超高層建筑快速施工保障措施*

楊 磊，姜繼果，薛曉宏，黃正業(yè)，羅云輝

(中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

超高層建筑在施工時面臨體量大、投資大、工序多、交叉施工作業(yè)多、空間作業(yè)面小等問題，為確保施工工期，需采取施工進(jìn)度控制措施，以保證項目按時竣工。關(guān)于建筑工程施工進(jìn)度管理及控制措施，已有不少研究，包括對施工進(jìn)度控制原理及重要性的研究。影響施工進(jìn)度的因素主要包括內(nèi)部因素和外部因素，外部因素有建設(shè)單位、監(jiān)理單位和各分包單位的影響等，內(nèi)部因素有人員、設(shè)備、材料、施工場地等方面的影響。建設(shè)工程進(jìn)度控制為工程管理工作中的重要環(huán)節(jié)，直接決定工程能否順利完成。因此，對建設(shè)工程施工進(jìn)度控制的研究，無論對建設(shè)單位還是施工單位都具有十分重要的意義。本文依托綠地絲路全球文化中心項目，從施工管理措施和快速施工技術(shù)角度介紹對施工整體進(jìn)度的控制，具有一定指導(dǎo)意義。

1 工程概況

綠地絲路全球文化中心項目包括2棟超高層、1棟高層、1棟多層商業(yè)及裙房和地下車庫，總建筑面積315 114.24m2。其中，2棟超高層建筑地上36層，采用矩形鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高144.450m；地下2層，基礎(chǔ)埋深11.4m。該項目完成主體混凝土結(jié)構(gòu)及外玻璃幕墻、亮化工程的工期要求為8個月，工期緊，且項目施工場地狹小、體量大，對人員、材料和設(shè)備的投入大，交叉作業(yè)多，工序銜接多，對各施工隊伍的管理難度大，需采取有效措施，保障工程按期完成。

2 施工計劃保證體系

建立完善的施工計劃保證體系是確保施工順利、保證工期的重要措施。本項目采用立體施工計劃管理模式，由總進(jìn)度控制計劃和分階段進(jìn)度計劃組成?？傔M(jìn)度計劃控制施工進(jìn)程的整體走向，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各專業(yè)施工；分階段計劃依照總計劃安排，根據(jù)不同施工階段、不同專業(yè)的實際情況進(jìn)行細(xì)致分工。在建立施工分級計劃的基礎(chǔ)上，制定各類派生保障計劃，主要包括施工準(zhǔn)備工作計劃、圖紙發(fā)放計劃、施工方案編制計劃、業(yè)主制定分包計劃、主要設(shè)備和材料進(jìn)場計劃及驗收計劃。體系構(gòu)成如圖1所示。

圖1 立體施工計劃管理體系

通過采取一定的管理措施對整個施工進(jìn)程進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控，對分區(qū)分項進(jìn)度及時督促、定期分析，并通過計劃調(diào)整逐級得到保證。

施工前各分包單位應(yīng)根據(jù)整體施工計劃及自身施工特點制定具體的施工執(zhí)行計劃，并提交施工單位審批，審批通過后應(yīng)嚴(yán)格按計劃施工。施工過程中責(zé)任工程師應(yīng)在現(xiàn)場定期檢查分項工程的工作完成比例與計劃進(jìn)度是否吻合，并檢查施工質(zhì)量。管理過程中應(yīng)做到協(xié)調(diào)管理，加強業(yè)主、項目管理人員、各分包單位和供貨廠商的聯(lián)系，加強各方協(xié)作，明確各自職責(zé)，盡量減少施工過程中出現(xiàn)矛盾和薄弱環(huán)節(jié)，實現(xiàn)整個施工過程的動態(tài)平衡，避免出現(xiàn)施工人員不能及時到崗、施工材料不能及時供應(yīng)、施工設(shè)備不能及時進(jìn)場的現(xiàn)象。施工過程中還應(yīng)做到交叉施工管理，主體結(jié)構(gòu)施工時可穿插裝修、幕墻、管線等分項工程的施工，同時確保交叉施工不對已完成施工的結(jié)構(gòu)造成破壞，在保證施工質(zhì)量的前提下，盡量確保各項工序同時進(jìn)行，以保證施工工期。施工過程中還要加強資金管理，施工前編制整個施工階段的現(xiàn)金流量表，做好預(yù)算管理，做到資金的動態(tài)平衡管理，避免資金短缺。

