米曉晨，楊振平，萬瑞，張保衛(wèi)

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

隨著人類社會經(jīng)濟、技術(shù)的不斷進步，各類先進的施工設(shè)備、施工工藝正在不斷創(chuàng)新，建筑高度突破千米級大關(guān)已成為可能。由于各項目的資源條件、工期、總造價等因素和項目特點會直接影響到施工過程中各項施工參數(shù)和項目指標，如何充分利用項目條件，因地制宜地優(yōu)化資源、合理經(jīng)濟地選擇施工設(shè)施及施工工藝，是項目實施的關(guān)鍵。

本文就中交匯通橫琴廣場項目中的幾項關(guān)鍵施工技術(shù)和設(shè)備，結(jié)合自然條件、周邊及社會資源和綜合管理能力，制定項目施工技術(shù)的主要控制措施和工藝技術(shù)。

1 地下室底板大體積混凝土施工技術(shù)

對于底板大體積混凝土施工，主要有3方面控制技術(shù)：平面合理劃分后澆帶；澆筑工藝；大體積混凝土裂縫綜合控制。

1.1 地下室基本概況

匯通橫琴廣場項目地下室為地下4層，南北寬120 m，東西長201.8 m。1、2號公寓樓底板厚1 000 mm，3號塔樓厚3 500 mm，底板頂面標高-15.2 m，其中核心筒位置底板底標高-18.7 m，局部底板為-24.2 m。其他區(qū)域底板厚900 mm?；釉O(shè)置3道水平支撐，其中角部設(shè)置板撐。

1.2 底板平面后澆帶設(shè)置

后澆帶有2種類型，即沉降后澆帶和伸縮后澆帶。當?shù)叵率业装彘L度較長時，需設(shè)置伸縮后澆帶，通常按30~40 m考慮[1]。主要作用是減少混凝土板平面尺寸，有效地控制混凝土收縮產(chǎn)生的不利影響。同時在施工安排上也可使平面工作量基本均衡，形成相應(yīng)的合理的施工流水節(jié)拍。但由于后澆帶設(shè)置需要貫通頂板、底板及墻板，且需45 d后封閉。過多地設(shè)置后澆帶，對后期施工也會產(chǎn)生較大的影響，因此需對后澆帶設(shè)置進行合理布置。

本項目設(shè)計考慮位于3號塔樓核心筒中部設(shè)置1條伸縮后澆帶，如圖1所示。3號塔樓電梯井深達9 m，形成了基槽中的坑中坑，需二次支護。實際施工中二次支護是在土方開挖至-18.7 m后才開始施工；同時后澆帶貫穿核心筒，而核心筒剪力墻內(nèi)設(shè)置有鋼板剪力墻，給結(jié)構(gòu)施工帶來較多的問題。為調(diào)整施工步距，消除后期結(jié)構(gòu)施工影響，取消了核心筒位置后澆帶。

圖1 3號塔樓后澆帶示意圖Fig.1 Sketch of the post-pouring belt of No.3 tower

綜合各施工條件和施工流程，將底板劃分為11個施工區(qū)域，如圖2所示。其中3號塔樓位于第11區(qū)，1、2號公寓樓分別位于5、3區(qū)。取消后澆帶后11區(qū)面積為4 993 m2。為保證11區(qū)施工質(zhì)量，有效控制混凝土收縮，在原后澆帶位置設(shè)置為膨脹加強帶，替代原后澆帶。膨脹加強帶的尺寸為寬2.0 m，高3.5 m。11區(qū)整體按大體積混凝土施工控制，分2次施工，先施工電梯井部分至-18.7 m，之后整體澆筑厚度達3.5 m。

