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从夯土版筑到滑模施工工艺的技术应用

2018-01-19张习武

中华建设 2017年10期
关键词:夯土滑模剪力墙

张习武

夯土版筑历史悠久,工艺简单且应用广泛,是中华民族的劳动结晶,而近代兴起的剪力墙模板工艺、滑模工艺等也应被认为是此传统施工技术在劳动工具、生产材料上的革新。

经考古发现,有版筑墙的城子崖遗址可追溯至龙山时代,该时代距今约4350~3950年,处于新石器时代晚期。即使秦砖的出现也没动摇此技术的地位,反而致使版筑工艺更加牢固美观,而至汉代达到成熟,被广泛应用于长城、都城等的建设,而民间建房甚至沿用至今,如南方福建的土楼。

一、夯土版筑历史悠久

《孟子·告子下》一书中所记载:“傅说举于版筑之间”,《汉书·英布传》也有记载:“项王伐齐 ,身负版筑。” 从这些记载中我们可以知道版筑技术的成熟时代、代表人物和可考地点,唐朝颜师古注引李奇曰:“版,墙版也;筑,杵也。”可以断明版筑的重要施工用具一个是成型工具“版”,一个是振捣工具“筑”。

版筑施工前,首先需要在两侧立挡土版(亦作板),学术名为“干”,又名为“栽”;前端的挡土版名为“桢”,在汉代又名“牏”。为了防止挡土版向外产生位移,需要在版外立木桩或木楞,这种型式基本和现代木模板的支设工艺基本一致,然后并绳子把木桩或木楞将版摽紧,绳子的学术名“缩”。

然后就可以填土打夯,所填的土质就地取材因地而异,常用粉质粘土,加水或晾晒控制含水率。为达到级配合理的目的,常混有石块;为提高板结强度,有的部位混有白灰;为加强整体加筋效果有的墙体分层铺加竹劈、芦苇等。打夯的工具学术名为“筑”,下端膨大部分是夯杵,又名夯头,上部多采用为木制,甚至辅以横杆有利于多人操作,夯头多采用圆形石柱以增大锤击效果。

夯筑时可以想象有统一的节奏和劳动号子进行指挥。《周书·寇儁传》中写道:“继日版筑”,可以推测这种工艺是连续施工的,如果作业面允许甚至能够流水作业。唐·杜甫有《泥功山》一诗:“朝行青泥上,暮在青泥中。泥泞非一时,版筑劳人功。”可见操作者取土运土的劳作场面,是十分辛苦和耗费财力的。

古人进行建房造墙多为版筑施工,如位于丝绸之路上的楼兰古城,不论民用住宅还是都城宫殿,无一不是这种工艺。而城墙是上层阶级为加强统治所修筑的防御性工事,《左传·僖公三十年》记载:“朝济而夕设版焉”,晋·杜预注:“朝济河而夕设版筑以距秦”,这些工事在战争中起到了良好的防御效果。

而万里长城的修筑则有效地凭借天险将侵略者拒之以外,直到明朝后期这种作用仍然十分有效,位于新疆的大部分长城则是未加修饰夯土版筑墙。

随着防御要求的提高,以及墼土坯、烧结砖的出现,这些材料可以砌筑直接充当外立面的版,同时加快了施工进度,使外部更加牢固、美观。到了秦朝,砖的大量出现则取代民用的版筑模板,使墙体高度增加厚度减小,主要都城、万里长城的墙皮则采用砖石砌筑,在冷兵器时代常被形容以“固若金汤”,而内部仍然是夯土技术。如嘉峪关不少部位是采用的土坯垒墙,而山海关、八达岭则完全采用下部砌石、上部砌砖、内部填馅的方法。

二、剪力墙的发展

随着历史的前进,近四千年版筑所使用的材料未发生本质的变化,这种古老的工艺一直统治着土木建筑的历史舞台。直到1824年,英国的建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁(Joseph Aspdin)发明了水泥后,建筑施工技术随之变化,建筑物的性能因此也产生了划时代的意义。继而混凝土拌合物兴起,而木模板也逐渐被胶合板、钢模板所代替,直至大型模板工艺、爬模、滑模等施工工艺其原理仍然未脱胎版筑的原始做法。

建筑材料由水泥诞生,加之砂子、石子、水以一定比例进行混合,互相填充嵌固,内部结构固相、液相、气相相互依存,致使强度(抗压性能)、施工和易性、耐久性(抗渗性、抗冻性)、经济实用性完美体现,致使素土、灰土填充材料的使用被弱化。钢筋的加入,又提高了抗拉、抗扭、抗剪性能,对结构尺寸又有大幅减小作用,从而确立了建筑上的主导地位。

十九世纪以来工程质量出现直线式上升,工程数量膨胀式增长、建筑型式不断突破。建筑模板使用钢模板,拼装质量、成型效果都有显著提高,钢模板备料速度快、准确性高,以钢代木,节省了木材资源,提高了材料的使用寿命。主要构配件统一加工定型,具有标准化,完全可以按标准模数制作。钢木混合模板可以根据建筑物不同尺寸、不同造型任意组拼,而且损耗率较低,可多次周转用于多个工程。施工时简单方便,固定采用插口与销钉式,支撑采取螺旋式与升降式,施工速度快。

我们可以肯定的是,剪力墙支撑组合装置是版筑模板的换代升级,二者的安装流程基本是一致的。剪力墙混凝土的浇筑,区别于夯填,是指根据设计要求进行材料配合比试验,而后通过人工或泵送达到指定部位,在初凝前完成的振捣成型工作。而剪力墙混凝土模板的拆除,正是安装的反步骤,和版筑的拆除工艺是吻合的。

三、滑模施工工艺的出现

随着施工技术的提高和建筑需求,出现了滑模施工工艺,广泛应用于某个方向是边疆不变化规则几何截面的超大型建筑物、构筑物。在各种规则几何截面的混凝土结构上,滑模技术显示出无穷的威力,这种施工工艺机械化程度高、施工速度快、环境与经济综合效益显著。

滑模不仅包含工具式模板,还包括动力滑升设备和配套施工工艺等综合技术,我们则可以认为是移动的版筑工艺。钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑、模板拆除连续循环作业,直到达到设计高度,完成整个施工。如贵州贵阳φ18m高120米双层造粒塔、山东樵岭前62m高主桥墩。

夯土版筑、剪力墙、滑模施工工艺进行横向对比,见下表:

夯土版筑、剪力墙、滑模施工工艺进行横向对比表

通过以上工艺纵向分析表明,从版筑到剪力墙、滑模施工工艺,均是在生产力水平提高的基础上出现的转变,是生产材料、生产工具逐步成熟的体现,其内在和本质未发生变革,追本求原是源于我国的古老夯土版筑工艺。综上所述,鉴于夯土版筑对于现今建筑施工工艺的深远影响,其在建筑史上的作用无可辩驳。

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