预制清水混凝土构件深化与加工技术

预制清水混凝土构件深化与加工技术

李朝忠1文超堂2何兴2孙瑞彤2张圣杰2

（1. 重庆高新技术产业开发区管理委员会建设局，重庆 400041；2. 中国建筑第八工程局有限公司西南分公司，四川 成都 610000）

摘要：重庆大学虎溪科学中心实验大楼EPC项目裙楼外立面及中庭设计有异形大截面高空间清水混凝土柱廊，柱廊由清水混凝土异形柱、异形梁及墙板、主梁和次梁组成。为解决现浇清水混凝土施工质量难以控制、施工速度慢的问题，通过对柱廊体系进行优化，完善清水混凝土构件的深化设计，采用工厂预制的方式完成清水混凝土构件的生产，实现清水混凝土效果的完美呈现。

关键词：异形大截面高空间、清水混凝土、柱廊、深化加工、工厂预制

1、工程概况

西部（重庆）科学城重大科学基础设施虎溪建设项目（一标段）——重庆大学虎溪科学中心实验大楼EPC项目南临重庆大学虎溪花园住宅区，北抵大学城南路，西接纵五路是重庆大学有史以来最大的集国家级重点实验室和国家级中心。地上建筑包含科学传播、先进制造、智慧能源、低碳技术、先进材料、电子器件、前沿交叉、人工智能、公共平台九大功能版块和预留发展版块；地下建筑功能为地下车库、设备用房、食堂、咖啡厅、健身房等。总建筑面积24.77万平米。

项目裙楼外立面及中庭设计有异形大截面高空间清水混凝土柱廊，分布于1～10#楼外圈及11#楼内圈，其中1～10#外圈预制清水混凝土柱廊高度为11.9m，总长度为722.15m，11#楼内圈预制清水混凝土柱廊高度为11.8m，总长度为275.7m。柱廊体系由柱子、异形梁、女儿墙板和小梁构成，三种构件造型均为异形，其中柱子造型包括直角梯形、等腰梯形及菱形造型，异形梁为直角梯形造型，女儿墙板为直角梯形造型。

图1清水混凝土柱廊效果图

2、结构体系选择

经过建设单位、监理单位、设计单位及施工单位共同讨论研究，为保证清水混凝土整体观感效果及施工质量，结合本项目现场实际情况，针对清水混凝土柱廊提出3种意向性结构体系方案：①预制清水混凝土挂板；②清水柱现浇，女儿墙挂板预制；③清水柱及女儿墙挂板均预制。经过对比分析，清水柱及女儿墙挂板均采用预制具有可操作性，且可保证清水混凝土成型效果，加快施工进度，但对预制构件和结构之间的连接节点要求较高，对吊装技术要求较高。

3、预制清水混凝土构件深化

（1）截面造型深化

清水混凝土柱最大截面宽度为1200mm，最大高度为900mm，且高度为11.9m，如果设计为实心混凝土构件自重将达到40t，不利于工厂加工及现场安装，且无法保证所有外立面均达到清水混凝土效果。根据清水混凝土柱截面造型，将柱子深化为空心柱，同时将柱子拆分为两个部分，外立面作为接触模板面，拼缝处进行人工收面，确保成型效果的同时减少构件自重。

图2清水混凝土柱截面深化

由于清水混凝土异形梁及女儿墙板如果采用后连接将影响外立面成型效果，故将清水混凝土异形梁及女儿墙板合并成为一个构件，并将异形梁中部深化为空心结构，减轻预制构件自重。

图3清水混凝土挂板截面深化

（2）模板深化

为了实现预制清水混凝土构件的异形截面造型，同时保证构件的成型质量，对模板体系进行深化。由于构件数量众多且截面尺寸较大，长度较长，故在工厂生产加工时采用全钢装配式定型化模板，根据不同的构件造型及尺寸确定柱子采用六套模板体系、挂板采用一套模板体系、小梁采用一套模板体系，利用钢模板定型化、强度及刚度高的优点实现构件外表面的清水混凝土效果。

图4  清水混凝土柱模板体系

（3）连接节点深化

预制清水混凝土柱廊体系需要进行三项连接节点深化，一是由于将柱子分成两个部分，两个部分如何连接需要进行深化；二是预制清水混凝土柱廊体系与现浇结构之间如何连接需要进行深化；三是预制清水混凝土柱廊体系内部，柱子与挂板之间、挂板与挂板之间如何连接需要进行深化。

4、预制清水混凝土构件加工

（1）原材料控制

为确保清水混凝土构件表面效果达到设计要求，在工厂加工生产之前需要进行配合比试验，确定构件生产的多种拟选配合比，之后制作构件样板请项目参建各方共同进行验收，选择满足设计效果要求的样品进行确认，即可确定清水构件的配合比。为确保预制清水混凝土构件表面色泽基本一致，清水混凝土构件需要采用独立的生产线，生产预制构件的原材料，如砂、石子、水泥等需要采用同一品牌的同一批次或相近批次，同时需要严格控制砂石中的含泥量，以确保构件表面效果相近。

（2）加工生产

由于预制清水混凝土构件单块长度长、重量大，故在生产时采用卧式加工，将加工好的定型化钢模板安装在固定于地面的钢结构基座上，同时沿着钢模板表面间隔一定距离安装附着式振捣器。根据设计图纸将预制构件钢筋骨架在地面上拼装完成后，利用吊装设备将钢筋骨架吊装至模具内，需要注意钢筋骨架需要进行吊挂，不得直接与钢模板表面接触，也不得采用普通垫块进行衬垫。钢筋骨架安装完成后，安装顶部钢模板并进行固定，之后向模具内浇筑混凝土，开启附着式振捣器对混凝土进行振捣，浇筑完成后模具留设的浇筑面进行人工收面。

图5  清水混凝土柱定型化钢模板

（3）构件养护

预制构件浇筑完成达到拆模条件后，拆除构件表面的钢模板，利用吊装设备将预制清水混凝土构件运输至养护钢架上进行浇水养护，同时在构件表面包裹棉被，防止混凝土内外温差过大产生温度裂缝。

（4）涂刷保护剂

预制清水混凝土构件养护完成后，拆除表面覆盖的棉被，对构件表面有轻微缺陷的部分进行修补，之后在清水构件表面辊涂清水混凝土保护剂，涂刷时需要注意一定要辊涂均匀，且不能形成流挂。由于保护剂形成的保护膜具有优异的耐久性和耐候性，因此能够长时间保护混凝土表面免受侵蚀和破坏，延长混凝土的使用寿命。

图6  清水混凝土构件成型效果

5  结语

本工程通过采用将清水混凝土与预制构件相结合的结构体系，解决了异形大截面高空间清水混凝土施工难度大、成型效果及施工质量难以保证、施工安全风险高的问题，完美实现了清水混凝土柱廊的设计效果，可供类似项目参考借鉴。