大型镂空浮雕中空石柱施工工法

2 工法特点
2.0.1 针对性强。工法针对大型镂空浮雕中空石柱的体量大、工艺性高、宜破损等特色而制定，并结合其工厂分段加工、预拼成型、分段运输、现场安装等施工要求，从制作、运输、安装等工序进行了系统研究，重点研究了计算机排版制作、中空石柱－核心混凝土组合受力分析、抗震抗台风结构模拟等三方面，其研究对象仅锁定为采用镂空浮雕的大型中空石柱，是一项针对性强的石雕施工技术。
2.0.2 成本低，工期短。工法要求石柱在工厂分段加工并预拼成型后才运至现场安装就位，这就不需要大量技术人员的调动和原材料的多次转运，也避免了石柱现场制作所耗用的时间，节约了成本，并缩短了工期。
2.0.3 操作方便，施工质量可靠。石柱镂空浮雕雕刻成型后，要求其在制作、运输、安装等方面不能破损，成品保护要求严；而工法中的具体措施简单、操作容易，并能有效保证成品就位后的最终质量。

3 适用范围
主要适用于采用镂空浮雕工艺的大型中空石柱的施工，也可作为其它雕刻类型（如：浅浮雕）的大型中空石柱施工的参考。

4 工艺原理
4.0.1 采用计算机排版制作技术将我国的传统石雕技术现代化，通过计算机绘制镂空浮雕图案，模拟大型镂空浮雕石柱的三维效果，表现石雕镂空的深浅程度，确保浮雕的镂空质量，为大型石柱镂空浮雕的立体效果提供直观参考，有利于浮雕分割位置的确定；通过计算机编排镂空浮雕的分割位置，避免分割位置出现在浮雕的镂空突变处或图案的边缘处，避免出现镂空图案拼接的凹凸不一致，形成镂空图案分割的顺滑过渡；通过计算机模拟镂空浮雕图案的组合，模拟拼装效果，掌握图案组合的可行性，见图4.1计算机排版制作技术。


图4.1 计算机排版制作技术

4.0.2 大型镂空浮雕中空石柱是由中空石柱和核心钢筋混凝土共同组合而成的现代构筑物，核心钢筋混凝土受到石柱约束，其混凝土的抗压强度和变形能力得到提高；中空石柱在混凝土浇筑过程发挥模板作用，还改善组合结构的受力性能。

5 施工工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
工艺流程见图5.1


图5.1 工艺流程

5.2 操作要点
5.2.1 石材选择
石质的软硬、石层的疏密、石质内有否杂质，会直接影响石雕的质量。
外观要求：可拼接性好、无缺角、缺棱、裂纹、色线、色斑、石材的大面应与本岩石的节理走向平行。
技术指标：同一件石雕的材料须是产于同一山体，同一批次的石材，且色调、纹理、颗粒结构一致，结构致密，具有细腻的质感，质地坚硬、材质性质稳定，耐酸碱性好，难容解、耐冻性高、白云母、黑云母量少、粒细均匀、石英、斜长石粒均匀。
主要物理化学性能要求：密度，不小于2.56g/m3；孔隙度，低于0.5％；吸水率，不大于0.3％；干燥压缩强度，不大于250Mpa；水饱各和弯曲强度，不小于15 Mpa；硬度热阻率，大于16.2 Mpa（经过10～40次热变化后的抗压强度）；膨胀系数，小于8×10－3；不低手熔点，1610℃；放射性辐射强度控制，符合A类装修材料要求；耐酸度，大于97.5％；耐碱性符合相关国家技术标准。
5.2.2 排版制作
与传统的中小型石雕一次雕刻成型的工艺不同，大型中空石柱的镂空浮雕，具有雕刻量大面广、图案复杂、镂空深度多变、分段雕刻等特点，无法遵照传统的石雕工艺流程完成大型镂空浮雕的雕刻。课题组将我国传统石雕技术现代化，采用计算机排版制作技术，分别采用了大型镂空浮雕图案的计算机绘制、分割位置的编排、图案组合的模拟等方式，避免了镂空雕刻过程中的图案临时分割，以确保大型镂空浮雕的质量效果。










