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揭秘超高层建筑”三天一层“所用技术

图片为东塔施工,已超过400米大关。该工程去年实现了3天一层的施工速度,预计东塔将在春节后超越西塔,成为真正的广州第一高楼。

本文作者:令狐延(中建中国建筑第四工程局有限公司副总工程师)

1.设计技术

1.1逆作法施工设计

        中二边一逆作施工技术,即中间部分土方开挖深度为2层,四周土方开挖深度为1层,形成中二边一逆作的盆式土方开挖方法。本逆作法施工技术的创新在于克服了传统逆作法施工方法缺点,同时吸收了它们的优点。一层一逆作施工工程成本和工期都最大;两层一逆作虽然施工速度快,但需增加支护结构的厚度和配筋来满足支护结构承受两层空间水土的压力,从而增加工程造价;中二边一逆作施工技术则实现了快速施工目的同时也节约了工程成本。此施工方法成功应用于厦门怡山商业中心工程,开挖顺序如图1所示。

图1中二边一逆作施工示意

1.2桩墙合一设计

        在进行工程设计阶段时,根据工程地质情况,将基坑支护桩或地下连续墙作为基坑支护结构的同时,又将其设计为地下室的外围护结构,达到支护结构与地下室外墙合二为一的目的,称之为桩墙合一或二墙合一(见图2)。这种做法的优势在于,取消地下室结构外墙,

        减少了基坑的开挖数量和地下室外墙施工完成后土方回填的时间,实现了快速施工;并节省了相应的土方挖填和地下室结构外墙施工的费用;在场地使用上,可以减少15m地下室外墙的开挖宽度,该场地可以用作施工场地,可以缓解场地不足的难题。

图2桩墙合一施工示意

        桩墙合一的设计方法要注意提前策划,主体结构设计时就要考虑采用支护桩或地下连续墙作为地下室外墙,因此要做到结构设计与支护设计共同考虑。施工时,也应注意支护桩的施工质量和耐久性满足永久结构的要求。为使地下室外墙美观,在支护桩的根部每层应做一条200mm宽的排水沟,支护桩的表面应做渗透结晶的背水面防水层,确保地下室外墙的防水效果。在排水沟的外侧建议做200mm厚的加气混凝土衬墙,衬墙表面做防霉涂料,可以保证地下室外墙干燥美观。

1.3底板防排结合设计

        地下室底板防排结合是指底板施工时仅施工刚性自防水混凝土,在混凝土底板的上表面再施工渗透结晶型防水涂料,实现底板的防水效果。这样节省了在钢筋混凝土底板下部做防水层及防水保护层的时间,达到了快速施工的目的。为使地下室地坪干燥,在地下室底板上表面的建筑层内再做排水系统及防潮系统,将底板中可能出现的局部渗漏水及时排出抽走,达到防排结合的效果,从而保证地下室底板面干燥、无渗水。底板施工前无需施工柔性防水层,减少了相应的施工工序,节省了柔性防水层的施工时间。此技术已成功应用于深圳京基100大厦,如图3所示。

图3地下室底板构造做法

1.4无内支撑支护设计

        传统的基坑支护技术采用基坑内支撑,施工工序繁多,占用时间长,对项目整体工期影响较大;为解决这些问题,在现有的技术中提出一次成型大直径锚杆施工应用技术。

        一次成型大直径锚杆施工技术指采用专用的旋喷搅拌钻头进行成孔,在钻孔注浆的同时植入特制的锚筋,筋体采用钢绞线焊接锚盘,末端设置柱形锚固件,使水泥浆液与土混合搅拌形成大直径的水泥土桩体,并控制注浆压力使桩体末端形成扩大头(见图4)。由于大直径锚杆是施工机械一次性成型,通过注浆压力形成桩体扩大头,提高了桩体的锚固力,达到无内支撑支护设计要求,减少了基坑支护的施工及拆除时间,缩短了工期。此技术成功应用于基坑开挖深度达1775m的佛山南海万达广场项目。

图4大直径锚杆施工示意

2.施工技术

2.1顶模技术

        顶模技术全称是“大吨位长行程油缸整体顶升模板技术”,已入选2010年版的《建筑业10项新技术》,是针对超高层钢框架核心筒结构的核心筒混凝土结构施工专门设计的一种模架体系。该技术根据“主受力体系高空不变”的理念,在低于核心筒施工层两层高度范围内设置3~5套顶撑结构,通过支撑与设置在施工层上一层高度的钢平台连接,形成一个稳定的钢骨架,平台下部设有可滑动、可调节的结构挂架和模板系统。整个平台、钢模板、操作挂架通过液压顶升系统完成自爬升,减少了施工过程中对塔式起重机的依赖,避免了模板垂直运输,节省了劳动力,提高了施工效率,对整体工期极为有利。正常情况可保证3~4d/层的施工速度,最快可实现连续2d/层的施工速度。钢平台下的挂架跨越了2~3个楼层,钢筋、模板、混凝土等不同工序可穿插作业,减少了对其他工种的影响,效率更高。此技术成功运用于广州西塔、深圳京基100大厦、广州东塔等项目。

