上海中心大廈地下超大型勁性混凝土結構施工關鍵技術

上海建工一建集團有限公司 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易區，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。主樓區域地下室主體結構由核心筒、巨型柱、角柱、翼墻組成，其中豎向結構均為超大型勁性混凝土結構（圖1）。巨型柱位于核心筒四周，截面尺寸為370 cm×530 cm；角柱位于結構的角部，截面尺寸為240 cm×550 cm。核心筒由內墻及外墻組成，其中外墻厚度為120 cm，內墻厚度為90 cm。翼墻厚度為200 cm，兩端分別與巨型柱、核心筒翼墻相連。巨型柱和角柱內設有鋼結構組合柱，核心筒墻體和翼墻內設有鋼柱和剪力鋼板。核心筒剪力墻內設置最厚達75 mm的單層鋼板，翼墻內設置最厚達105 mm的雙層鋼板。

2 超大型勁性混凝土結構鋼筋施工技術

圖1 地下室巨型結構三維模型透視示意

勁性混凝土結構施工中普遍存在的難點是鋼筋與鋼結構之間往往存在位置關系的矛盾，造成鋼筋綁扎困難[1-4]。柱、墻內存在大量鋼結構，使得鋼筋綁扎過程主要面臨三大問題：第一，鋼結構縱橫分布、連續布置，鋼結構與鋼筋的空間位置關系復雜，鋼筋難以穿越鋼結構；第二，節點處鋼結構密集，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鋼筋及拉結筋（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構與鋼筋一體化深化模擬

為提早發現鋼筋綁扎施工中與鋼結構的位置矛盾，采取數字化三維建模技術，利用專業建模軟件建立鋼結構深化設計模型，將鋼筋、鋼結構開洞進行綜合設計。針對鋼筋穿過鋼結構困難、難以錨固的問題進行了針對性研究，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，在具體實施過程中都得到了應用，取得了較好的效果。

2.2 鋼筋施工技術

主樓區采用順作法施工，主樓地下室結構施工期間，主、裙樓之間的地下連續墻及圍檁尚未拆除，因此在圍檁一圈的地下結構留設了豎向施工縫，預留水平梁板結構鋼筋，以便將來同周邊裙樓地下室結構鋼筋連接。

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→混凝土保護層墊塊安裝→鋼筋驗收→模板封閉、加固、驗收、校正→梁、平臺板鋼筋安裝→插筋固定→混凝土澆筑。鋼筋運輸采用布置在主樓底板上的2 臺M1280D塔吊、1 臺機動進場的500 kN汽車吊進行，鋼筋吊運至地下室后由人工分散搬運至安裝點。

通過模擬試驗，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，最后綁扎鋼板外側墻體鋼筋。綁扎時先把墻體水平縱向鋼筋按設計要求的間距擱置在鋼板的栓釘內側，并進行臨時綁扎固定，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，同時跟進綁扎墻體雙層鋼板之間的拉結鋼筋。

3 模板工程施工技術

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；對拉螺栓采用Φ15 mm高強螺栓，水平間距1 000 mm，對拉螺栓外側與雙榀槽鋼螺帽連接，內側與焊接在墻內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角件拉結件進行加強，防止模板產生較大的變形。

圖3 巨型柱及翼墻的一體化模板布置

由于翼墻內存在2 道抗剪鋼板，如采用常規墻體模板工程的布置形式，則對拉螺桿無法穿過抗剪鋼板，為保證對拉螺栓受力連續的問題，在雙層抗剪鋼板之間現場增設傳力拉桿方案，可保證對拉螺栓受力的連續性，對控制抗剪鋼板、模板體系的變形也較為有利。具體做法是在對拉螺桿相應位置的雙層抗剪鋼板之間設置14 mm×50 mm的傳力鋼板條，鋼板的間距與對拉螺桿相同，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上述問題進行受力性能分析，計算結果驗證了配模方案合理、可靠，混凝土澆搗期間受力、抗變形能力均滿足要求。