图5.2.2 排版制作
5.2.3 粗胚分段
由于大型石柱具有长度、体积和重量大的自身特性，其制作方法不同于中小型石柱使用的整体成型制作方法，需要采用计算机排版，将大型石柱划分成若干段，以石柱各段为单元，分别进行加工制作。
分段长度的确定主要考虑大型石柱在运输和吊装环节的可操作程度，尤其是吊点布设、起吊荷载等因素的影响，一般将分段长度的可用尺寸（即加工成型后石柱的分段长度）控制在1.0m～2.0m之间，分段长度随大型中空石柱的外径的增大而减小，随内径的增大而增大，常采用的大型中空石柱的粗胚分段长度的可用尺寸为1.0m、1.5m、2.0m。


图5.2.3-1 石柱分段后的粗胚 图5.2.3-2 石材开凿

5.2.4 逐段抽芯
将分段后的石柱粗胚平放，按照预先设计好的抽芯直径尺寸，将粗胚内的石料挖出，然后再使用小型工具人工修整石柱内径至设计要求。
抽芯直径的尺寸由中空石柱成品的内径确定，一般比石柱成品的内径小5cm左右。而石柱成品内径的确定需要考虑中空石柱－核心混凝土组合结构受力情况、石柱外径大小、石柱各段端头的榫头大小、混凝土浇注量等因素，一般不小于15cm。
5.2.5 端头留榫
为保证石柱各段结合紧密、连接牢固，各段端头均留设榫头。按照石柱的安装就位顺序，各段石柱的下端留设凹槽，上端留设凸榫，以保证各段石柱下端的凹槽与相邻下段石柱上端的凸榫、石柱上端的凸榫与相邻上段石柱下端的凹槽凹凸相扣。
凸榫的宽度及凹凸深度一般不超过5cm，凹槽的宽度和深度常比凸榫宽度和深度大2cm左右，榫头外边缘距石柱外边不小于5cm，榫头内边缘距石柱内边不小于5cm。

图5.2.5 抽芯后留榫的石柱分段单元
5.2.6 吊点确定
在各段石柱吊装期间，必须避免吊装的钩具和吊索与石柱外表面的镂空浮雕接触，以免破损镂空浮雕，因此，吊点设置在各段石柱的内壁。
为保证各段石柱吊装的平稳，以及吊点孔不会由于集中应力过大而导致吊点处的石材压裂，常设置四个吊点，吊点均位于各段石柱内壁的同一水平面上，距石柱上端1/3位置处，如图5.2-5所示。此外，为保证石柱在吊装过程中，吊点位置处不会因为应力集中、石壁过薄而导致吊点处的石柱破损，要求吊点孔距离石柱内壁边缘约1/2壁厚，为方便打孔和安放钩具，吊点孔均贯通至凸榫处，如图5.2.6所示。此外，常用柔软布料包裹吊钩，避免吊钩与吊点孔接触处不会被吊钩挤压破损。


