上海中心大廈地下超大型勁性混凝土結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 工程概述

上海中心大廈工程位于上海市陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，占地面積約3.4 萬m2，總建筑面積約58 萬m2。主樓地上125 層，總高度632 m，地下5 層。主樓區(qū)域地下室主體結(jié)構(gòu)由核心筒、巨型柱、角柱、翼墻組成，其中豎向結(jié)構(gòu)均為超大型勁性混凝土結(jié)構(gòu)（圖1）。巨型柱位于核心筒四周，截面尺寸為370 cm×530 cm；角柱位于結(jié)構(gòu)的角部，截面尺寸為240 cm×550 cm。核心筒由內(nèi)墻及外墻組成，其中外墻厚度為120 cm，內(nèi)墻厚度為90 cm。翼墻厚度為200 cm，兩端分別與巨型柱、核心筒翼墻相連。巨型柱和角柱內(nèi)設(shè)有鋼結(jié)構(gòu)組合柱，核心筒墻體和翼墻內(nèi)設(shè)有鋼柱和剪力鋼板。核心筒剪力墻內(nèi)設(shè)置最厚達(dá)75 mm的單層鋼板，翼墻內(nèi)設(shè)置最厚達(dá)105 mm的雙層鋼板。

2 超大型勁性混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋施工技術(shù)

圖1 地下室巨型結(jié)構(gòu)三維模型透視示意

勁性混凝土結(jié)構(gòu)施工中普遍存在的難點(diǎn)是鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間往往存在位置關(guān)系的矛盾，造成鋼筋綁扎困難[1-4]。柱、墻內(nèi)存在大量鋼結(jié)構(gòu)，使得鋼筋綁扎過程主要面臨三大問題：第一，鋼結(jié)構(gòu)縱橫分布、連續(xù)布置，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋的空間位置關(guān)系復(fù)雜，鋼筋難以穿越鋼結(jié)構(gòu)；第二，節(jié)點(diǎn)處鋼結(jié)構(gòu)密集，縱筋及箍筋的配筋量大，使得鋼筋的綁扎、錨固處理困難；第三，雙層鋼板剪力墻厚200 cm，鋼板間的距離為100 cm，鋼板上密布栓釘，扣除剪力墻兩側(cè)栓釘后的凈距為68 cm，操作空間狹小，2 層鋼板之間配置雙層雙向通長(zhǎng)鋼筋及拉結(jié)筋（圖2），鋼筋綁扎極為困難，必須制定合理的施工工序。

圖2 雙層鋼板剪力墻配筋示意

2.1 基于三維模型的鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋一體化深化模擬

為提早發(fā)現(xiàn)鋼筋綁扎施工中與鋼結(jié)構(gòu)的位置矛盾，采取數(shù)字化三維建模技術(shù)，利用專業(yè)建模軟件建立鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)模型，將鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)開洞進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。針對(duì)鋼筋穿過鋼結(jié)構(gòu)困難、難以錨固的問題進(jìn)行了針對(duì)性研究，通過整體模型的引入，提出了焊接套筒連接、直錨鋼筋開洞穿過、鋼筋彎錨3 種解決方案，在具體實(shí)施過程中都得到了應(yīng)用，取得了較好的效果。

2.2 鋼筋施工技術(shù)

主樓區(qū)采用順作法施工，主樓地下室結(jié)構(gòu)施工期間，主、裙樓之間的地下連續(xù)墻及圍檁尚未拆除，因此在圍檁一圈的地下結(jié)構(gòu)留設(shè)了豎向施工縫，預(yù)留水平梁板結(jié)構(gòu)鋼筋，以便將來同周邊裙樓地下室結(jié)構(gòu)鋼筋連接。

鋼筋綁扎遵循以下施工順序[5]：墻柱模板控制線彈線→墻柱插筋校直（模板限位鋼筋頭焊接）→墻柱豎向鋼筋安裝（包括直螺紋連接）→墻柱橫向鋼筋安裝→混凝土保護(hù)層墊塊安裝→鋼筋驗(yàn)收→模板封閉、加固、驗(yàn)收、校正→梁、平臺(tái)板鋼筋安裝→插筋固定→混凝土澆筑。鋼筋運(yùn)輸采用布置在主樓底板上的2 臺(tái)M1280D塔吊、1 臺(tái)機(jī)動(dòng)進(jìn)場(chǎng)的500 kN汽車吊進(jìn)行，鋼筋吊運(yùn)至地下室后由人工分散搬運(yùn)至安裝點(diǎn)。

通過模擬試驗(yàn)，確定了鋼筋綁扎工序：先綁扎型鋼暗柱部位的墻體暗柱鋼筋，隨后綁扎2 道鋼板之間的墻體鋼筋，最后綁扎鋼板外側(cè)墻體鋼筋。綁扎時(shí)先把墻體水平縱向鋼筋按設(shè)計(jì)要求的間距擱置在鋼板的栓釘內(nèi)側(cè)，并進(jìn)行臨時(shí)綁扎固定，隨后安裝墻體豎向鋼筋，豎向筋全部綁扎完成后，取下預(yù)先擱置在鋼板栓釘上的水平縱向鋼筋自上而下逐皮綁扎，同時(shí)跟進(jìn)綁扎墻體雙層鋼板之間的拉結(jié)鋼筋。