3 施工技術(shù)保障措施

3.1 鋼管混凝土側(cè)拋免振澆筑技術(shù)

在鋼管柱適當(dāng)位置上開設(shè)澆筑孔，然后在已施工完成的鋼筋桁架樓承板上搭設(shè)混凝土澆筑泵泵管，利用混凝土泵壓力將微膨脹自密實混凝土泵送至鋼管內(nèi)，直至注滿整根鋼管柱。用泵管專用卡箍連接截止閥與混凝土泵管，截止閥另一端連接短鋼管，短鋼管壁厚不得小于混凝土輸送管壁厚，端頭采用壓口處理，鋼管口應(yīng)深入鋼管柱內(nèi)側(cè)且靠口朝下，避免混凝土在澆筑過程中對鋼管側(cè)壁造成過大壓力。

為避免因開孔數(shù)量過多導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低，采取隔層開孔，為便于施工，澆筑孔應(yīng)設(shè)在鋼管柱中間位置并朝向建筑內(nèi)側(cè)，且應(yīng)靠近每層樓承板上表面，其中心位置距樓承板600mm，澆筑孔直徑為300mm；在澆筑孔正下方距樓承板100mm位置開設(shè)1個φ20排氣孔，便于混凝土澆筑時排出鋼管內(nèi)部氣體，如圖2所示。

圖2 鋼管柱側(cè)壁開孔

該工藝施工流程為：柱頂部開孔→連接截止閥及混凝土輸送管→試配鋼管混凝土→單根鋼管柱混凝土運送到場→現(xiàn)場檢測混凝土坍落度及坍落擴(kuò)展度→澆筑微膨脹自密實混凝土→混凝土試塊制作→澆筑完成→拆除混凝土輸送管及截止閥→混凝土養(yǎng)護(hù)→焊接封口鋼板?；炷羵?cè)拋澆筑如圖3所示。

圖3 混凝土側(cè)拋澆筑

為檢驗側(cè)拋澆筑混凝土質(zhì)量，澆筑完成14d后，選取一定數(shù)量的鋼管混凝土柱進(jìn)行超聲波檢測，采用水平對測的方式檢查混凝土密實度。

根據(jù)工程經(jīng)驗，混凝土中超聲波聲速為3. 650～ 4. 900km/s，鋼材中超聲波聲速一般為5.900km/s。由檢測結(jié)果可知，超聲波聲速為4.098～4.717km/s，均沿混凝土傳播，沒有沿鋼管傳播，說明鋼管內(nèi)部不存在明顯的脫空缺陷；部分檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)聲時較長、聲速較小的情況，說明對應(yīng)位置處混凝土可能存在孔洞缺陷，但混凝土整體密實度良好。

側(cè)拋免振澆筑技術(shù)施工工藝簡單，無須動用塔式起重機(jī)和布料機(jī)等大型設(shè)備，且對泵送設(shè)備的泵送壓力要求不高，普通工人即可完成操作；占用施工空間少，工人可直接在施工完成的鋼筋桁架樓承板上進(jìn)行施工，保證施工安全；其最大的優(yōu)勢為澆筑時間短，且鋼框架安裝與混凝土澆筑可錯開4～6層，保證上下結(jié)構(gòu)同時施工，可有效提升施工效率，縮短施工工期。

3.2 鋼筋桁架樓承板免落地支撐技術(shù)

鋼筋桁架樓承板由鋼筋桁架和底部壓型鋼板焊接而成，剛度較大，可實現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，在施工過程中可保證各處鋼筋間距和混凝土保護(hù)層厚度一致，有利于保證施工質(zhì)量和施工效率。但當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大時，鋼筋桁架樓承板剛度無法抵抗其自身重力和施工荷載，跨中撓度變形會超過規(guī)定限值，這時需設(shè)置臨時支撐來抵抗變形。該項目外框架轉(zhuǎn)角處跨度>5m，跨度較大，施工時需在樓承板下設(shè)置臨時支撐。傳統(tǒng)的臨時支撐多為滿堂鋼管支撐，耗材較多，安裝及拆卸過程較復(fù)雜，需大量勞動力，且須支撐在下一層已施工好的樓承板上，導(dǎo)致整個施工過程只能自下而上進(jìn)行，施工效率低。

