景德鎮(zhèn)陶溪川大劇院施工關鍵技術

張振禮

（上海建工二建集團有限公司，上海 200080）

0 引言

劇院建筑作為文化傳播的集中載體，通常是地方的標志性建筑，起到增添城市的文化氛圍和藝術定位的作用。景德鎮(zhèn)陶溪川大劇院是由德國大衛(wèi)·奇普菲爾德建筑事務所主創(chuàng)設計，整體采用千年瓷都的傳統(tǒng)建筑文化特征搭配現(xiàn)代化建筑簡約風格。本文依托項目施工經(jīng)驗，將施工中遇到的一些共性及特性技術成果進行總結(jié)，為同類型劇院工程施工提供一定的經(jīng)驗分享。

1 工程概況

項目位于江西省景德鎮(zhèn)市珠山區(qū)，朝陽路與陶溪川路交叉口東側(cè)，總建筑面積105635m2，由大、小劇院及3棟附屬商業(yè)樓組成，整體設兩層地下室，普遍區(qū)域基坑開挖深度-10.1m。其中大劇院地上建筑面積24432m2，地上七層，總高度36.0m；小劇院建筑面積7147m2，地上四層。建筑整體將城市歷史文化風格與現(xiàn)代簡約風格相結(jié)合，遵循清水設計理念，外墻大面積設置清水磚，室外連廊選用清水混凝土結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 大劇院實景

劇院主體結(jié)構(gòu)整體采用鋼混框架結(jié)構(gòu)體系，局部懸挑和大跨混凝土結(jié)構(gòu)部位設置預應力混凝土梁，大劇院主舞臺及觀眾廳上空設置鋼結(jié)構(gòu)屋面。

2 工程重、難點分析

2.1 灰?guī)r地質(zhì)條件下深基礎

本工程基坑面積約2.8萬m2，局部深坑挖深達-17.2m，基坑支護采用大直徑灌注樁排樁+預應力錨索懸臂式支護。工程地處喀斯特地貌分布區(qū)域，基底分布巖面起伏、局部平均厚度約2m、巖層強度達38MPa的石灰?guī)r層，地下巖溶發(fā)育較發(fā)達，樁基、深坑高強度巖層開挖施工難度大。

2.2 混凝土主體結(jié)構(gòu)

大劇院東、南、北側(cè)舞臺及小劇院主舞臺上方設有高空大跨度預應力混凝土梁。大劇院觀眾席由馬蹄形曲面踏步結(jié)構(gòu)，2～4層為平面弧形懸挑樓座，懸挑主梁為預應力結(jié)構(gòu)。異型結(jié)構(gòu)分布較多，模架搭設、測量定位難度大。

2.3 清水混凝土結(jié)構(gòu)

前廳5700m2清水混凝土連廊采用連續(xù)雙層空腔板夾梁-柱結(jié)構(gòu)，其中框架柱柱帽為漏斗樁軸線對稱雙曲面結(jié)構(gòu)，其模版選型和設計、拼縫處理、施工工藝優(yōu)化是確保成品效果的重點、要點，前廳連廊局部效果如圖2所示。

圖2 前廳連廊局部效果

2.4 超重大跨度鋼結(jié)構(gòu)

大劇院屋面鋼結(jié)構(gòu)設置在建筑中部核心區(qū)域，其中主舞臺屋面鋼架最大單件重量約20t，觀眾廳屋面鋼桁架最大單榀重量近30t，主舞臺區(qū)域自屋面（+36.0m）至基礎設備坑（-17.0m），觀眾廳區(qū)域自屋面（+23.1m）至首層結(jié)構(gòu)均為超高空腔區(qū)域，吊裝設備選擇、吊裝點設置、吊裝施工難度極大，大劇院屋面鋼結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 大劇院屋面鋼結(jié)構(gòu)模型

2.5 舞臺機械設備

大劇場為經(jīng)典的品字型舞臺結(jié)構(gòu)，由主舞臺、左右側(cè)舞臺和后舞臺組成，其中主舞臺臺面至柵頂凈高約29m，下部設備深坑深17m。舞臺機械功能多、設備復雜、安裝精度要求高，驅(qū)動系統(tǒng)的降噪措施很關鍵。

