比利时天堂公园熊猫馆土模法营建施工工艺

2021-08-06盛鸿年

建筑施工 2021年3期

叶诚盛鸿年庞春

上海市园林工程有限公司上海 200083

目前，国内外仿洞穴建筑的施工工艺已经相当成熟，上海市园林工程有限公司在比利时天堂公园熊猫馆的建造中，充分汲取前人经验，且因地制宜，大胆创新，研究实践出了一种全新的土模法仿洞穴式建筑的施工工艺。

1 国内外仿洞穴式建筑现状

天然洞穴在自然界中普遍存在，它不但为人类提供了最原始的庇护所，还为人类建造居住的房屋提供了原型。土窑洞冬暖夏凉，早年在我国西北黄土地区广为使用，敦煌壁画室、龙门石窟等更是堪称景观和建筑中的瑰宝。古今中外，古罗马的建筑师马可·维特鲁威、近代的建筑理论家德·昆西及中国近代的建筑师刘家琨等，均把天然洞穴视为建筑的原型之一。天然洞穴不仅在起源上同建筑存在着关联，其所表现出来的各种现象也成为建筑塑造的灵感源泉，各种人工仿洞穴式建筑也应运而生[1-4]。

仿天然洞穴式建筑，在施工方式上大致分为两大类：一类是开山造穴，比较接近天然洞穴，但对地形地质要求较高，需要合适的地形并经过勘探地质条件后，再确定其可行性，如法国拉斯科洞穴、土耳其卡帕多西亚石窟群；另一类是先行完成外部钢筋混凝土结构，再进行内装饰的施工，内装饰可用玻璃纤维强化水泥（GRC）及砂浆塑形，或者直接用仿石涂料，这种施工方式比较普遍，民用建筑也可方便实施。

比利时熊猫馆工程采用一种新的土模法仿洞穴式建筑施工工艺。此种工艺是以堆土为内模，以钢纤维混凝土为构架，辅以混合黏土的彩色砂浆为内部面层装饰，是因地制宜、权衡各方因素的有益尝试。

2 比利时熊猫馆营建施工工艺

2.1 熊猫馆工程概况

比利时天堂公园大熊猫馆位于该园区中国园的东北角（图1），总占地面积5 300 m2，其中，建筑面积1 850 m2。整个场馆的建造，力争贴近大熊猫的自然生活环境，模拟洞穴和山林，依水而建，呈椭圆形分布。

图1 天堂公园总平面示意

熊猫馆由上海市园林工程有限公司负责承建，建筑部分始建于2013年7月，技术工人由国内派遣，于2014年4月竣工。场馆由熊猫后勤中心、熊猫展区、游客观览区、商店等组成。场馆建设的创新元素为仿自然洞穴式的拱形建筑，即以钢纤维混凝土浇筑的拱形为造型，辅以混合黏土的彩色砂浆为墙面装饰，内有潺潺溪流贯穿其中，营造了一个自然山水环绕的大熊猫栖息地。熊猫后勤中心和设备间为传统的钢筋混凝土直墙平板式建筑（图2）。

图2 熊猫馆结构完成面

2.2 仿洞穴建筑施工的流程与材质

天堂公园熊猫馆仿自然洞穴部分的施工工艺比较繁杂，其流程大致可分为5个阶段：沙袋堆筑→泥作雏形→加筋砂浆塑形→制模浇筑混凝土→挖出土模呈洞穴建筑。

2.2.1 沙袋堆筑

根据图纸在已建钢筋混凝土大板基础上进行放样，堆筑底层沙袋，沙袋边界离开GPS放样的边界1～2 m之后堆土，并在边界外围堆放沙袋以防堆土压实时向外挤出。外围土线应偏出边界线10 cm左右，以便于之后的土模修整。

2.2.2 泥作雏形

沙袋堆放完成后，在放样的边界处进行堆土，每隔30 cm用平板振动机压实。土里预先混合了胶水和稻草，以增加黏结力。底层堆土完毕后，由放样公司按设计图立面放样，即用钢筋插入沙袋或土中标识关键点，再用钢筋制作标准剖面。撤去外围沙袋，按标准剖面修土。为了营造山洞内蜿蜒自然的效果，修土时避免光滑和规则的土面，土面尽量凹凸不平。初步修土完毕后，由放样公司进行复核，若有偏差则继续修整土面直至和设计图纸一致，呈洞穴内壁雏形。

2.2.3 加筋砂浆塑形

在土模雏形表面抹上第1层厚4 cm左右的彩色砂浆，之后用细钢丝网满铺，并用事先制作的U形钢筋固定，待砂浆初凝后，再抹上第2层厚4 cm左右的砂浆。用U形钢筋连接钢丝网，防止彩色砂浆脱落，且密集的钢丝网还能有效防止砂浆开裂，一举两得。在较陡的区域操作时，第1层砂浆抹好后，若钢丝网难以附着，可预先安装一些扎丝，待砂浆凝固后将钢丝网和U形钢筋固定在扎丝上，再继续抹上第2层砂浆，呈洞穴内壁塑形。

2.2.4 制模浇筑混凝土

加筋砂浆塑形后，进行绑扎钢筋、侧模制作。为增强拱形仿天然洞穴式结构的稳定性，标高2.5 m以下采用混凝土灌浆。因比利时当地模板规格高为1.25 m，正好分2次制模完成。在有些拱形弧度的区域内，2.5 m标高处的混凝土厚度达2 m左右，浇筑混凝土时会对模板产生很大的侧压力，故须对模板进行密集的撑杆支撑，且分多次浇筑混凝土（图3）。上部结构的混凝土厚度一般为30～50 cm，由于结构完成后上部须覆土，故此时的重点是确保结构的厚度和稳定性，不必太在意外观效果。当拱顶较陡处无法直接浇筑混凝土时，可先在基础上插筋，再在钢筋上插入钢管，钢管上部采用钢丝对拉，以此用钢管支撑模板；而在拱顶弧度较缓处可直接浇筑混凝土，并让其自行成形。