图5.2.6-1 吊点的设置


图5.2.6-2 各段石柱的吊点位置 图5.2.6-3 各段石柱的雕刻

5.2.7 镂空雕刻
由于大型中空石柱采用分段制作，其镂空雕刻不能像传统中小型石雕方法那样一次成型，也需要分段雕刻。为保证各段石柱的镂空浮雕在安装成型后，上下段雕刻图案拼装完好、结合紧密，预先采用计算机排版分段制作技术。
先按照1：1比例的镂空浮雕效果图描绘成施工图，将施工图贴在石柱表面，再对图雕刻。雕刻初稿完成后与施工图对比、修整，然后按施工图原稿对雕刻初稿进行补墨，精雕完成后再次效果审核。
5.2.8 各段预拼
当大型镂空浮雕中空石柱的各段雕刻完成后，在工厂需要预拼成型，检查石柱拼装成型后各段之间是否存在错位等问题。预拼时，石柱各段从下至上依次吊装。吊装前需要检查挂钩、吊索连接是否牢固，吊装常采用汽车式起重机。
5.2.9 检查修整
各段石柱预拼装完成后，检查的主要内容包括各段石柱之间的浮雕图案、各段石柱的尺寸以及石柱拼装后的整体尺寸三方面。
镂空浮雕图案在各段石柱之间的连接应该平滑圆顺、无镂空错位等问题，凹凸应一致；各段石柱尺寸的控制因素主要包括长度、宽度、厚度、转角和翘曲等方面，要求各项指标的允许偏差均在控制范围内；石柱拼装后的整体尺寸应满足大型镂空浮雕中空石柱在现场就位后的尺寸控制要求，主要包括位置偏移、上口平直、拼缝宽度、拼缝高低差等因素。
5.2.10 保护运输
大型镂空浮雕中空石柱具有石雕的艺术性，在出厂前就具备的石雕特征，为避免各段石柱在搬运、运输过程中因碰撞而损坏镂空浮雕，必须采取合理的保护措施，满足其运输期间的保护高要求。
各段石柱的内外表面均采用柔软材料进行全封闭包裹保护。此外，还确保石柱各段在整个运输过程中，各段均单独放置，互不接触，每段石柱的支撑架均从石柱内径支撑起石柱，使石柱处于悬空状态，避免石柱外表面的镂空浮雕与周围环境接触。即使由于支架摇晃，使石柱与附近物体产生碰撞，也会因为采用了内外包裹的保护措施，不会导致石柱破损。


图5.2.10 包装运输状态

5.2.11 基础施工
大型镂空浮雕中空石柱属于高耸构筑物，其基础施工同于一般的高耸构筑物基础。
5.2.12 搭设脚手架
在相邻上下段石柱就位前，需要在已经就位完毕的石柱榫头处打胶，还需要人工近距离核对上下段石柱的镂空浮雕是否对准。因此，必须在石柱周围搭设一圈独立的支架。由于石柱支架具有投影面积小、高度大、与石柱相互独立（若与石柱连接，易损坏镂空浮雕）的特点，其稳定性较差，但其安全性要求高。
搭设的支架，要求钢管水平、上下间距均不大于0.6m，常以石柱分段长度的公约数考虑，即常采用0.5m的间距。搭设的支架，呈内圆外方的筒状，立面内外侧均设斜支撑，增强其稳定性，必要时还设置剪刀支撑。
5.2.13 增设柱身钢筋笼

图5.2.13 增设钢筋笼
增设柱身钢筋笼的目的是为了在中空石柱内浇注钢筋混凝土，形成“中空石柱－核心混凝土组合结构体系”，从而增强大型中空石柱的整体稳定性，加强构筑物的组合受力性能。
柱身钢筋笼的施工，与常见的钢筋笼施工类似。
5.2.14 调制胶浆
石柱各段之间的榫头需要用胶浆连接，不仅保证石柱上下段不会随时间而产生错位，还能防止石柱内浇注的混凝土浆不会渗流到石柱表面的镂空浮雕上，而污染石雕。
常用的粘接剂，由70％的粉状粘土和30％的贝壳粉组成，加上少许红糖及水搅拌而成。粘结剂涂抹在榫头处，避免污染石柱表面的镂空浮雕。调好的粘结剂因有红糖，固化时间比较晚，宜在4小时内用完。
5.2.15 逐段吊装
逐段吊装使用的起吊设备多为汽车式起重机。先将各段石柱按照安装就位顺序编号，依次搬运至安装位置附近，并处于吊车的工作半径范围内。吊装采用平吊平放的方式，起吊前必须固定挂钩、调整好吊索长度，有时还应加设揽风绳，以便于控制石柱就位位置的调整。
吊装工艺采用常规的预制构件吊装工序即可完成。安装期间仅需注意，先将各段石柱吊至柱身钢筋笼顶端上0.5m左右时，再开始调整石柱下放位置；位置调整好后再将石柱缓慢吊放至就位位置上0.1m处，检查上下段石柱浮雕图案是否基本对准，对准后才缓慢落下石柱，上下段石柱凸榫和凹槽要对应相扣，安装到位；最后仔细检查上下段石柱的镂空浮雕是否完全对准，若有需要，还可人工稍微旋转上段石柱。