1.3 澆筑工藝及設(shè)施布置

圖2 底板后澆帶劃分示意圖Fig.2 Division diagram of thepost-pouring belt of basement floor

1~10區(qū)采用汽車泵結(jié)合落地泵布料方式，根據(jù)工作面的依次展開逐區(qū)澆筑。11區(qū)混凝土澆筑量達1.2萬m3，若依舊按泵車布料澆筑，則需澆筑約72 h。考慮現(xiàn)場布局及交通條件，為確保澆筑速度和質(zhì)量控制，增加了7道溜槽同步布料。澆筑流向為從南、北雙向向加強帶位置合攏澆筑，水平分層施工，分層厚度為500 mm。加強帶宜提高一級混凝土強度等級，施工中當接近加強帶時，利用汽車泵先鋪設(shè)加強帶混凝土，始終使加強帶混凝土面高于外部混凝土面，防止外部低等級強度混凝土流入加強帶內(nèi)部。

綜合3種布料方式，初期利用溜槽“快”的特點，以最快的速度澆筑底板區(qū)域，利用汽車泵“活”的特點同步完成預埋錨栓及加強帶區(qū)域的混凝土澆筑。利用地泵“廣”完成面層及板撐下困難區(qū)域混凝土的澆筑施工。最后以48 h又好又快地完成了11區(qū)的澆筑[2]。

1.4 大體積混凝土裂縫綜合控制

對于約束較大的底板大體積混凝土施工，施工過程中主要控制兩類關(guān)鍵內(nèi)容，即溫度控制和減少混凝土收縮。溫度控制主要是采取各種措施控制溫差，減少溫度應(yīng)力對混凝土產(chǎn)生的不利影響。主要采取的措施有：可能條件下降低混凝土強度設(shè)計等級或采用60 d、90 d齡期強度；選擇中、低熱水泥種類；采用合理的水膠比；適當加大粗骨料粒徑或按比例摻加人工手擺石、添加摻和料及外加劑；降低原材料、拌和水溫度以降低入模溫度[3]。主要作用是降低混凝土最高絕熱溫度、降低拌和料水化熱、延遲混凝土升溫時間；同時采用混凝土體內(nèi)降溫及外部保溫以減少混凝土構(gòu)件各階層溫度梯度，降低早期溫度應(yīng)力對混凝土產(chǎn)生的危害。本項目結(jié)合項目條件及施工期氣溫情況，調(diào)整了水泥品種、改善級配、砂石料降溫、拌和用水加冰、底板內(nèi)布設(shè)循環(huán)水降溫、外部加棉被及塑膜保溫、測溫控制等技術(shù)措施，保證了混凝土溫控效果。

混凝土收縮的種類、時間相對比較復雜，目前還有許多問題亟待解決。對大體積混凝土，通常減少混凝土收縮的措施是利用后澆帶控制平面尺寸、優(yōu)化配合比、控制水泥中鋁酸三鈣含量、減少構(gòu)件約束或采用補償性混凝土取代。

混凝土的收縮相對變形值可按式（1）計算：

式中：著y（t）為齡期t時混凝土收縮引起的相對變形值；著y0為在標準試驗狀態(tài)下混凝土最終收縮的相對變形值，取 3.24伊10-4；M1、M2、…、M11為考慮各種非標準條件的修正系數(shù)，與水泥品種、水膠比、養(yǎng)護環(huán)境、摻和料等因素有關(guān)，可通過查表取用[4]。

根據(jù)現(xiàn)場實際，并利用Midas gen軟件進行混凝土仿真模擬計算，本項目采用補償性混凝土配合加強帶的技術(shù)措施，以減少混凝土收縮。11區(qū)混凝土采用60 d齡期，強度等級C40、抗?jié)B等級P8；加強帶強度等級C45、抗?jié)B等級P8?；炷良壟渲袚郊覵Y-T型膨脹劑，摻量為8%，加強帶摻量12%，加強帶寬度為2 m。經(jīng)配合比驗證，齡期28 d底板限制膨脹率為逸0.02%；加強帶限制膨脹率逸0.03%。混凝土澆筑完成后，及時用棉被塑膜覆蓋，并采取濕養(yǎng)14 d[5]。