图3 熊猫馆混凝土侧模支撑

2.2.5 挖出土模呈洞穴建筑

混凝土结构凝固达到强度后，移除土模即可呈现接近于山体开挖的洞穴，之后再进行内外装饰，或叠石或铺土植被，呈现出较自然的生态环境（图4）。整套施工流程基本按照造山—塑形—开山的步骤进行，人工创造出开山造穴所需要的客观环境，克服了平地的地形劣势，反其道而行之，并在此基础上加以改造提升，最终形成了以假乱真、惟妙惟肖的仿天然洞穴效果。

图4 熊猫馆内景

3 熊猫馆内特殊元素处理技术

在熊猫馆的仿洞穴中，有门窗、水晶石、溪流和通道洞口等须做特殊处理，笔者称之为特殊元素。在使用的自然洞穴中也常遇到这样的特殊元素。

3.1 门窗

熊猫馆门窗须在其建筑完成后方可进行安装。但在建造洞穴时，需将要安装门窗的洞口用模板预制好模型，放置于既定位置并固定，洞口大小、形状应在模板上用喷漆绘出，作为堆土边界。与门窗模板交接处的土模均需倒角5 cm，以便将土挖出后棱角能顺滑自然。

3.2 水晶石

场馆的部分区域根据要求放置水晶石，且需营造出水晶石在山体洞穴内晶莹剔透、真实自然的效果。故在土模成形时，将水晶石的表面与土模表面保持一定距离后再进行固定，中空处须用土完全填充，拆模后水晶石便自然地镶嵌在仿洞穴的彩色砂浆面层岩体中（图5）。

图5 水晶石安装

3.3 溪流

仿洞穴的上部结构，其彩色砂浆装饰面是先于混凝土层制作的，混凝土结构层与砂浆装饰面为同一体；而室内溪流的结构部分是与混凝土大板基础同时完成的，其彩色砂浆面层只能待其完成后进行。

为了能获得与上部结构一样的效果，在溪流混凝土池壁上必须先预埋U形钢筋，从池底开始按溪流设计宽度、深度和弧度进行堆土（土面要求同上部修土），待土模完成后，将内置钢丝网的彩色砂浆置于溪壁与土模之间，溪流水循环系统则需另行安装（图6）。

图6 熊猫馆内部溪流侧壁

3.4 通道洞口

熊猫馆中，游客通道和商店之间还有3个贯穿仿洞穴混凝土的洞，便于游客观览和在商店选购熊猫纪念品。馆内3个洞口最大跨度达4 m，为了使洞壁和洞穴的装饰融为一体，用切割成不同形状的泡沫板层层堆砌出蜿蜒曲折的自然效果，板与板之间用螺丝钉牢。

在泡沫板装订后抹上一层黏土，待土干后再抹上第1层厚4 cm左右的彩色砂浆，用细钢丝网满铺。待砂浆初凝后再抹上第2层厚4 cm左右的彩色砂浆，为了防止吊装时砂浆开裂，需额外加一层钢丝网和砂浆，总共为厚12 cm的彩色砂浆。洞口模型完成后，将其吊装至指定位置，并用土修补与土模交接的位置，同样也需倒角，以确保浇筑洞穴混凝土之后、土挖出后，接合处顺滑不突兀。

这些特殊元素的处理若稍有不慎，便会造成与周围环境的不协调，甚至格格不入，但恰如其分的处理却能给整个仿洞穴锦上添花。

4 熊猫馆施工工艺评述

天堂公园熊猫馆土模法仿洞穴式建筑的这种工艺理念，在于模拟开山造洞，即先筑一座山，完成山体结构，再把土和沙袋移除，将人工的痕迹降低到最少。由于内部土模与彩色砂浆的充分结合，洞内即使采用高压水枪冲洗也无法将土模上的土彻底清理干净，这反而更接近天然洞穴的面层。另外，用土作内模，便于控制砂浆面层的纹路和拱形结构的形状，较易制出各种凹凸不平的纹路和蜿蜒曲折的造型，且完成土模后若局部效果不佳还可进行更改，只需增减泥土即可。施工中装饰和结构可一次性完成，省去了之后再做内装饰的时间，节约了人工和成本。

然而，再完善的人工山洞施工工艺，相比天然山洞，总会有或多或少的瑕疵。鉴于比利时当地施工时的天气条件较差、雨水较多等条件限制，土模很难一次成形，故在坡度较陡处采用2～3 m高度一个区间，重复堆土、塑形、抹砂浆、扎钢筋、制模和浇筑混凝土等工序，从地坪到拱顶，易导致在二次堆土处彩色砂浆装饰面形成一道裂痕。为防止裂痕给洞穴带来的负面影响，抹砂浆收边时应尽量有起伏，避免一条直线，以达到裂痕相对自然的效果。

由于建筑体量较大，建筑内水晶石、门洞等较多，砂浆需要分多次附着，因此有些接口处难免会有混凝土外露或接缝较大的问题，对此需要用彩色砂浆进行修补，并在砂浆凝固前刷上一层泥浆，泥浆内泥土取自熊猫馆土模，以使之后修补处面层与周围一致。