2.6 建筑聲學裝飾

大劇院觀眾廳前場墻面大面積采用曲面造型GRG+實木木皮，雙曲面GRG板塊為基層，表面貼實木皮的反射裝飾結(jié)構(gòu)，攔河內(nèi)外GRG構(gòu)件裝飾在預應力懸挑板構(gòu)件上。結(jié)構(gòu)設計對構(gòu)件重量有限定需求，為保證聲學效果，需實驗優(yōu)化原材配比，在滿足聲學性能要求的前提下實現(xiàn)輕量化。

2.7 超重異型弧形玻璃幕墻

前廳水連廊區(qū)域幕墻采用6m+3m超白大玻璃幕墻體系，支撐系統(tǒng)采用T型鋼支撐體系，轉(zhuǎn)角位置為90°弧形大玻璃，上部6m高弧形玻璃單片重量達1.5t，無法采用常規(guī)吊裝工藝或吸盤系統(tǒng)安裝，需對安裝裝置進行專項設計和研制。

3 關鍵施工技術

3.1 深坑巖層爆破施工

舞臺臺倉深坑區(qū)域為整體式中風化石灰?guī)r塊巖，屬較硬巖，面積約700m2，石方量約5000m3。為實現(xiàn)快速破巖，采用電子雷管爆破技術，需控制好爆破對基坑圍護結(jié)構(gòu)的擾動及對周邊環(huán)境的影響。結(jié)合施工條件及工期要求，采用預裂爆破+深孔爆破結(jié)合的松動控制爆破方案，將塊巖分隔成破裂帶，將爆破沖擊力分散降低且始終控制在深坑范圍內(nèi)。爆孔分預裂孔、輔助孔、主爆孔三種類型，均采用φ90mm孔徑深孔爆破，根據(jù)計算確定每種炮孔單孔裝藥量，為減少爆破夾制作用，采用多段微差起爆，合理選取微差間隔和爆破參數(shù)。圖4、圖5為爆孔的平面和剖面布置。

圖4 爆孔平面布置

圖5 爆孔剖面布置

（1）外圍預裂孔橫向間距50mm，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，預先起爆將塊巖與周邊巖石隔斷。

（2）預裂孔內(nèi)側(cè)輔助孔二道和主爆孔一道同步爆破。孔底應用復合消能裝藥結(jié)構(gòu)，應用柔性墊層及用于能量反射的球形效能墊塊，阻斷爆破沖擊波向下傳遞，強化向上反射波，實現(xiàn)保護基面不受嚴重擾動和損傷、確保爆破基面平整的目的。

（3）坑內(nèi)其余區(qū)域按方案要求滿布輔助孔及主爆孔，最后同步起爆完成深坑巖層爆破。

3.2 特殊部位結(jié)構(gòu)施工

3.2.1 觀眾席馬蹄形踏步施工

大劇院觀眾席由馬蹄形曲面踏步組成，2層以上為懸挑樓座，最大懸挑長度4.13m，主梁截面為500mm×1000mm，池座踏步高度100~150mm，樓座踏步高度有385mm、480mm及525mm。

模架采用鋼管扣件腳手架體系，立桿環(huán)向設置在踏步中心、逐層對應，各層模架保留至預應力張拉完成。踏步立面模板在板底設置φ14對拉螺栓、上口設置10#鐵絲與底模拉結(jié)固定。觀眾席踏步模架剖面圖如圖6所示。

圖6 觀眾席踏步模架剖面圖

3.2.2 預應力結(jié)構(gòu)施工

本工程多個大跨結(jié)構(gòu)部位設有預應力梁，采用后張法有粘結(jié)預應力技術，如表1所示。

表1 預應力結(jié)構(gòu)分布統(tǒng)計

（1）預應力施工采用一端張拉，一端錨固的形式，大劇院觀眾廳樓座原設計張拉端設置在外側(cè)高懸空部位，張拉施工較為困難。為便于施工，將預應力張拉端調(diào)整至樓座內(nèi)側(cè)，同時盡可能利用已有結(jié)構(gòu)孔洞作為張拉端，減少二次開洞，固定端做法如圖7所示。

