铁路郑州南站联方网壳结构清水混凝土雨棚施工技术

0 引 言

我国大型铁路客站站台雨棚大多采用大跨度、钢结构形式，由于钢结构本身的耐久性及金属屋面结构施工、维护过程中存在一定的问题、困难，在一定程度上增加了行车的安全风险，因此从安全性及便于后期运营维护角度出发，站台大跨度混凝土雨棚应运而生，意在创建集安全、美观、耐久及易维护于一体的站台候车空间。

铁路郑州南站站台采用联方网壳结构清水混凝土雨棚，结构造型采用八角异形柱＋联方网壳肋梁＋预制装配式叠合板＋现浇楼板的形式。联方网壳结构清水混凝土雨棚造型设计艺术表达丰富，但模板体系施工难度较大、精度要求高，为了更好地体现设计意图，在一系列样板工程实践的基础上总结形成了郑州南站工程施工技术。

1 工程概况

郑州南站雨棚共两片，在站房南、北两侧，雨棚屋盖剖面形态为波浪形，与屋盖结构的建筑效果相呼应，采用联方网壳结构清水混凝土体系：单片雨棚顺轨向长98.1 m，垂轨向宽370 m；柱距21.5 m×22.8 m，共17拱跨，拱壳矢高3.9 m。雨棚板厚120 mm（60 mm预制叠合板＋60 mm现浇混凝土板）。雨棚框架柱截面形状分为钢骨混凝土八角柱和普通混凝土八角柱，外观尺寸为1 000 mm×1 000 mm、1 100 mm×1 100 mm、900 mm×1 200 mm和1 000 mm×1 200 mm；网格混凝土梁为200 mm×600/700 mm。

郑州南站联方网壳结构清水混凝土雨棚结构复杂、质量标准极高，为国内高铁站房首例。为此，相关方成立了联方网壳结构清水混凝土雨棚研究工作室，致力于技术攻关，目的是在成本可控的前提下，保质保量如期完成该雨棚结构施工。根据该雨棚设计特点，对网格肋梁模板体系设计、施工进行攻关，对国内清水混凝土案例进行调研比对并开展样板施工、分析，最终选定模板实施体系。

2 样板施工

针对网格肋梁施工的重、难点，工作室了选定木模板、木塑模板、钢框木模板、钢模板、铝模板及玻璃钢模板等模板体系制作了五个样板进行施工。在施工完成后，对五个样板实体进行综合比对，对雨棚柱而言，木模板和木塑模板拼缝失水明显，且拼缝较多、易变形，而钢模板成型拼缝少、柱面色泽均匀；对网格肋梁而言，由于其造型为空间曲面，刚度较大的钢模板、铝模板及钢框木模板无法满足精度要求，刚度较小的木模板成型精度高、线条柔顺。最终确定柱模板采用钢模板，网格肋梁采用木模板，板底拱形方面则通过了垂轨方向弧面主龙骨＋木方次龙骨作为支撑转换层的方案。

3 主要施工工艺

3.1 施工工艺流程

相较于传统混凝土结构，郑州南站雨棚施工工艺对操作方法进行了充分研究和创新。其工艺流程，如图1所示。

图 1 雨棚结构施工流程图

注：本图出自《郑州南站雨棚工程专项施工方案》。

3.2 主要施工工艺介绍

3.2.1 支撑体系

支模体系采用M60盘扣式满堂红脚手架体系，上部龙骨采用垂轨方向弧面主龙骨＋木方次龙骨作为支撑转换层。因为雨棚棚面为拱面，所以每根立杆均需在排版图上定好平面坐标和顶托标高，在施工过程中，需在站台面和承轨层上测量放样标记好立杆位置，再进行精准排布。在安装龙骨之前需精调每一个顶托的标高，保证弧形龙骨的每个支座都充分受力。

3.2.2 木模板加工

雨棚梁及弧形龙骨采用木模板进行施工。弧形龙骨和顺轨主梁采用1 220 mm×2 440 mm×15 mm清水混凝土模板，网格肋梁尺寸采用特制的1 250 mm×2 500 mm×15 mm清水混凝土模板。先建立三维犀牛模型，将犀牛模型进行梁构件提取、展平、按清水木模板模数分段，再结合蝉缝和螺杆眼的布局设计，绘制雨棚梁木模板加工深化图，将深化图导入数控雕刻机加工弧形龙骨及梁模板。梁模板对接拼缝处进行45°倒角。

