景观构筑物UHPC制备与拼装技术.pdf

年 月下第 卷 第 期施工技术（中英文）：景观构筑物 制备与拼装技术蔡晓男，林墨翰，苗梦琦（中交第三航务工程局有限公司，上海）摘要 第十届中国花博会的核心展园新建一座完全由 制备的悬浮景观座椅，其造型独特、结构复杂。该景观构筑物总建筑面积，拟采用预制拼装工艺，累计 个异形构件。在此基础上，对 原材选择、配合比设计、混合料拌合工艺、模架体系设计、节段浇筑与养护、节段连接方式等工艺参数进行了系统论述，以便使 材料在园林景观等新兴领域得到推广应用。关键词 混凝土；超高性能混凝土；景观构筑物；拌合；模架；设计；预制拼装中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，）：，：；上海花博会水生态及景观构筑物施工关键技术研究（）作者简介 蔡晓男，高级工程师，：收稿日期 引言 超高性能混凝土（，）是一种具有高强度（抗压强度）、高韧性（抗折强度）、高耐久性和高环保性的水泥基复合材料。的水泥、骨料、钢纤维等组分在拌制过程中易聚团，影响其均质性和材料特性，国内外学者对其拌制与养护技术也开展了部分研究。研究表明，材料配合比、加料时间、加料顺序、搅拌方法均会对材料的抗折强度、抗压强度等指标产生较大影响。也有研究表明，高温、加压养护能加速硅灰的火山灰反应，促使结晶水化物的形成与硬化浆体的脱水，有利于形成密实的内部结构。本文依托第十届中国花卉博览会项目，探索使用 完全制备景观构筑物的施工成套技术，内容包括 拌合、模架体系搭设、混凝土浇筑与养护、预制节段拼装等内容，旨在为 材料的广泛应用提供参考与借鉴。工程概况 第十届中国花卉博览会（简称“花博会”）是我国规模最大、规格最高、影响最广、内容最丰富的国家级花事盛会。年，第十届中国花博会在上海崇明举办，为期。花与艺术展园是花博会四大核心展园之一，其主要景观构筑物为一座飘带状的悬浮座椅，造型新颖独特。它通过空间曲线的不断变化围合成不同的结构或功能区域，如座椅、滑梯、秋千等，供成人休憩与儿童玩乐使用（见图）。结构特征 飘带状悬浮景观座椅总建筑面积为，最大高度。外圈由 个 型和 个曲线构件组 施工技术（中英文）第 卷图 悬浮景观座椅 效果 成，外径 ，外圈节段宽 ，构件高 ；内圈由 个 型和 个曲线构件组成，外径，内圈节段宽 ，构件高 （见图）。图 装置基本尺寸 悬浮座椅具备多个功能分区，如座椅、滑梯、秋千等，其结构受力要求较高。本工程采用有限元软件 建立计算模型，永久荷载 ，活荷载 ，风荷载 ，分别进行承载力极限状态和正常使用极限状态下的结构厚度设计与验算，结果表明：材料用量约，结构厚度在；承载力状态下最大拉应力为；正常使用状态下最大挠度为 。为此，材料的抗压强度，抗弯强度，抗拉强度。关键施工技术 制备 为保证结构的力学性能达到设计要求，本工程在 材料选择方面严格把控，最终采用拉法基豪瑞（）原材，具体包括拉法基豪瑞 型 预混粉末和 型外加剂。其中，预混粉末已包含超细粉末，充分搅拌可有效减少骨料空隙，提高材料的密实度。而外加剂的主要成分为减水剂，使得混凝土的单位拌合用水量大幅度降低。）材料配合比根据拉法基豪瑞的材料说明和现场试配效果，明确材料配合比，即每 拉法基豪瑞 型 预混粉末需要与 水、型外加剂、不锈钢纤维（长度）进行拌合，才能达到前述力学性能。）拌合工艺将 原材按上述配合比加入搅拌机进行搅拌。首先将 预混料搅拌，均匀混合预混料中的细骨料和超细粉末。接着加入 水与 外加剂搅拌，再加入 不锈钢纤维搅拌，最终制成 拌合料备用。节段预制 为减少场地占用和缩短施工工期，本工程在工厂内进行 结构构件的全部预制，内容包括节段划分、模架设计、节段预制、连接节点等。节段划分 如图，所示，根据功能分区，悬浮座椅分为 部分，即可上人部分（黄色部分）、楼梯步道（绿色部分）、与地面锚固部分（红色部分）、风荷载主要作用区域（蓝色部分）。预制节段划分时，要求单个节段至少有 处地面锚固着力点，在此基础上综合考虑单次浇筑方量将整体结构分割成 个预制节段，各节段长度为。图 计算模型 图 节段划分 模架设计 悬浮座椅造型独特，常规模架体系难以适用；同时，因工期紧无法选用定制化钢模板，因此，本工程提出木模板 相结合的模架体系，如图 所示。首先，运用 软件计算各节段模架体系的横、纵断面尺寸。然后，按各节段水平投 蔡晓男等：景观构筑物 制备与拼装技术 影的形状与尺寸，切割 厚夹心木质板作为支架基础（间距）。最后，根据纵断面高度和下弧形状切割 厚夹心木质板制作底模和侧模，并确保底层模板与支架基础稳固连接。若支架基础高度，可在适当位置增加横隔板以保证支架体系稳定。