圖7 固定端做法節(jié)點示意

（2）預應力梁采用內(nèi)凹式張拉端，在結(jié)構(gòu)中部張拉時設置混凝土加腋。專門用于預應力張拉的孔洞，待預應力張拉結(jié)束后澆筑封堵。

3.3 400T履帶吊基礎胎架加固

大劇院核心區(qū)主舞臺及觀眾廳上空外蓋為大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面，最大跨度36m，單品桁架最大重量27.8t。鋼結(jié)構(gòu)的中心點到結(jié)構(gòu)外輪廓最近距離約39m，屋面相對標高為34.5m。主舞臺下部為設備深坑，觀眾廳下部為階梯樓板，承載能力較低，難以采用整體提升技術安裝。

因鋼結(jié)構(gòu)分布區(qū)域距地下室邊界距離較大，且鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較重，在塔吊起重能力不足情況下，經(jīng)過方案比選最終選用400t履帶吊適當調(diào)整吊裝工作半徑于地下室頂板上吊裝。履帶吊停放吊裝設置在地下頂板消防登高區(qū)域，頂板板厚250mm，主梁截面為500mm×800mm和500mm×1000mm，頂板設計承載力難以滿足要求，需進行加固處理[1]。

（1）履帶吊停放及行走區(qū)域地下室頂板經(jīng)驗算分析采用φ609×10鋼管柱支撐主梁和次梁方式加固，共設置4排5列，自頂板至底板設置，將頂板荷載傳遞至底板，如圖8所示。

圖8 頂板加固平剖面布置

（2）頂板反梁區(qū)域采用碎石+素土分層回填壓實，連接頂板和外部場地。履帶中線間距7.5m、頂板主梁間距7.2m，沿履帶中線、主梁軸線布置6m×3m×0.15m路基箱，履帶就位點須在主梁上。

（3）為確保吊裝過程中支撐胎架體系和結(jié)構(gòu)安全，吊裝期間應對履帶吊傾斜、支撐體系變形情況進行實時檢測。

3.4 異型清水混凝土柱施工

前廳連廊區(qū)域清水混凝土結(jié)構(gòu)設有53根異型清水混凝土柱，柱高9.15m，下部直徑0.65m圓柱段高約7m，柱頂裝飾柱帽為漏斗樁軸線對稱雙曲面結(jié)構(gòu)，直徑由0.65m弧線過度至4.8m，其模板支撐體系選型和深化設計、細部接縫處理和施工工藝控制是本工程的難點和重點。

3.4.1 模架體系選型和驗算

經(jīng)對木模板、鋼模板、鋁合金模板、樹脂類模板和玻璃鋼模板等多種模板體系調(diào)研，綜合經(jīng)濟效益、施工質(zhì)量和效率等多種因素對比比選，最終選用定制加工組合鋼模板及支撐體系。面板選用3mm厚304不銹鋼板，龍骨及法蘭選用12mmQ235鋼板制作和法蘭螺栓固定；柱帽區(qū)域等間距設置水平龍骨4道、豎向龍骨8道，支撐選用φ159×6無縫鋼管+φ14纜風繩，下部圓柱等間距1m設置水平龍骨、豎向龍骨4道。

應用MIDASGENS有限元計算軟件對模架體系進行計算分析，驗證模板側(cè)向變形能否滿足清水混凝土平整度要求，同時驗證柱帽部分豎向撐桿能否滿足穩(wěn)定性要求，如圖9所示。

圖9 異型清水柱模架構(gòu)造及計算分析

3.4.2 雙曲面模板深化設計和加工

柱帽模板結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件特征應用計算機仿真技術進行3D建模構(gòu)架分解成11塊，通過電腦放樣應用大族激光G4020F切割機進行激光切割下料。首先在特制模具多次壓制至弧面沒有棱角，制成R3416單弧面板并檢查其尺寸是否符合要求，然后在特制曲面的三芯卷板機上反復壓制完成符合設計尺寸規(guī)格要求的雙曲面板并進行編號，最后根據(jù)板件編號完成柱帽模板、龍骨的拼裝、焊接和打磨成型[2]，如圖10所示。