3.2.3 雨棚梁板结构施工

（1）依据从犀牛模型中导出的镜像CAD结构平面图，在站台面和承轨层上放出网格肋梁投影线，在搭设完支撑体系后，将站台层上梁投影线垂直引射到次龙骨上。

（2）数控雕刻机加工梁底两侧衬板带，沿梁线安装衬板带。

（3）安装网格肋梁十字交叉处菱形模板。

（4）安装网格肋梁底模，拼缝处断面涂玻璃胶挤实处理。

（5）进行顺轨主梁底模安装。

（6）安装网格肋梁单边同侧侧模，使其围成菱形，进行侧模加固。为保证网格肋梁弧度精度，使用数控雕刻机雕刻50 mm宽木模板条垂直固定侧模上口，梁侧模竖向次龙骨采用45 mm×45 mm的木方，间距200 mm，横向主龙骨采用两道45 mm×45 mm木方，设置50 mm×100 mm木方斜撑，上端与侧模第一道横向主龙骨固定，下端与拱面次龙骨固定。

（7）安装网格肋梁下口箍筋、底筋、腰筋。

（8）埋设健康监测传感器及管线、照明管线。

（9）安装网格肋梁另一侧侧模，侧模加固。

3.2.4 预制叠合板安装

（1）预制叠合板在正式安装前应先进行试吊，确认叠合板与网格肋梁处模板贴合程度、固定措施等无误后，全面展开叠合板吊装；叠合板吊装就位后，对相邻叠合板胡子筋进行局部点焊，并沿垂轨向、沿拱顶弧度设置通长钢筋与叠合板桁架筋进行点焊固定，避免叠合板位移。

（2）为避免预制板块四周胡子筋与网格肋梁主筋冲突，特将网格肋梁箍筋设计为U型箍筋加帽筋的形式，并调整了钢筋安装顺序，即先安装网格肋梁U型箍筋、底筋和腰筋，安装完叠合板后再安装量面筋及上口箍筋，最后安装棚面板筋。

3.2.5 拱面混凝土薄板施工

网格梁与60 mm现浇板混凝土浇筑时，从单拱雨棚拱底向拱顶对称分层浇筑，每层高度不大于1 000 mm，混凝土虚铺厚度应略大于板厚，用φ30 mm振捣棒配合弧面振捣器垂直浇筑方向来回拖动振捣，并用铁插尺检查浇筑厚度，每棒振捣时间控制在10 s～15 s，只要混凝土表面出现浮浆，不再下沉，不再冒气泡，就可认为振捣时间适度。振捣完毕后用小型混凝土收光机收平，浇水后再用木抹子压平、压实。施工缝处或有预埋件及插筋处用木抹子抹平，不允许用振捣棒铺摊混凝土。混凝土浇筑完成后附塑料薄膜进行养护。

3.2.6 侧向钢支撑安装

（1）郑州南站清水混凝土雨棚结构形式为连续拱型结构，拱高3.7 m，相较于传统的竖向受压构件，雨棚柱承受了较大水平分力。为平衡水平推力、提高其抗剪能力，拆除模板支架前架设侧向临时钢支撑，保证结构安全。侧向钢支撑采用Φ800 mm钢支撑，由支撑基础、铰接底座、活动节（活动量320 mm）、标准节、调整节、柱头固定板和铰接组合而成（如图2所示）。

图 2 临时侧向钢支撑

（2）利用25 t汽车吊及塔吊，采取分段安装的方式进行安装。先安装铰接底座及钢支撑活动节；然后架设临时支架及临时固定活动节；再安装钢支撑标准节、架设临时支架、安装临时固定标准节；最后安装柱头固定板，在柱头固定板与混凝土柱之间填充柔性材料，保证清水混凝土面层不受破坏。

4 实施效果

郑州航空港站装配式联方网壳清水混凝土雨棚在实施过程中，利用BIM与数字化加工一体化技术，对材料、模板体系、装配式构件生产、支撑体系的选择及施工工艺的优化都进行了大量研究和试验，实现了异形清水混凝土装配式构件和异形模板构件的标准化生产，保证了异形清水混凝土结构的施工精度。

从雨棚实体实施的最终效果来看，尺寸精准、线条自然、色泽均匀、韵律和谐，很好地实现了设计意图。下一步将针对异形空间结构尺寸复核、运营期雨棚健康监测等问题展开攻关。

郑州东站工程获得2015年度“中国建设工程鲁班奖”，2017年第十四届“中国土木工程詹天佑奖”及第十四届“中国土木工程詹天佑奖创新集体”等荣誉。

5 结 语

郑州南站联方网壳结构清水混凝土雨棚通过前期大量的调研、研究和试验，确定了最优的实施方案，在三维表达和施工工艺上引入了智能建造手段，是中国传统文化与现代科技理念的完美结合，为类似工程提供了借鉴经验。