1.5 應(yīng)用效果分析

施工過程中，由于是高溫季節(jié)，加之拌和站條件有限，采用的是人工加冰降低水溫，在當日高溫階段，入模溫度略有增高。根據(jù)測溫結(jié)果，加強帶溫度高于外側(cè)溫度8~10益，這是由于加強帶混凝土強度等級高于外側(cè)且膨脹劑摻量高于外側(cè)而造成。摻加膨脹劑后對混凝土的養(yǎng)護要求較高，必須要充分濕養(yǎng)，才能發(fā)揮較好的效果，為達到控制混凝土內(nèi)外溫差的要求，養(yǎng)護的水溫需要嚴格控制。經(jīng)過一系列的溫控措施和減少混凝土收縮的措施，總體達到了預期控制溫度應(yīng)力和混凝土收縮產(chǎn)生的影響。

2 爬模系統(tǒng)的選擇與應(yīng)用

在超高層建筑施工中，核心筒的施工技術(shù)是引領(lǐng)超高層施工的核心技術(shù)，也是控制項目成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保及施工進度的關(guān)鍵。由于涉及內(nèi)容較多，文中僅對爬架與模板體系的選擇與應(yīng)用作一分析。

2.1 核心筒基本概況

核心筒平面見圖3、圖4所示，核心筒結(jié)構(gòu)概況見表1。

2.2 爬模架體類型、機位布設(shè)及模板設(shè)計

在超高層建筑施工中，采用爬模體系施工是較經(jīng)濟的一種技術(shù)工藝。而爬模中的爬架，按照其附著方式、提升方式，分類也較多。隨著施工技術(shù)的不斷進步，像整體爬升平臺等綜合豎向施工技術(shù)工藝，也愈來愈多地涌現(xiàn)出來。在選擇爬模系統(tǒng)時要綜合經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)特點、工期要求、社會資源、操作水平和方法等進行綜合對比。

圖3 首層核心筒平面圖示意圖Fig.3 Plane of the first floor core tube

圖4 屋頂核心筒平面圖示意圖Fig.4 Plane of the roof core tube

表1 核心筒結(jié)構(gòu)概況信息表Table1 Profile information table of coretubestructure

由圖3、圖4及表1可見，本項目筒體結(jié)構(gòu)外廓呈橄欖形，豎向?qū)痈吆蜋M向結(jié)構(gòu)變化較多，筒體內(nèi)分為3個筒室。在選擇架體類型時，受幾個方面的制約：1）有3個筒室，分別在南北筒室設(shè)計有水平結(jié)構(gòu)、在中筒內(nèi)有1個平臺板，分隔較多；2）考慮垂直運輸，分別在南、北兩個筒體內(nèi)布設(shè)自升式動臂塔吊各1臺，在中筒平臺板兩側(cè)各布置1臺臨時施工電梯。南北筒體內(nèi)水平結(jié)構(gòu)需待塔吊爬升后施工；3）層高有18次變化，平面有4次變化，筒體外墻有5次變截面，內(nèi)墻有3次變截面。

考慮結(jié)構(gòu)特點、經(jīng)濟性及豎向施工步距，綜合社會資源、架體需承受荷載情況、層高變化情況等因素，選擇輕型液壓爬升架體多卡SKE50型爬模系統(tǒng)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2，爬模系統(tǒng)形式見圖5。南、北筒體內(nèi)側(cè)液壓爬升架體SKE50合計22榀，中筒體內(nèi)布設(shè)2臺HGY21型布料機，液壓爬升架體CLIMBING80合計16榀，外側(cè)液壓爬升架體合計38榀，內(nèi)外機位共計44個，具體機位布置見圖6。