圖10 雙曲面模板加工制作

3.4.3 施工質(zhì)量控制要點

（1）現(xiàn)場拼裝前應確保模板無污染、無銹蝕、無變形，涂刷LBT-2061水性乳化型氟素脫模劑，防止混凝土與磨具內(nèi)膽?zhàn)みB和成型后表面氣泡甚至蜂窩麻面。

（2）模板拼縫采用高密度汽車膩子原子膠高壓噴射填充，防止拼縫處漏漿，確保拼縫處成型質(zhì)量。

（3）模板底部設置可調(diào)托座，吊裝過程中采用全站儀進行定位、垂直度和標高控制，混凝土澆筑過程中做好動態(tài)檢測。

3.5 大劇場舞臺機械施工技術

大劇場舞臺區(qū)由主舞臺、左右側(cè)舞臺和后舞臺組成，其中寬深尺寸主舞臺28m×21m、左右側(cè)舞臺18.4m×21m、后舞臺深19.9m×18.6m。舞臺機械功能多，設備復雜，安裝精度要求高。

3.5.1 測量放線、預埋件檢查

根據(jù)舞臺總體設備布置圖在機坑中心線上找出中間一塊雙層升降臺臺面中心“+”字位，采用經(jīng)緯儀向上投影找出舞臺中心線，利用幾何法復驗并修正舞臺中心線，根據(jù)修正后的舞臺中心線在舞臺機坑面和墻地面上彈出墨線，并在兩端作出不被覆蓋的永久性標記。

3.5.2 驅(qū)動裝置安裝

將驅(qū)動系統(tǒng)各部件分別吊裝至安裝支架上，按所劃的傳動軸中心線用經(jīng)緯儀或拉線法確定減速機、轉(zhuǎn)動軸、換向器安裝位置。按柔性齒條嚙合箱中心線用經(jīng)緯儀或拉線法確定安裝位置，用框式水平儀校正安裝水平，并確保換向器輸出軸與嚙合箱輸入軸同軸度在聯(lián)軸器規(guī)定允差范圍內(nèi)。以嚙合箱齒塊導槽出口為參照，安裝齒塊儲存箱，裝入齒塊鏈，要求嚙合箱導槽與儲存箱導槽平滑過渡，齒塊通過無異響、無卡阻現(xiàn)象。

3.5.3 升降臺導軌安裝

導軌吊裝定位后，采用吊線錘或激光水準儀校準兩個方向的垂直度，要求導軌全長鉛垂度≤2mm，校正導軌后，將聯(lián)接板點焊在側(cè)鋼架上。待導軌就位后，再復核確認導軌的垂直度，導軌間的平行度，導軌安裝間距等均符合要求，再對連接板進行滿焊固定。將導靴套在導軌上，與導軌頂部間隙控制在1.5～2.0mm，側(cè)面間隙0.5～1.0mm，將導靴焊接在側(cè)鋼架上。

3.5.4 升降臺鋼架安裝

制作若干個臨時等高鋼架，調(diào)整好水平后，將工廠分片制作的構(gòu)件按各自組裝位置吊裝至等高架上；按要求拼裝鋼架，拼裝焊接過程在要防止結(jié)構(gòu)變形，焊縫長度超過60mm、寬度超過6mm要分段分層焊接，避免熱量過度集中引起結(jié)構(gòu)變形。

3.6 雙曲面反射裝飾結(jié)構(gòu)施工

大劇院前場墻面應用以雙曲面GRG板塊為基層，實木皮為面層反射裝飾結(jié)構(gòu)，最小折角達到25°，對于板塊制作和安裝精度要求極高。為保證裝飾效果和質(zhì)量，還應做好GRG板塊接縫處理、木皮粘貼工藝和潮濕環(huán)境下含水率控制。

