè)角的鋼筋上分別標(biāo)記出位置控制線，以便吊入模板時(shí)控制模板標(biāo)高，模板底面應(yīng)留出2 cm的空隙，方便模板調(diào)整及支墊，支墊可采用聚苯板等塑性材料。

(2)鋼模外側(cè)四面按節(jié)設(shè)置固定的可懸掛高頻附著式振搗器的絲桿。

(3)模板吊裝前，應(yīng)先將混凝土澆筑導(dǎo)管安裝到位，其管底距底部預(yù)留不小于30 cm,且不大于的空隙，以確?；炷恋捻樌┕?。

(4)模板整體吊裝前，在承臺(tái)上設(shè)置模板地錨，模板吊裝時(shí)由綁扎好的鋼筋上部下穿至立柱底部，并留足用于調(diào)節(jié)柱子標(biāo)高的千斤頂作業(yè)空間。吊裝入位后待模板的四根纜風(fēng)與地錨連接牢固后，方可松掉模板與吊裝設(shè)備的鋼絲繩。之后進(jìn)行模板平面位置與垂直度調(diào)整，調(diào)整時(shí)主要通過四個(gè)千斤頂?shù)牟煌捻斏偷劐^鋼絲繩的牽引，來調(diào)節(jié)校模板的平面位置、標(biāo)高及垂直度，直至調(diào)整到設(shè)計(jì)要求的允許誤差之內(nèi)后，在模板底部采用聚苯板等塑性材料進(jìn)行支墊。為了保證模板在吊裝與振搗過程中不出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái) ，模板拼縫處全部設(shè)置限位銷。

(5)吊裝就位，校正模板之后，柱根部采用水泥砂漿封堵，混凝土澆筑需在水泥砂漿封堵至少3-5小時(shí)達(dá)到一定強(qiáng)度之后才可以進(jìn)行，免造成漏漿。

(6)由于柱身較高，鋼筋一次綁扎到為，鋼筋籠容易出現(xiàn)傾斜、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，在模板吊裝校正之后，通過鐵絲糾正鋼筋，調(diào)整到位后，將鋼筋主筋固定于模板對(duì)拉孔眼處，防止再將偏位。

(7)再次復(fù)檢模板的加固情況、模板間的接縫、模板垂直度及鋼筋保護(hù)層，自檢合格后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收。

4 混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)

4.1 混凝土澆筑

(1)為了保證混凝土的施工質(zhì)量，混凝土開盤前，應(yīng)對(duì)原材的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，同時(shí)進(jìn)根據(jù)天氣情況、骨料的水率、交通情況、施工對(duì)混凝土坍落度的要求等，適當(dāng)調(diào)整拌合用水量，以確?；炷翝仓r(shí)的坍落度滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。首盤混凝土拌合完成時(shí)，需要對(duì)混凝土的泌水情況、含氣量及塌落度進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)目測(cè)新混凝土色澤是否有較大變化。首盤澆筑的混凝土用量可參考樁基首盤混凝土用量計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算，確保首盤澆筑后導(dǎo)管埋深不小于1.0 m，導(dǎo)管需隨著混凝土灌注，適時(shí)提升和拆卸導(dǎo)管，澆筑過程中導(dǎo)管埋深宜控制在2～3 m，最大不得超過6 m，且不得小于2 m，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面。

(2)由于單個(gè)立柱混凝土用量較小，故施工時(shí)采用料斗澆筑，料斗設(shè)計(jì)容量宜根據(jù)混凝土用量計(jì)算確定，以每斗量混凝土上澆筑高度上升1.5 m左右為宜。

(3)澆筑過程中，應(yīng)根據(jù)混凝土澆筑高度及時(shí)用振搗器進(jìn)行振搗，附著式振搗器振搗時(shí)，每次振搗時(shí)間宜為3～5 s，并隨著混凝土面的上升分節(jié)依次振搗。

(4)單根立柱澆筑完成后，要對(duì)柱頂混凝土表面進(jìn)行收平，柱頂邊緣須進(jìn)行二次收面，混凝土頂面應(yīng)與模板頂面齊平。混凝土初凝后要用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，防止表面因水份蒸發(fā)產(chǎn)生干縮裂紋。

(5)待混凝土澆筑完成12 h之后，混凝土已初凝，并達(dá)到2.5 MPa時(shí)，將柱頂外邊緣以內(nèi)50 mm區(qū)域進(jìn)行人工鑿毛，并灑水養(yǎng)護(hù)。

(6)拆模時(shí)間根據(jù)同條件試塊強(qiáng)度進(jìn)行確定，強(qiáng)度達(dá)到 3 MPa 時(shí)方可進(jìn)行拆模，拆膜時(shí)當(dāng)模板脫開混凝土面時(shí)，應(yīng)人工扶穩(wěn)模板，吊車緩慢向上向外起吊，防止因模板磕碰混凝土面。

4.2 清水混凝土柱的養(yǎng)護(hù)

拆模后，用清水濕潤(rùn)混凝土表面，用塑料薄膜包裹柱身；間隔兩小時(shí)進(jìn)行一次灑水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面濕潤(rùn)，中午高溫時(shí)段增加養(yǎng)護(hù)次數(shù)，養(yǎng)護(hù)長(zhǎng)時(shí)間不應(yīng)少于14 d。

5 結(jié)束語

京張鐵路清水混凝土施工中，通過對(duì)混凝土原材、加工過程、模板設(shè)計(jì)制造和施工質(zhì)量的嚴(yán)格控制，使得清水混凝土柱的實(shí)體及表觀質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，其混凝土表面平整光滑、色澤均勻，達(dá)到了設(shè)計(jì)對(duì)清水混凝土的裝飾要求。希望通過本文，為廣大同行在今后的清水混凝土相關(guān)工程中提供實(shí)際的參考價(jià)值和借鑒意義。