3 模板工程施工技術(shù)

主樓地下室核心筒剪力墻、巨型柱、角柱及翼墻采用散拼散拆的模板的方案，面板采用七夾板；豎向內(nèi)楞采用60 mm×150 mm木方，間距200 mm；水平圍檁采用雙榀8#槽鋼，離地300 mm，豎向間距1 000 mm；對(duì)拉螺栓采用Φ15 mm高強(qiáng)螺栓，水平間距1 000 mm，對(duì)拉螺栓外側(cè)與雙榀槽鋼螺帽連接，內(nèi)側(cè)與焊接在墻內(nèi)鋼板上的接駁器連接。巨型柱及翼墻的一體化模板的平面、剖面布置見圖3。墻柱四角腋角部位模板圍檁采用轉(zhuǎn)角件拉結(jié)件進(jìn)行加強(qiáng)，防止模板產(chǎn)生較大的變形。

圖3 巨型柱及翼墻的一體化模板布置

由于翼墻內(nèi)存在2 道抗剪鋼板，如采用常規(guī)墻體模板工程的布置形式，則對(duì)拉螺桿無法穿過抗剪鋼板，為保證對(duì)拉螺栓受力連續(xù)的問題，在雙層抗剪鋼板之間現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)傳力拉桿方案，可保證對(duì)拉螺栓受力的連續(xù)性，對(duì)控制抗剪鋼板、模板體系的變形也較為有利。具體做法是在對(duì)拉螺桿相應(yīng)位置的雙層抗剪鋼板之間設(shè)置14 mm×50 mm的傳力鋼板條，鋼板的間距與對(duì)拉螺桿相同，沿墻豎向和水平方向均為1 m，傳力鋼板條的兩端與抗剪鋼板之間采用高8 mm焊縫四面圍焊連接。

為此，采用SAP2000通用有限元軟件建立了三維有限元模型對(duì)上述問題進(jìn)行受力性能分析，計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了配模方案合理、可靠，混凝土澆搗期間受力、抗變形能力均滿足要求。

4 基于抗裂控制的強(qiáng)約束高強(qiáng)混凝土配置技術(shù)

4.1 高強(qiáng)高性能混凝土配置技術(shù)

對(duì)工程用高強(qiáng)混凝土進(jìn)行了配置技術(shù)及試驗(yàn)研究。為降低混凝土的收縮，通過摻加聚羧酸系減水劑控制混凝土的用水量。為降低混凝土的溫度收縮，膠凝材料配置采用525級(jí)高強(qiáng)水泥、S95級(jí)礦粉、Ⅱ級(jí)粉煤灰的雙摻，控制水泥用量，減小混凝土內(nèi)部的絕熱溫升，粉煤灰的摻入還可提高混凝土的可泵性。在混凝土配置研制過程中，考慮到為解決高含鋼量的勁性混凝土澆搗困難的問題，將混凝土劃分為免振的自密實(shí)混凝土、低流態(tài)混凝土及普通混凝土3 種，分別予以研制，形成適用于結(jié)構(gòu)不同施工部位的混凝土。其中C70高強(qiáng)自密實(shí)混凝土的早期收縮量與無減縮劑混凝土相比減少幅度在50%～90%之間，大幅抑制了混凝土的干燥收縮，能明顯抑制高強(qiáng)混凝土的早期收縮，有效增強(qiáng)了混凝土的早期抗裂性能。

4.2 混凝土分階段澆搗技術(shù)

以主樓區(qū)B5層為例進(jìn)行介紹施工工藝，主樓區(qū)B5層地下結(jié)構(gòu)施工布置12 臺(tái)汽車泵（臂長(zhǎng)56 m汽車泵 4 臺(tái)、臂長(zhǎng)48 m汽車泵8 臺(tái)）和4 臺(tái)固定泵進(jìn)行混凝土澆筑，每臺(tái)固定泵分別對(duì)應(yīng)1 臺(tái)布料機(jī)，布料機(jī)的臂長(zhǎng)分別為13 m（2 臺(tái)，分別位于核心筒內(nèi)南北兩側(cè)）、10 m（2 臺(tái)，分別位于核心筒內(nèi)東西兩側(cè)），其中臂長(zhǎng)56 m汽車泵布置在4 個(gè)取土棧橋平臺(tái)上，其余8 臺(tái)汽車泵和4 臺(tái)固定泵間隔布置于圓形基坑邊同時(shí)進(jìn)行澆筑。

