大型弧墙及斜墙清水混凝土的模架施工

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海自然博物馆（上海科技馆分馆）工程，总建筑面积约45 086 m2，建筑高度18 m，地上3 层，地下2 层。在“融于自然”的立意下，自然博物馆的建筑设计在多部位选用了清水混凝土饰面表现形式，使其从形式到内质都体现出“生于自然，融于自然，还于自然”的绿色精神，尤其是西立面斜墙以及Z1轴圆弧墙等部位超大面积的清水墙面，对整个自然博物馆的整体建筑效果和品位都有很大的提升，但也给施工带来了较大的难度（图1）。

图1 西立面斜墙、Z1轴圆弧墙清水混凝土效果

西立面斜墙：位于西侧入口立面，厚400 mm钢筋混凝土结构，标高－0.1～+17.5 m，墙面与室外地面呈80.2°角（向室外倾斜）；墙面南侧与Z1轴清水混凝土圆弧墙交合；室外部分为清水混凝土面。

Z1轴圆弧墙：东西向贯穿自然博物馆。圆弧半径89 m，厚500 mm钢筋混凝土结构；标高－0.1～+17.5 m；墙面西侧与西立面斜墙交合；面向檐廊为清水混凝土面。

2 难点分析及施工安排

为保证大面积清水混凝土的整体效果，施工前必须对大面积清水混凝土墙面整体进行通盘的施工规划，合理划分施工区块、优化施工流程、确定施工缝留设部位，使这些施工接缝能自然融入整体墙面，做到与建筑设计效果的点、线、面相匹配。

根据施工规范及以往工程经验，对墙体结构施工分块采取以下划分原则[1-3]：

（a）一次清水混凝土结构浇捣高度，原则控制在4 m以内；

（b）一次清水混凝土墙体浇捣长度，原则上不大于25 m，以减少混凝土因收缩而引起的面层裂缝；

（c）清水混凝土施工缝尽可能留设于近平台标高位置。

（d）由于西侧斜墙与南侧Z1轴圆弧墙相衔接，因此垂直方向上两者分块在标高上宜保持一致。

2.1 西侧清水混凝土斜墙

2.1.1 施工分块

根据以上原则，西侧斜墙长度约56 m，水平面上划分为3 个施工段（X-1、X-2、X-3），每段长度控制在25 m以内，同时分缝部位与建筑造型相协调；6.90 m标高平台按竖向分缝，共分为15 个独立施工分块。

在垂直方向的水平施工缝设置时，考虑6.90 m平台和17.00 m屋面标高，拟每隔3.45 m设置1 道水平施工缝。

2.1.2 施工流程安排

施工顺序：X-1分块滞后X-2分块至少2 层。

由于X-3分块自6.90 m标高起步，X-2分块自0.00 mm标高起步，X-3分块同步X-2分块开始施工，2 组分块在同标高衔接部位形成约14 d的自然时间间隔，满足了相邻分块混凝土的早期收缩。

X-1分块与南侧圆弧墙相衔接，因外倾斜面与垂直曲面相交形成的变径弧线定位要求较高，所以待X-2分块墙体完成到一定高度后，再向上进行施工，既满足了分仓时间间隔要求，又简化了该复杂区域的定位及施工。

2.2 Z1轴圆弧清水墙

2.2.1 施工分块

在垂直向水平施工缝设置时，考虑按西侧斜墙同标高分缝，在通视上可满足施工分缝一致、间隔均匀，且与建筑外形的构造线条相呼应。

在垂直施工缝的设置布局上，通过圆弧墙立面展开图明显可见多个大型通高门洞，且门洞宽度与洞口之间距离均在20 m以内，因此可直接利用通高门洞两侧的洞边线条作为竖向施工分块的施工缝，既可满足结构施工的质量控制要求，也可满足视觉上竖向施工缝与建筑构造线条的协调统一。

综上分析，Z1轴圆弧墙亦可按11 个施工段，分为42 个施工分块，具体分块见图2。

图2 Z1轴清水圆弧墙分块示意

2.2.2 施工流程安排

Z1轴圆弧墙在弧长方向分为11 个区段，沿高度方向有5 个高度分层。其中水平向1、3、5、7、9、11区段为非通高洞口区段，在第1标高区间有结构墙体，一开始即进行施工；其余区段为洞口、无结构内容，具备了自然形成跳仓施工的先天条件。其中第1区由于需与西侧斜墙衔接，外倾斜面与垂直曲面相交形成的变径弧线定位要求较高，在两侧相邻墙体完成到第3标高段后，再同时开始施工。

对水平向2、4、6、8、10等有门洞区段的结构施工，要在相邻区段对应标高的结构完成后再行施工，混凝土浇捣间隔不少于7 d。

Z1轴圆弧墙施工流程：

圆1-3/5/7/9/11区段施工—→圆2-3/5/7/9/11（含2 层结构）区段施工—→圆3-3/5/7/9/11及圆2-10区段施工 —→圆4-3/5/7/9/11（含3 层结构）及圆3-2/4区段施工—→圆5-3/5/7/9/11及圆4-2/4/6/8及圆1-1区段施工—→圆5-2/4/6/8/10及圆2-1区段施工—→圆3-1区段施工—→圆4-1区段施工—→圆5-1区段施工（结构合拢）