表2 SKE50主要技術(shù)參數(shù)Table2 Main technical parameters of SKE50

圖5 多卡SKE50爬模系統(tǒng)剖面圖Fig.5 Profile of DOKA SKE50 climbing formwork system

圖6 2~21層爬模平面機位布置圖Fig.6 Plane location layout of 2F~21F climbing formwork machine

模板設(shè)計以標準層層高為依據(jù)，考慮上、下層沿口連接，選定4.5 m，非標準層不足部分以散拼模板補足。由于結(jié)構(gòu)外緣以弧線為主，模板結(jié)構(gòu)采用鋼框木模，內(nèi)外模板用對拉螺桿連接。為減少模板修整和更換次數(shù)，木模材質(zhì)選用質(zhì)量較好的進口VISSA膠合板材，為保證弧線圓順度和操作方便，模板長度按各機位設(shè)計。

爬模通常在施工完首層結(jié)構(gòu)后進行組裝。本項目首層高11.5 m，為減少高支模施工的危險及節(jié)約模板，直接在首層進行模板的組裝，首層增加1節(jié)2.0 m散拼模板，分3次澆筑，首層澆筑完成后安裝爬架，組裝爬模系統(tǒng)。

3號塔樓核心筒墻體內(nèi)外側(cè)及中筒平臺板同步施工，從2層開始墻體使用爬模系統(tǒng)施工，平臺板采用鋁合金模板及支架施工。從首層至屋面層（標高：-0.100~+294.400 m），共計澆筑69次，架體爬升64次。

2.3 構(gòu)造

外部架體按照5層設(shè)計，內(nèi)部架體3層，架體各作業(yè)層見圖5。設(shè)計架體均布荷載控制在4 kN/m2[6]。架體總高度16.5 m，其中模板操作層高4.8 m。由于標準層為4.5 m，同時架體總高受規(guī)范限制，考慮層高變化較多，在頂部鋼筋作業(yè)層內(nèi)側(cè)增加1.2 m高作業(yè)架。

在中筒內(nèi)西端分別布設(shè)各1臺臨時施工電梯。沿筒體內(nèi)墻側(cè)架體，為考慮內(nèi)部豎向交通，避開電梯位置下掛6層，利用與墻體同步澆筑的平臺板，使其與臨時施工電梯形成交通連接。

由于爬架需2次穿越桁架牛腿，在此位置設(shè)計為可拆連接桿件和走道板。

2.4 爬升與結(jié)構(gòu)變化

筒體內(nèi)外爬架分別整體爬升，爬升動力采用液壓千斤頂，爬升構(gòu)造見圖7。

圖7 SKE50提升構(gòu)造圖Fig.7 SKE50 lifting structure

結(jié)構(gòu)平面在2~24層、25~42層、43~45層、46~56層、57~屋頂層分別經(jīng)過4次變化，對應(yīng)性架體機位也需進行適應(yīng)性調(diào)整，最終調(diào)整后機位見圖8。平面變化時通過爬模自身體系，利用爬錐、支撐桿件收縮調(diào)整；南北兩端部拆除局部機位實現(xiàn)尺寸改變。截面改變時導軌處支墊木塊，平行過渡。對架體內(nèi)側(cè)，平面改變致使縫隙過大時，增加可翻轉(zhuǎn)平臺板。層高變化時，增加爬升次數(shù)或模板上部增加散拼模板。各作業(yè)層穿越桁架層牛腿時，根據(jù)爬升位置，預先設(shè)計好可拆裝連接桿件，當爬升至牛腿位置時，分別拆除影響部位的連接桿件穿越后重新連接。設(shè)計時對各斷開狀態(tài)驗算其爬升整體穩(wěn)定性。

圖8 57層~屋頂層爬模平面機位布置圖Fig.8 Plane location layout of climbing formwork machine for 57F~roof floor

