铁路站房清水混凝土施工技术优化

刘洋洋

（中铁建设集团有限公司 基础设施事业部，北京 100040）

1 工程概况

北京朝阳站是京哈高铁的始发终到站，位于北京市四环与五环之间，为特大型立体交通枢纽，包含线侧西站房、线上中央站房及南北雨棚。

站房设计共3 层，其中地上2 层、地下1 层、局部设夹层，建筑总高度为46.3 m，檐口高度为37.2 m。雨棚上盖停车场设计，覆盖站台，除落客平台外，其他区域均为雨棚上盖停车场及景观绿化。站场设计总规模为7 台15 线，西侧为普速车场（3 台5 线），东侧为高速车场（5台10线）。

北京朝阳站南、北雨棚及中央站房-2.55～9.80 m为清水混凝土结构，共涉及387 根清水柱及9.5 万m2梁板结构。

金属屋面覆盖区域采用“四角圆弧柱”及“矩形方柱”，未覆盖区域设计采用“四角圆弧+雨水凹槽”形式。柱子截面尺寸分别为2.2 m×1.6 m、2.2 m×1.8 m、2.4 m×1.8 m、1.2 m×1.2 m、1.7 m×1.6 m、1.7 m×1.8 m、1.7 m×1.5 m，7轴、9轴、14轴、16轴柱子为型钢混凝土柱。

结构梁设置有预应力钢绞线，南北雨棚区域结构梁呈斜向变角度布置。

2 优化设计

将传统结构与清水结构进行对比，分析其差异点，从建筑功能、外观、结构形式多个角度采取针对性措施，同时还要考虑施工是否便捷，设计意图能否实现［1-2］。结合北京朝阳站设计特点从以下3个方面进行优化：

（1）设计优化：清水柱雨水凹槽优化；大梁弧形加腋优化；梁柱核心区混凝土优化；双柱设计优化。

（2）钢筋优化：柱子钢筋优化；预应力优化。

（3）设备安装优化：屋面雨水优化。

同时，借鉴重庆西站、京张铁路设计特点，对清水混凝土施工技术优化进行总结。

3 优化方案

3.1 清水柱雨水凹槽优化

清水柱根据功能性可划分为单一性结构柱和兼顾雨水功能的建筑柱。

（1）单一性结构柱。一般采用“四角圆弧柱”及“矩形方柱”，属于常规设计范畴。

（2）兼顾雨水功能的建筑柱。北京朝阳站采用“四角圆弧+雨水凹槽”形式，原设计四角圆弧直径为100 mm，雨水凹槽深220 mm、宽270 mm，为矩形凹槽。

清水柱采用大钢模板工艺，矩形凹槽方案不利于后期拆模，容易造成阳角部位掉角，需进行优化［2］。北京朝阳站将矩形凹槽优化为倒梯形凹槽，槽根部缩尺3 cm，形成94°斜面，同时凹槽四角全部调整为圆角（见图1）。

图1 优化前后清水柱截面对比

3.2 大梁弧形加腋优化

北京朝阳站原设计柱头采用花瓣式弧形腋，加腋半径、长度及高度均为2 000 mm，设计新颖。

但是北京朝阳站雨棚兼用作停车场，梁高度不一致，雨棚区域主要为2 200、2 400 mm，中央站房区域为2 400、2 500、2 700、2 950 mm 等多种尺寸，梁宽也各不相同。同时，在雨棚曲线段2个方向的梁角度多变，非常规的90°角，施工完成后弧形腋高低错落、宽窄不一、整体效果一般。经沟通，弧形腋为非结构承重构件，是单一的建筑造型，完全具备优化取消的条件（见图2）。

图2 优化前后梁柱接头

3.3 梁柱核心区混凝土优化

北京朝阳站雨棚柱采用C50清水混凝土，而梁板混凝土采用C40，标号差异容易出现颜色偏差，北京朝阳站梁板柱更是相差2个标号，成型后梁板色差较大，对清水混凝土外观不利。

GB 50666—2011《混凝土结构施工规范》8.3.8 条规定：柱、墙混凝土设计强度比梁、板混凝土设计强度高1个等级时，柱、墙位置梁、板高度范围内的混凝土经设计单位确认，可采用与梁、板混凝土设计强度等级相同的混凝土进行浇筑［3］。