图5.2.15-1 逐段吊装



图5.2.15-2 吊装就位

5.2.16 浇注混凝土
大型中空石柱内的混凝土，常采用一次或多次浇注，一般以石柱分段长度的倍数确定，并综合考虑中空石柱－核心混凝土组合结构体系的混凝土侧压力、混凝土输送量、振捣棒等因素的影响。若采用多次浇注，每次混凝土浇注至已就位石柱上端0.5m处即可，最后一次浇注至石柱顶。混凝土浇筑前，必须确保石柱分段之间的胶结牢固，不渗浆。
核心混凝土芯柱的垂直度随着中空石柱垂直度的控制，相应得到有效控制，其芯柱轴线的偏移量不大于10mm/分段长度。

6 材料与设备
6.1 施工材料
表6.1 施工材料
材料名称 包装及规格
石材 硬度等指标达到雕刻要求
粘结剂 25 kg/袋
抗裂砂浆 25 kg/袋
钢筋
钢管及扣件 搭设脚手架
混凝土 预拌混凝土
包裹布料 保护分段石柱成品

6.2 施工机具
表6.2 施工机具
机具名称 机具用途
不锈钢抹灰刀 280×130×0.7mm 抹灰工具（涂抹粘结胶浆）
搅拌器 搅拌胶浆
叉车 转运石材、分段石柱等大型材料
大切机、手拉切、修边机、磨光机、空压机、石材抛光机、模具电磨 加工粗胚、石柱抽芯、打磨用
电脑仿型线条机、雕刻机、角向磨光机、电镀硬合金钻头、电镀硬合金刻字钉 镂空浮雕雕刻工具
活动膨胀器、硬合金钻仔、点身仪、雕刻刀 精雕工具
气动锤、铁锤、电锤 锤击工具
红外线水平仪 预拼装检测仪器
吊车（汽车式起重机） 搬运、吊装石柱用
混凝土振捣棒、溜槽、串筒等 浇筑混凝土用具
通用工具（水平尺、线坠、L形钢尺、墨斗等） 尺寸定位、检查工具

7 质量控制
7.1 质量控制标准
执行的现行国家规范及标准有：
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300－2001；
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204－2002；
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202－2002；
《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T 10-95；
《建筑工程质量检验评定标准》；

7.2 质量控制项目
7.2.1 基本控制项目
表7.2.1 质量检查的基本控制项目
控制项目 质量要求 检验方法
石材质量、品种等 应符合设计要求和现行国家标准《建筑工程质量检验评定标准》的规定；不得有裂纹、炸纹、隐残等 观察检查和检查试验报告
石材的纹理走向 应符合构件的受力要求 观察检查
安装所采用的砂浆 应符合设计要求 检查试验报告或施工记录
安装所采用的铁件 应符合设计要求和现行国家标准《建筑工程质量检验评定标准》的规定 检查出厂合格证和试验报告
石雕图案 应符合设计要求 观察检查
石雕的安装 应牢固、图案完整、无缺棱掉角 观察检查和手轻扳检查

7.2.2 偏差控制项目
表7.2.2-1 预拼装检查的偏差控制项目
项目 允许偏差（mm） 检验方法
雕件长度 ±5 尺量检查
雕件宽度 ±3 尺量检查
雕件厚度 ±5 尺量检查
雕件边角方正 2 方尺和楔形塞尺检查
雕件翘曲 2 拉通线尺量检查

表7.2.2-2 现场安装检查的偏差控制项目
项目 允许偏差（mm） 检验方法
位置偏移 10 尺量检查
上口平直 5 拉通线和尺量检查
拼缝宽度 1 尺量检查
拼缝高低差 0.5 直尺和楔形塞尺检查
7.3 质量控制的管理技术