4.2.1 第一階段澆搗

先采用4 臺(tái)臂長(zhǎng)56 m汽車泵（編號(hào)分別為4#、8#、12#和16#）直接布料、4 臺(tái)固定泵通過布料機(jī)間接布料的方式，澆搗核心筒鋼板剪力墻的C60高強(qiáng)自密實(shí)混凝土至連梁梁底標(biāo)高；同時(shí)8 臺(tái)臂長(zhǎng)48 m汽車泵通過直接布料的方式澆筑巨型柱、角柱、翼墻的C70高強(qiáng)自密實(shí)混凝土至梁底標(biāo)高。隨后按照相同的施工部署，將C60高強(qiáng)自密實(shí)混凝土更換為C60高強(qiáng)低流態(tài)混凝土繼續(xù)澆筑至核心筒板面標(biāo)高，將高強(qiáng)自密實(shí)C70混凝土更換為高強(qiáng)低流態(tài)C70混凝土繼續(xù)澆搗至巨型柱、角柱、翼墻的梁頂標(biāo)高。第一階段施工平面布置見圖4。

4.2.2 第二階段澆搗

由12 臺(tái)汽車泵、4 臺(tái)固定泵直接布料，采用由中心向四周收頭的方式澆搗核心筒以外梁板及框架柱的C50混凝土。C50高強(qiáng)混凝土的總量為3 530 m3，按照每臺(tái)汽車泵60 m3/h、每臺(tái)固定泵35 m3/h的最大泵送速度計(jì)算，C50的實(shí)際泵送速度約為600 m3/h，本階段混凝土澆搗需用時(shí)約9 h。第二階段混凝土澆搗平面布置見圖5。

圖4 第一階段施工平面布置

圖5 第二階段施工平面布置

4.3 勁性混凝土結(jié)構(gòu)混凝土澆筑針對(duì)性措施[6-9]

根據(jù)主樓區(qū)地下室鋼結(jié)構(gòu)的施工部署，抗剪鋼板采用一層一吊的方式。巨型柱分為2 段吊裝，第1段為B2層至B5層的3 層高度，第2段為B0層至B2層的2 層高度，因此巨型柱中心空腔內(nèi)混凝土澆筑需采取合理的施工工序，為此采取了以下施工方式進(jìn)行混凝土澆筑：當(dāng)B4層樓面結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，在B4層頂板上搭設(shè)施工操作腳手架，采用汽車泵直接布料的方式澆筑B3層至B5層高度范圍內(nèi)巨型柱中心空腔內(nèi)的混凝土。同理，當(dāng)B1層樓面結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，在B1層頂板上搭設(shè)施工操作腳手架，采用汽車泵直接布料的方式澆筑B0層至B2層高度范圍內(nèi)巨型柱中心空腔內(nèi)的混凝土，并將混凝土分別澆至B2層、B0層頂板樓板標(biāo)高下1 m處，實(shí)施結(jié)果良好，確保了混凝土的澆搗質(zhì)量。

超大型鋼筋彌補(bǔ)勁性混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土澆搗是工程的一個(gè)難題，采取了在鋼結(jié)構(gòu)鋼板上開設(shè)流淌孔和澆搗孔的技術(shù)措施。在抗剪鋼板、內(nèi)埋鋼骨封閉腔體的鋼板上預(yù)留D150 mm@1 500 mm的流淌孔，在樓層標(biāo)高下方開設(shè)D250 mm的澆搗孔。流淌孔和澆搗孔呈梅花形布置，保證鋼板同一豎向截面內(nèi)的流淌孔數(shù)量最少，鋼板截面削弱率控制在15%以內(nèi)，開孔位置鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，補(bǔ)強(qiáng)方式為在鋼板兩側(cè)焊接厚15 mm、寬100 mm的鋼板加勁環(huán)。

C70、C60混凝土澆筑過程中，必須使C70、C60混凝土溢出至周邊的梁、板寬500 mm范圍，以此來保證柱、墻在梁板的高度范圍內(nèi)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，為此豎向結(jié)構(gòu)四周外側(cè)的500 mm范圍內(nèi)設(shè)置鋼絲網(wǎng)片隔離，以防止高強(qiáng)度混凝土流入梁板內(nèi)。

5 結(jié)語

對(duì)上海中心大廈主樓區(qū)地下室超大型勁性結(jié)構(gòu)的施工難題進(jìn)行了研究，提出了相關(guān)系列施工技術(shù)方案：如建立綜合鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋、澆搗孔等于一體的三維模型進(jìn)行空間關(guān)系模擬，提出了鋼筋穿越鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的3 種處理方式，分別為焊接套筒連接方式、直錨鋼筋開洞穿過方式、鋼筋彎錨方式；建立足尺模型進(jìn)行鋼筋施工工藝模擬，提出雙層鋼板剪力墻內(nèi)鋼筋的綁扎施工工藝；設(shè)計(jì)出超大型墻柱一體超大型勁性混凝土結(jié)構(gòu)的模板配置技術(shù)，并進(jìn)行模板體系的有限元計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果表明模板體系的承載力、變形均滿足要求；研制出低收縮高強(qiáng)高性能混凝土，滿足了強(qiáng)約束混凝土的抗裂控制要求，提出大體量的多標(biāo)號(hào)混凝土一次施工的技術(shù)方案。研究成果在上海中心大廈施工中取得較好的效果，可為類似工程的實(shí)施提供借鑒。