图 模架体系 视图 在上述底模、侧模上铺设 厚 卷材形成双层模板体系，底层模板与 卷材间需全面胶接，支架基础与底层模板间采用射钉固定。若局部结构曲率过小或坡度过大，此时采用玻璃纤维增强水泥（）平顺过渡，保证结构曲线顺滑、无折角。与此同时，当构件坡度较陡时，还需增设单层 厚 卷材作为顶层模板。此外，在顶模上侧和底模下侧设置若干对 方形钢管，用 号铁丝绑扎顶、底层钢管，以防止跑模或胀模。并且，顶、底层钢管挤压模板也可作为 凝结时施加的预压力，这利于消除孔隙和自由水，使颗粒更加紧密，提高构件的抗弯强度与韧性。浇筑养护 模架体系完成后即开始 混合料浇筑。综合考虑构件大小，在各节段的高处预留 道浇筑孔，并在构件的延伸方向每隔 设置 个观察孔。浇筑时，混合料从浇筑孔灌入，沿着底模自高向低自然流淌，并通过观察孔的溢流情况实时掌握浇筑位置。特别需要注意的是，混合料浇筑时无须振捣。不锈钢纤维在流动过程中表现出一定的方向性与连接性，可大大减缓材料内部微裂缝的扩展，从而使材料表现出超高韧性和延性性能。最后，在常温条件下，带模洒水养护 方可吊装搬运，此时预制构件的抗压强度，抗弯强度，抗拉强度。现场拼装 悬浮座椅累计 个预制节段，现场拼装时，先完成预制节段与混凝土基础的连接，再完成预制节段间的连接。）预制节段与混凝土基础连接预制节段与混凝土基础采用“预埋钢板高强螺栓”连接。如图 所示，混凝土基础中需预埋钢制底座，它由下部钢板、型支座和上部钢板组成，采用 钢材并进行防锈处理。以悬浮座椅外圈为例，节段下部钢板尺寸为，上部钢板尺寸为，型支座高度 为，宽度 为，厚度 为，高度随节段底部高度和倾斜角度的不同，在 变 化。预制节段需预埋 个 高强螺栓，强度等级为 级。现场安装只需将预制节段的高强螺栓与上部钢板的预留栓孔嵌套连接，旋紧螺母即可。图 节段与预埋钢底座锚栓连接 ）预制节段间连接 预制节段间采用“预埋钢板现场灌浆”连接。以悬浮座椅外圈为例，节段宽，预埋钢板尺寸为，焊接连接钢板尺寸为。预埋钢板及连接钢板均需设置预留孔。如图 所示，块预埋钢板分别浇筑在 相邻节段的连接端头，现场 节预制构件对齐后，先通过 块焊接连接钢板将预埋钢板夹持，并且上、下预留孔应对齐贯通，然后对预埋钢板和连接钢板进行焊接固定（沿着重叠部分施作角焊缝），最后在构件连接处灌入 拌合料，待凝结硬化完成后再进行表面修复。施工技术（中英文）第 卷图 焊接预埋钢板 结语 随着建筑新材料的不断发展，兼具高强度、高耐久性和高环保性的超高性能混凝土（）被越来越多的工程师所青睐。花博园悬浮座椅为一座异形飘带状景观构筑物，总建筑面积，其完全由 材料制备，以充分发挥其优异的抗压、抗弯、抗拉性能，满足悬浮座椅不同功能区的受力要求。本文将悬浮座椅分为 个预制节段，系统研究 的材料拌合、模架搭设、浇筑养护、预制拼装等施工工艺。此外，本工程也创新性地提出木模板 相结合的模架体系，有效解决了异形结构的模板搭设难题，为 材料在景观园林领域的推广应用提供了参考与借鉴。参考文献：阎培渝 超高性能混凝土（）的发展与现状 混凝土世界，（）：（），（）：邵旭东，邱明红，晏班夫，等 超高性能混凝土在国内外桥梁工程中的研究与应用进展 材料导报，（）：，（）：陈宝春，季韬，黄卿维，等 超高性能混凝土研究综述 建筑科学与工程学报，（）：，（）：楼庄鸿 大跨径梁式桥的主要病害 公路交通科技，（）：，（）：王国亮，谢峻，傅宇方 在用大跨度预应力混凝土箱梁桥裂缝调查研究 公路交通科技，（）：，（）：谢峻，王国亮，郑晓华 大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下挠问题的研究现状 公路交通科技，（）：，（）：张清华，卜一之，李乔 正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展 中国公路学报，（）：，（）：，李智，钱振东 典型钢桥面铺装结构的病害分类分析 交通运输工程与信息学报，（）：，（）：张彦玲 钢混凝土组合梁负弯矩区受力性能及开裂控制的试验及理论研究 北京：北京交通大学，：，李辉 钢混凝土组合梁斜拉桥病害及其影响分析 哈尔滨：哈尔滨工业大学，：，叶庆阳，薛聪聪，余敏，等超高性能混凝土配合比设计与抗压强度试验研究工业建筑，（）：，（）：，陈毅卓，阎贵平，安明喆 常规搅拌工艺条件下活性粉末混凝土抗压强度影响因素的研究 铁道建筑，（）：，（）：何雁斌，吴炎海，杨幼华，等 活性粉末混凝土（）的材料选用及制作技术 福建建筑，（）：，（）：，（）：杜任远，黄卿维，陈宝春 活性粉末混凝土桥梁应用与研究 世界桥梁，（）：，（）：