柱、墙混凝土设计强度比梁、板混凝土设计强度高2个等级及以上时，应在交界区域采取分隔措施；分隔位置应在低强度等级的构件中，且距高强度等级构件边缘不应小于500 mm。

根据规范理解，在标号差异不大的条件下可以将核心区混凝土标号调整一致，特别是铁路站房工程多采用偏高标号混凝土，即便是相差2个等级同样具备突破规范要求的可能性。经沟通，设计同意将梁柱核心区位置混凝土标号调整为梁板混凝土标号。

3.4 双柱优化

北京朝阳站变形缝位置采用双柱分缝设计，设计为“双柱四凹槽+八圆弧”建筑形式，设置有300、100 mm两种间距。

双柱间凹槽不具备雨水功能，人视线条件下也无法看到凹槽效果，无明显设计意义，具备取消凹槽的条件。300 mm 间距双柱可根据钢模板方案采用分开浇筑的方案满足模板拆除要求（见图3）。

图3 优化前后300 mm间距双柱

100 mm 间距存在无法满足钢模板拆除要求，需进一步优化取消双柱间圆弧造型。同时，为适应轨道曲线段限界要求，双柱位置存在轴线错缝设计，错缝距离为27、54 mm。北京朝阳站双柱错缝位置最小限界为2 423 mm，大于2 000 mm（建筑限界、非正线）的要求，具备调整空间，能够将双柱调整至一个轴线，满足同时浇筑的要求（见图4）。

图4 优化前后100 mm间距双柱安装效果图

3.5 柱子钢筋优化

柱子采用大钢模板、“导管法+多点振捣”浇筑方法，对钢筋排布要求较高。柱子钢筋定位直接影响钢模安装，100 mm 直径导管及振捣棒下放至柱底要求箍筋排布留出足够的空间［4］。

北京朝阳站部分柱子钢筋原设计采用9 肢箍（4 个矩形箍+1个单肢拉钩），单肢拉钩设计在柱子截面轴线位置，排布密集，影响导管下放。运用BIM 技术优化取消单肢拉钩，将其中1 个矩形箍优化为多边形箍（见图5）［5］。

考虑施工因素，也可以通过合理调增0～10 mm 保护层厚度，减小钢筋截面尺寸，方便钢模安装。

图5 优化前后钢筋排布

3.6 预应力优化

北京朝阳站清水混凝土梁板采用缓粘结预应力技术，原设计采用方形加腋，在加腋侧面张拉。经过深化设计，方形腋调整为三角形加腋，其他位置加腋全部取消，同时将加腋侧面张拉调整为梁面张拉的方式（见图6）［6］。

图6 优化前后预应力张拉端设计

为保证清水混凝土外观效果，在结构边梁位置宜预留预应力锚固端，如果因为预应力甩筋问题，可通过增加连接器的方式进行解决或者采用内凹式张拉端。

3.7 屋面雨水优化

北京朝阳站雨棚为我国最大全覆盖清水混凝土屋面兼停车场，采用种植屋面形式，存在种植池排水、车道排水、人行道排水、绿地排水、停车排水，通过雨水斗、雨水管将雨水排至轨道线间排水沟。

原设计存在雨水斗距离柱子雨水凹槽较远的问题，雨水管穿板后需要经过多道结构梁后才能与立管相接，影响清水混凝土整体效果。通过综合排布，采用如下方式进行优化：

（1）方案1。利用种植屋面建筑法，将水平管调整至板面，排水沟采用侧排的方式（见图7）。

图7 优化前后雨水侧排

（2）方案2。调整雨水斗至梁窝位置，减少水平管长度，结构板面将排水沟加长（见图8）。

图8 优化前后雨水管排布

优化方案1适用于种植池及人行道排水，排水管采用种植土覆盖可避免受冻，无车辆通过也减少损坏风险。

优化方案2适用于在车道及停车排水，采用沥青混凝土沟盖板制作暗沟，不影响整体外观效果。

同时，雨水管宜布置在旅客视线背面，对于清水混凝土也更需要进行优化［7-8］。

4 结束语

北京朝阳站站房清水混凝土施工前，结合施工方案，通过一系列优化措施，为清水效果的实现提供强有力的支持，也为各分部分项工程工作开展提供新的思路，同时为类似工程施工建设提供一定的理论和实践参考。