图7.3 “质量控制与艺术特色相融合”的全过程总承包施工管理体系
根据工程石雕艺术性和构筑物结构性的双重特点，建立专业化的施工队伍、制定科学的管理机构、加强全过程的质量管理，建立了“质量控制与艺术特色相融合”的全过程总承包施工管理体系，如图7.3所示。





8 安全措施
8.0.1 实行安全生产责任制。安全工作由项目经理负责，设置现场巡视安全员一名。
8.0.2 落实安全教育制度。对进入工地的全体职工必须进行入场教育、定期进行安全意识教育、上岗教育、操作规程教育等。
8.0.3 制定安全设施验收制度。安全设备按照相关规定设置后，必须经公司质安科和设备科检查验收、合格后才挂牌使用。
8.0.4 执行现场安全检查。现场安全检查分定期的例行检查及不定期的专业检查。
8.0.5 加强安全防护措施。严格佩戴安全帽，高空作业要佩带安全带、穿防滑鞋并做足安全措施，不得饮酒后进入工地现场。
8.0.6 严格进行现场临时用电管理。现场施工配电箱要符合安全要求，要有防漏电装置，服从现场用电管理。
8.0.7 加强脚手架的安全防护措施。严格安全带、安全帽的佩戴制度，加设防护栏杆，需要时增设双侧面的安全防护网；此外，加固脚手架的稳定性。
8.0.8 严格防火制度。实行现场禁烟制度，提高防火警惕性，加强材料防火、现场防火管理。
8.0.9 严禁高空抛物、坠物现象的发生。

9 环保措施
9.0.1 施工现场设置明显的施工标牌及门前三包责任书，管理人员在现场佩戴证明身份卡。
9.0.2 严格遵守对施工现场的施工文明的有关规定，对工地人员进行文明施工及环保教育。
9.0.3 建立门卫制度，施工现场主要出入口设置“六牌二图”即工程概况牌、现场出入制度牌、安全纪律牌、防火须知牌、文明施工标准牌、门前三包责任书及现场平面布置图等。
9.0.4 工地实行围栏封闭施工，搞好三包工作，避免施工造成污染，现场施工垃圾每天定时清理。
9.0.5 专职人员进行文明施工及环保工作，检查、监督、养成良好文明习惯。
9.0.6 搞好周围环境，每天派专人清扫，做好相应的防尘、防污处理，方可进行施工。
9.0.7 对施工时噪声较大的混凝土工程通过调整进度安排、安排在白天进行。
9.0.8 强化现场文明施工管理，操作人员在施工过程中要轻拿轻放，杜绝噪声大的野蛮施工，同时尽量不用噪声较大的施工机具，创造一个较为安静的施工环境。
9.0.9 现场材料、成品、半成品、废品等按平面布置定点分区堆放、做到成垛、成堆、成捆有序。施工做到工完料尽，临时工棚等设施应规范搭建保持现场整洁。
9.0.10 搞好施工环境卫生，现场施工垃圾采用集中堆放、专人管理、统一搬运的方法。
9.0.11 严格遵守社会公德、职业道德和职业纪律，妥善处理周围的公共关系，争取有关单位和邻近群众的谅解和支持，与工地周边的有关社区单位搞好合作，积极开展共建文明活动，发挥文明窗口的作用，树立良好形象。

10 效益分析
10.0.1 应用该工法施工的大型石柱工程，尤其是采用中空石柱作为模板，降低了模板耗量，减少了工程的维修，节约了材料，节省了运输成本，加快了施工进度，提高了劳动生产率，取得了良好的经济效益；
10.0.2 采用大型镂空浮雕中空石柱施工工法，能有效控制大型石柱在制作、运输、安装等环节的施工质量，为石柱工程的美观效果提供条件，取得了有效的社会效益。
10.0.3 通过该工法的研究与实施，提高了企业的质量意识和科研能力，促进了质量管理的进一步开展，增强了企业人员的团结协作精神，提高了管理水平和技术效益。