2.5 應(yīng)用效果分析

在首層即開始使用爬升模板，既可以節(jié)約模板，又可以減少高支模的危險。在地面拼裝模板，可容易校驗模板設(shè)計的適應(yīng)性，減少了高空安裝模板的難度。首層施工時，由于還無法固定爬架，需先搭設(shè)臨時腳手架滿足施工。在模板設(shè)計上，需結(jié)合澆筑結(jié)構(gòu)特點選擇模板結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計[7]。首層至8層結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計有鋼板剪力墻，受開孔率影響，無法直接使用對拉螺桿，需在鋼板墻上焊接錐臺螺母，以滿足對拉需要，施工中由此而影響了預期的工期設(shè)想。施工過程中及時保養(yǎng)模板，利用伸臂桁架安裝的過程，更換維修模板，減少了模板影響的施工時間。首次爬升時，利用的是原有的液壓千斤頂動力系統(tǒng)，未進行適應(yīng)性改造，而造成了爬升時間過長，及時更新后，才達到了預期效果。經(jīng)過幾個樓層的施工調(diào)整，標準層平均5 d 1層，最快可3.5 d完成1層。

在遇到臺風襲擊時，架體要通過模板與已澆筑混凝土連成整體，外圍護部分應(yīng)加固。

3 垂直運輸設(shè)備的選擇與應(yīng)用

超高層建筑施工的主要垂直運輸設(shè)備包括塔式起重機、物料提升機（臨時施工電梯）。這些設(shè)備的種類、規(guī)格、型號很多，各自具有獨特的技術(shù)性能和作業(yè)范圍[8]。選擇時需要考慮的主要因素包括結(jié)構(gòu)特點、工期要求、場地施工條件、成本要求、內(nèi)部或外部資源情況等。

3.1 塔吊選擇

超高層建筑施工中，塔吊是最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其種類、型號、布設(shè)位置選擇的合理性，將對整體進度、安全、成本產(chǎn)生直接影響。塔吊類型和數(shù)量選擇主要考慮以下幾方面：1）構(gòu)件的最大起重量及回轉(zhuǎn)半徑，在考慮回轉(zhuǎn)半徑時要考慮起吊位置和安裝位置；2）附著方式和爬升方法；3）主要運輸工作量和材料種類；4）場地條件；5）工期要求；6）與物料提升機（臨時施工電梯）的匹配；7）成本控制。

采用外框附著式塔吊，由于附臂附著原因，將會影響外幕墻的安裝，致使外墻不能形成封閉。項目所在地珠海是強臺風多遇地區(qū)，外幕墻不封閉對結(jié)構(gòu)內(nèi)部施工產(chǎn)生較多影響，對塔吊的防護要求也較高；且本項目鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較重，需要較大回轉(zhuǎn)半徑，而場地條件又受限。結(jié)合筒體內(nèi)部尺寸，綜合對比各項條件考慮采用2臺內(nèi)爬式塔吊?？紤]3號塔樓平面及周邊場地情況（見圖9），以及構(gòu)件重量、塔吊回轉(zhuǎn)半徑，選擇型號為澳大利亞FAVCO M900D和中聯(lián)重科LH800-63變幅式動臂塔吊。其中M900D塔機塔身高60 m，最大起重臂70 m，最大起重量64 t，起重力矩為12 000 kN·m。其回轉(zhuǎn)半徑和性能見圖10，實際使用時安裝42.5 m臂長。LH800-63安裝臂長35 m，起重力矩9 800 kN·m。最重起吊構(gòu)件為伸臂桁架牛腿部分，經(jīng)設(shè)計優(yōu)化后為54 t，當滿足最大起重量時回轉(zhuǎn)半徑為22 m；考慮吊具、鋼絲繩等因素，可滿足要求。

圖9 3號塔樓平面及周邊場地圖Fig.9 Plane and surrounding field map of tower No.3

圖10 M900D塔吊回轉(zhuǎn)半徑和性能表Fig.10 M900D tower crane rotation radius and performance table

采用動臂塔吊可以最大限度地減少盲點，但能耗相對大，吊運速度略低。選擇多臺塔吊組合運輸，有條件時可多種型號匹配，發(fā)揮最大組合效率。

3.2 物料提升機（臨時施工電梯）的選擇

多數(shù)材料如砌體、裝飾裝修、水電通風管線、幕墻所用材料，均需采用電梯來運輸，同時保證各樓層人員出入工作面。電梯類型、數(shù)量和位置選擇主要考慮以下幾方面因素：1）結(jié)構(gòu)特點及建筑物高度；2）主要運輸工作量和材料種類；3）工期及主要節(jié)點；4）安全防護通道位置；5）與核心筒的銜接。