4 基于抗裂控制的強約束高強混凝土配置技術

4.1 高強高性能混凝土配置技術

對工程用高強混凝土進行了配置技術及試驗研究。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級高強水泥、S95級礦粉、Ⅱ級粉煤灰的雙摻，控制水泥用量，減小混凝土內部的絕熱溫升，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混凝土、低流態混凝土及普通混凝土3 種，分別予以研制，形成適用于結構不同施工部位的混凝土。其中C70高強自密實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，能明顯抑制高強混凝土的早期收縮，有效增強了混凝土的早期抗裂性能。

4.2 混凝土分階段澆搗技術

以主樓區B5層為例進行介紹施工工藝，主樓區B5層地下結構施工布置12 臺汽車泵（臂長56 m汽車泵 4 臺、臂長48 m汽車泵8 臺）和4 臺固定泵進行混凝土澆筑，每臺固定泵分別對應1 臺布料機，布料機的臂長分別為13 m（2 臺，分別位于核心筒內南北兩側）、10 m（2 臺，分別位于核心筒內東西兩側），其中臂長56 m汽車泵布置在4 個取土棧橋平臺上，其余8 臺汽車泵和4 臺固定泵間隔布置于圓形基坑邊同時進行澆筑。

4.2.1 第一階段澆搗

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

4.2.2 第二階段澆搗

由12 臺汽車泵、4 臺固定泵直接布料，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高強混凝土的總量為3 530 m3，按照每臺汽車泵60 m3/h、每臺固定泵35 m3/h的最大泵送速度計算，C50的實際泵送速度約為600 m3/h，本階段混凝土澆搗需用時約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 勁性混凝土結構混凝土澆筑針對性措施[6-9]

根據主樓區地下室鋼結構的施工部署，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行混凝土澆筑：當B4層樓面結構混凝土澆筑完成后，在B4層頂板上搭設施工操作腳手架，采用汽車泵直接布料的方式澆筑B3層至B5層高度范圍內巨型柱中心空腔內的混凝土。同理，當B1層樓面結構混凝土澆筑完成后，在B1層頂板上搭設施工操作腳手架，采用汽車泵直接布料的方式澆筑B0層至B2層高度范圍內巨型柱中心空腔內的混凝土，并將混凝土分別澆至B2層、B0層頂板樓板標高下1 m處，實施結果良好，確保了混凝土的澆搗質量。

超大型鋼筋彌補勁性混凝土結構的混凝土澆搗是工程的一個難題，采取了在鋼結構鋼板上開設流淌孔和澆搗孔的技術措施。在抗剪鋼板、內埋鋼骨封閉腔體的鋼板上預留D150 mm@1 500 mm的流淌孔，在樓層標高下方開設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的流淌孔數量最少，鋼板截面削弱率控制在15%以內，開孔位置鋼板進行補強處理，補強方式為在鋼板兩側焊接厚15 mm、寬100 mm的鋼板加勁環。

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混凝土強度滿足設計要求，為此豎向結構四周外側的500 mm范圍內設置鋼絲網片隔離，以防止高強度混凝土流入梁板內。

5 結語

對上海中心大廈主樓區地下室超大型勁性結構的施工難題進行了研究，提出了相關系列施工技術方案：如建立綜合鋼結構、鋼筋、澆搗孔等于一體的三維模型進行空間關系模擬，提出了鋼筋穿越鋼結構節點的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；建立足尺模型進行鋼筋施工工藝模擬，提出雙層鋼板剪力墻內鋼筋的綁扎施工工藝；設計出超大型墻柱一體超大型勁性混凝土結構的模板配置技術，并進行模板體系的有限元計算分析，計算結果表明模板體系的承載力、變形均滿足要求；研制出低收縮高強高性能混凝土，滿足了強約束混凝土的抗裂控制要求，提出大體量的多標號混凝土一次施工的技術方案。研究成果在上海中心大廈施工中取得較好的效果，可為類似工程的實施提供借鑒。