為解決上述問題，設(shè)計一種免落地臨時支撐，如圖4所示。該支撐由主、次龍骨及其之間的傳力桿組成，次龍骨沿框架梁方向布置，根據(jù)現(xiàn)場實際情況選取長木條或直徑較小的圓鋼管，直接與樓承板下底面接觸。主龍骨選擇槽鋼或H型鋼，其長度按跨度大小現(xiàn)場裁定，同時要保證其兩端在結(jié)構(gòu)主梁下翼緣上有足夠的搭接長度，確保其穩(wěn)定性。主龍骨與次龍骨間沒有相互接觸，在其之間設(shè)置傳力桿，傳力桿長度按主、次龍骨間長度進(jìn)行裁定，采用實心圓鋼，上部薄方形墊片用于支撐次龍骨，傳力桿下部用卡箍與主龍骨固定。這種臨時支撐構(gòu)造簡單，不占用下層施工空間，可保證垂直方向樓層同時施工，施工效率高。

圖4 鋼筋桁架樓承板臨時支撐

基于有限元模擬對該臨時支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置優(yōu)化，根據(jù)結(jié)構(gòu)實際尺寸、材料屬性構(gòu)建鋼筋桁架樓承板臨時支撐有限元模型，并根據(jù)現(xiàn)場施工情況施加邊界條件和上部荷載。通過改變臨時支撐布設(shè)形式，對比各模型下鋼筋桁架樓承板撓度大小，從而分析各臨時支撐布置形式對樓承板受力性能的改善情況，對布設(shè)方案提出最終優(yōu)化。鋼筋桁架樓承板臨時支撐應(yīng)力如圖5所示。

圖5 鋼筋桁架樓承板臨時支撐應(yīng)力云圖(單位：Pa)

3.3 設(shè)置后澆帶水平傳力構(gòu)件

由于后澆帶的存在，原本完整的主體結(jié)構(gòu)被分割成幾塊獨立的個體，其整體剛度受到影響，受外部荷載作用時，部分主體結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生較大變形。特別對于深基坑工程，基坑回填時，后澆帶一般還未進(jìn)行混凝土澆筑，較大的土壓力易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移。本項目在地下車庫北側(cè)設(shè)置的后澆帶距擋土墻只有11.7m，極易受土壓力影響。面對這種問題，在基坑回填前，于后澆帶內(nèi)對撐一些短鋼材作為水平傳力構(gòu)件，用以抵抗回填土造成的結(jié)構(gòu)水平位移。其原理如圖6所示。

圖6 水平傳力構(gòu)件原理

為研究后澆帶水平傳力構(gòu)件抵抗結(jié)構(gòu)水平位移的效果，并優(yōu)化水平傳力構(gòu)件布置方案，構(gòu)建有限元模型，根據(jù)實際情況施加邊界條件和荷載，通過選取不同截面形式水平傳力構(gòu)件、不同水平傳力構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)連接形式和布設(shè)間距，計算不同工況下對應(yīng)的結(jié)構(gòu)最大水平位移，選取最合理的水平傳力構(gòu)件布設(shè)方式。后澆帶水平傳力構(gòu)件應(yīng)力如圖7所示。

圖7 后澆帶水平傳力構(gòu)件應(yīng)力云圖(單位：Pa)

3.4 施工進(jìn)度控制成效

超高層建筑5號主體結(jié)構(gòu)于2020年10月15日開工，2021年6月25日完工，總工期254d；7號主體結(jié)構(gòu)于2020年11月1日開工，2021年6月30日完工，總工期242d，均在預(yù)定工期內(nèi)完工。其標(biāo)準(zhǔn)層核心筒和外框架施工基本控制在4d，具體施工進(jìn)度計劃如表1，2所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)層核心筒施工計劃

表2 標(biāo)準(zhǔn)層外框架施工計劃

4 結(jié)語

超高層建筑施工體量大，分項多，要在保證質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，最大限度確保施工進(jìn)度，縮短施工工期。施工前應(yīng)建立完善的計劃保證體系，對各分項工程中人員、設(shè)備投入及施工進(jìn)度控制都應(yīng)做出明確規(guī)定，在施工過程中對各施工方做好統(tǒng)籌管理。同時在施工過程中還應(yīng)依據(jù)實際情況，從提高施工效率、減少人員和施工資源浪費等角度出發(fā)，對施工技術(shù)做出改進(jìn)，從而起到加快施工進(jìn)度的作用。