2.3 圆弧墙与斜墙结合部位施工

西侧斜墙与室外地坪呈80.2°角（上部外倾）；圆弧墙为半径89 m圆弧，两墙交汇，交接部位形成1 条变半径弧线，施工难度较大（图3）。

图3 斜墙与圆弧墙交汇平面示意

2.3.1 施工流程设定

为确保圆弧墙与斜墙的衔接效果，两者衔接分块同一标高段同步施工。

2.3.2 施工顺序

在该部位的施工中，模板的定位尤为关键，如果采取常规的先施工墙体钢筋，再进行模板安装的做法，因钢筋无法精确定位，会造成后施工的模板更无法精确定位，或模板矫正困难大大增加，甚至造成清水模板面的损伤。因此，综上考虑，采取先安装圆弧墙体模板，再安装斜墙外侧模板，再进行钢筋绑扎施工，最后安装内侧模板的施工顺序。

2.3.3 交汇部位的模板节点处理

斜墙与圆弧墙之间的交角在26°左右，如此小的尖角，在混凝土施工中无法保证混凝土密实，同时模板拼缝也难以处理。因此对该交角需采取一定圆角处理，选用外径4 cm的重型PVC套管断料的半圆管作为尖角部位的衬模，PVC半圆管与模板间空隙采用砂浆填充密实（图4）。

3 模板体系选型

模板体系对最终清水结构的建筑效果起到重要的作用，其造价占结构造价的30%。

3.1 模板体系选型

3.1.1 圆弧清水墙的模板体系选择

针对本清水墙体特点：单侧清水、施工区段长短不一致、半径89 m圆弧等，如果采用常规定型钢模，其施工成本、安装误差，及现场偏差等都有难度。经试验，覆塑九夹板弯弧可达半径89 m要求，经比选最终决定采用工厂加工弧形背楞、现场形成清水模板体系。

图4 圆弧墙、斜墙衔接部位模板施工示意

（a）模板面板：圆弧墙室外清水混凝土面采用弱吸水性厚18 mm覆塑九夹板，内侧采用厚18 mm木质九夹板；

（b）模板支撑：竖向背楞采用90 mm×45 mm木方，横向背楞采用双榀5#槽钢，横向背楞外侧设置10#槽钢作为牵杠；

（c）连接固定件：采用定制63 mm×5 mm角钢，Φ14 mm螺栓固定；

（d）穿墙螺杆：采用Φ14 mm止水螺杆；

模板体系考虑按2 层备料，逐层上翻。

3.1.2 西侧斜墙的模板体系选择

西侧斜墙为厚400 mm钢筋混凝土；标高达17.5 m；墙面与室外地面呈80.2°角（向室外倾斜）。但由于增加了水平向的荷载，横下推力对地面产生的力臂较大，还需通过计算加强横向支撑架（图5）。

图5 斜墙上段模板支架示意

3.2 针对清水饰面的模板设计深化

在饰面清水混凝土的建筑饰面设计上一般采用纵、横向的明缝、蝉缝与建筑造型轮廓线来分隔面区间，配以装饰孔，形成装饰效果。而施工中必然产生分块施工缝、模板拼缝、穿墙螺杆孔等设置，需深化设计使其与建筑立面上起到装饰作用的点、线相统一结合。

装饰明缝在施工区段划分阶段，我们已从装饰效果出发设置施工缝，使施工缝的设置部位具备装饰缝的设置要求，达到纵横向贯通，均匀、间距合理且与建筑造型线条匹配的美观要求。

蝉缝指混凝土模板拼缝，蝉缝在混凝土面层不做粉饰的前提下，可在近距离观察到。蝉缝只要布置合理，线条通畅、均匀，与建筑造型轮廓线条、明缝相协调，也可成为饰面混凝土面的装饰线条存在。

装饰孔指混凝土墙面具有装饰效果的孔眼，可与混凝土墙体的穿墙螺栓孔综合考虑，与建筑造型轮廓线条、明缝、蝉缝需协调布置。

3.3 清水混凝土模板控制措施

清水模板采用国产优质覆塑九夹板，进场前在工厂按现场排版图结合搭接附加段，在工厂二次加工成型，并做好封边漆，确保模板加工精度。

（a）圆弧墙模板在钢筋绑扎、埋件预埋与钢筋垂直度校核完成，并通过隐蔽验收后进行。模板在拼装场地根据拼装编号进行拼装验收，由塔吊吊运至安装位置，校核无误后完成固定、验收；

（b）西侧斜墙因墙面外倾，在钢筋绑扎前，先将拼装完成的外模板安装就位，再进行斜墙钢筋的绑扎，内墙模板在钢筋绑扎、埋件预埋与钢筋垂直度校核完成，并通过隐蔽验收后，进行拼装就位；

（c）清水模板的拆除时，综合结构受力、对混凝土自身的保护及模板周转的要求，墙体模板在混凝土浇筑完成后，72 h拆除。

3.4 后期混凝土面层处理措施

为了减少空气中二氧化碳、氯离子等对混凝土结构的影响，优选“永凝保护涂层工艺”，该涂液及工艺具备防水性、耐久性、抗风化、防腐性、耐紫外线、防火性以及环保、易清洗等性能，并采用亚光色泽，充分体现了清水混凝土结构的质感。

4 结语

本工程通过在大体量清水混凝土墙体正式施工前进行细致缜密的整体策划，以及在此基础上的施工方案优化与施工技术应用，使得本工程的清水混凝土达到了朴实无华、厚重、清雅的建筑要求和效果，为今后类似工程也提供了良好的范例。