3.6.1 “BIM+三維掃描”技術應用

通過三維掃描儀將現(xiàn)場數(shù)據(jù)1:1還原至電腦軟件中，為后期高精度模型調(diào)整做基礎信息支撐。通過設計方案的二維圖紙不斷調(diào)整模型，修改關鍵性收口節(jié)點處，以達到滿足設計要求的方案。將已調(diào)整后的模型與現(xiàn)場點云模型進行復核碰撞，完善基層鋼架結(jié)構(gòu)及重點區(qū)域，進行方案模擬，如圖11所示。

圖11 三維掃描及BIM方案模擬

模型調(diào)整確定后結(jié)合種類、分層進行分組拆解，對同類型模具進行編號確認，導出下單圖紙[3]。同時應完善模具翻邊，明確預埋點設置，為后期基層鋼架的施工提供基層數(shù)據(jù)，如圖12所示。

圖12 BIM模型模具拆解

3.6.2 GRG構(gòu)件原材配比優(yōu)化

針對GRG構(gòu)件原材料配比通過對多組不同膨脹顆?；蚺蛎泟└男援a(chǎn)品試樣進行試驗對比，紀錄其對密度的影響，并進行強度和聲學效果測試，經(jīng)過多組試驗確定最終配比，在滿足聲學性能的前提下將密度下降至12~13kg/（m2/cm），實現(xiàn)了材料的輕量化，如表2所示。

表2 GRG構(gòu)件配比檢驗

3.6.3 GRG板塊接縫處理

GRG板塊接縫處理墻首先應清除縫隙內(nèi)的灰塵、砂漿等雜物，然后依次進行摻加玻璃纖維填縫材料打底填縫，接縫處玻璃纖維帶處理，固化時表面填縫材料批平等三道接縫處理工序。填縫材料固化后先后批三道加膠膩子進行表面修整，并用細砂紙打磨至平整順滑。

3.6.4 實木皮施工含水率控制

實木皮粘貼施工前基層含水率應小于12%，并用硝基清漆進行表面封閉處理。為滿足雨季基層含水率要求，采取鼓風機加空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)域試運行使用方式，按施工流水分區(qū)域分階段進行排風抽濕措施，保持木皮施工區(qū)域空氣濕度恒定。

3.7 超重弧形玻璃幕墻安裝

清水連廊區(qū)域超大弧形玻璃幕墻體系安裝工藝經(jīng)方案比選宜采用電動吸盤配合提升設備進行安裝，但常規(guī)吸盤裝置為平面骨架，針對大圓弧異型玻璃構(gòu)架僅通過骨架角度調(diào)整既無法保證吊裝期間吸盤內(nèi)的真空度，又會產(chǎn)生吸盤受力不均，局部甚至超過吸盤承載能力。

3.7.1 吸盤裝置深化設計

結(jié)合超大玻璃面板特征，本工程通過擬合面板弧度、分段深化設計同弧度吸盤裝置骨架，龍骨與吸盤間角度可調(diào)，通過該裝置保證圓弧吸盤中心軸、龍骨與吸盤接觸點垂線、吸盤與大玻璃接觸面中心點垂線在同一直線上，提高電動吸盤裝置利用效率，吊裝過程中無須調(diào)整吸盤和骨架間角度即可保證吸盤中心對稱軸與玻璃接觸點切面垂直。

裝置系統(tǒng)由24個吸盤分三段組裝，硅膠吸盤直徑300mm，每個吸盤配有獨立開關實現(xiàn)獨立控制，額定承重2400kg，如圖13所示。

圖13 吸盤裝置平面布置

3.7.2 玻璃吊裝施工控制

玻璃現(xiàn)場吊裝可根據(jù)玻璃面板規(guī)格進行多重花式組合，分段間通過沿電動吸盤寬度方向等間距設置5道M30螺栓連接。同時選用大功率真空蓄能器提高最大真空蓄力，1s內(nèi)即可達到吊裝所需真空率，避免吸氣時間過長導致出現(xiàn)漏氣。