超高層建筑施工時通常選用人貨兩用電梯，來保證人員和材料的運輸。本項目在選用電梯時為保證核心筒施工，在位于筒體中筒電梯井內(nèi)西側(cè)，布設(shè)2臺臨時電梯，受電梯井尺寸影響，選擇型號為SC200單梯單籠電梯。在施工完首層筒體結(jié)構(gòu)后即開始安裝。電梯基礎(chǔ)設(shè)在地下室。在外框架結(jié)構(gòu)施工至20層時，在塔樓西側(cè)安裝2臺單梯雙籠型號為 SC200及SC200/200G電梯。安裝在此是考慮塔樓南側(cè)和東側(cè)為鋼結(jié)構(gòu)堆放和起吊位置，而西側(cè)緊鄰場內(nèi)通道，且不受塔吊影響。

為了控制施工成本，電梯的安裝時間需統(tǒng)籌安排，依據(jù)樓層施工高度和各工序展開的情況確定。屆時各類交叉工序陸續(xù)展開，各層豎向流水已形成。

3.3 應(yīng)用效果分析

塔吊需在地下室底板施工時安裝，既滿足后續(xù)施工需要，又同時滿足地下室施工需要。若后續(xù)施工需多臺塔吊時，可先安裝1臺，其他根據(jù)施工條件，利用已裝塔吊安裝。安裝塔吊橫梁的預埋件，需經(jīng)驗算，并復核預埋件處混凝土受力狀態(tài)。塔吊采用外部附著式會影響外幕墻施工；而采用內(nèi)爬式，則會影響筒體內(nèi)水平結(jié)構(gòu)施工。無論采取哪種形式，都需要安排好筒體爬模施工、外部結(jié)構(gòu)施工與塔吊之間的步距，否則會產(chǎn)生相互影響。采用整體平臺，將塔吊固定在整體爬升平臺上，則可以避免這種相互影響，但總體費用較高。

在主體結(jié)構(gòu)達到一定高度時，各主要工序已逐步展開，需合理規(guī)劃塔吊作業(yè)范圍內(nèi)的場地中各類材料的存放，有序安排材料進場時間，控制各類材料的吊運時間。在安排塔吊和電梯運輸材料時需統(tǒng)籌考慮各工序作業(yè)順序、每班作業(yè)量，將運輸按照時間節(jié)段分類控制；在電梯使用上，采取樓層轉(zhuǎn)接方式，可充分發(fā)揮電梯的運輸效率。

考慮垂直運輸設(shè)備數(shù)量時，要合理安排主體結(jié)構(gòu)的工期，以便充分發(fā)揮垂直運輸設(shè)備的利用效率，同時要考慮設(shè)備維修、保養(yǎng)及自然氣候的影響。

臨時施工電梯屬高空載人機械，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)提高安全系數(shù)來保障安全運行，同時還要設(shè)置多種安全保護裝置，包括電氣安全保護裝置和防墜安全保護裝置[7]。在電梯操作人員、操作規(guī)程方面以及運輸人員時，要制定嚴格的管理制度，并隨時檢查。

4 結(jié)語

在選擇施工工藝或施工設(shè)備時，必須依據(jù)項目實際條件和各類影響因素，經(jīng)多方對比。首先要滿足其適用性和安全性要求，其后再根據(jù)成本情況、先進性進行選擇。因各項目情況差異較大、超高層建筑施工中涉及的施工技術(shù)及設(shè)備非常多，文中并不能涵蓋，僅從3個方面結(jié)合實際項目的應(yīng)用，加以簡要闡述分析，說明其選擇的主要影響因素和方法，為同類項目施工提供實例參考。