2.2混凝土地坪一次成型技术

        混凝土地坪一次成型技术是将楼板混凝土与表面找平砂浆合二为一的施工技术。该技术要求混凝土在收平时加强对混凝土标高的控制,标高误差应达到水泥砂浆的质量要求,楼板混凝土初凝后终凝前,要用混凝土磨光机对表面进行二次压光,消除混凝土楼板的早期裂缝,使混凝土地坪达到水泥砂浆地坪的质量要求。这样成型的楼地面可达到水泥砂浆地坪的平整度和观感,因而不用进行装修找平层,从而节省了找平层的工作时间,缩短了工期,还可以节省水泥砂浆材料。该技术特别适用于超高层钢结构外框楼板混凝土施工,如果楼板混凝土后期要镶贴地面砖,可以在混凝土表面磨光后,采用排刷拉毛,以加强地坪混凝土的黏结力,可有效预防地面砖空鼓。

2.3重型塔式起重机体外拆除技术

        超高层屋面重型塔式起重机的拆除一般采用大塔式起重机安装小塔式起重机,小塔式起重机拆除大塔式起重机的办法,循环进行,最后人工拆除小塔式起重机。超高层建筑屋面工序多,防水要求高,经常成为影响工期的关键部位。如果超高层建筑的屋面设计为钢结构拱且有玻璃幕墙作为屋面的防水层(如深圳京基100大厦),塔式起重机对于屋面的影响就更大。为了减少塔式起重机对超高层屋顶施工的影响,可以考虑“体外拆除法”,即在主体结构施工完成后,为了不影响屋顶结构或后续工序的施工,将拆除重型塔式起重机的塔式起重机安装在建筑结构的外侧,及时拆除屋面的大塔式起重机,尽快完成屋面的后续工序。该项技术可缩短相应的工作时间。本拆除方法在深圳京基100大厦的塔式起重机拆除中已成功运用,塔式起重机拆除流程如图5所示。

图5塔式起重机拆除流程

2.4自粘式防水卷材

        自粘式防水卷材是一种新型防水材料,目前市面上的产品类型大约可分为3大类:自粘橡胶沥青防水卷材、自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材和高分子自粘复合防水卷材。自粘式防水卷材表面有HDPE,具有较高的抗撕裂强度,满足耐穿刺等要求,能有效抵御基层开裂、变形所产生的应力对防水系统的破坏;常温下冷施工,不需要热熔,施工时只要剥开隔离纸,即可直接铺贴,施工极为方便,可有效缩短工期。

2.5喷涂式防水剂防水

        QX-2000是一种独特的水性结晶材料,它是专门为混凝土和砖石结构设计的永久性防水阻湿产品。在潮湿环境中和湿气接触情况下,QX-2000高效混凝土防水防护剂的吸水作用令结晶膨胀,并填充孔洞,从而阻止湿气的延伸。施工时通过低压喷雾器把QX-2000高效混凝土防水防护剂直接喷涂在表面干净平整的混凝土面层上,涂刷后正常的渗透时间为1~2h,喷涂4~12h后,清洗干净表面的浮出物后便可进行其他装饰作业,有效地缩短了防水层施工工期。

2.6建筑工业化技术

        建筑工业化是指通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的大工业的生产方式,代替传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的手工业生产方式,其主要标志是建筑设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化和组织管理科学化。建筑工业化表现为工厂化加工现场组装的集成装配式施工,有效减少现场作业量,减少施工工序,提高工效,减少现场施工工人和材料运输量,缩短施工工期。 

3.管理技术

3.1最优工序穿插

        工程工期主要分为基础工程工期、主体结构工期和装修工程工期。部分超高层建筑主体施工速度很快,但迟迟不能竣工验收,主要原因是装修工期太长影响工程竣工验收。要解决装修工期的问题,装修期间工序的合理穿插施工很重要,因为超高层建筑与多层、高层建筑不同,竖向有很多楼层,完全可以在上部做主体的情况下,提前施工下部区域的机电、幕墙、砌体等工程。比如办公楼的机电工程完全可以在主体结构完成10层左右就插入,提前施工吊顶内的消防、电气、空调、弱电等工作,以及管道井内的供水和排水管,主体结构完成20层左右,就可以插入外部单元式幕墙的施工。各专业工程的插入原则是“早睡早起、分批插入”,即具备工作条件的专业工程尽可能早插入,各专业工种之间要分批插入,不能一拥而上,否则会互相争抢工作面,互相影响进度、质量和安全。不同建筑的工序插入时间和顺序有所不同,一般情况下,应遵循机电→幕墙→砌体→粗装修→精装修的顺序。对于具体工程,应通过动态分析各工序之间的逻辑关系,对工序穿插进行全面优化,得出最优工序穿插计划,对于保证装修工期最短具有重要意义。深圳京基100项目在主体结构封顶6个月后就完成了整个工程的所有机电和装修作业,得益于及早的专业工种有组织提前插入施工。

3.2施工电梯提前转换

        现代超高层建筑工程施工中,大型机械设备的垂直运输及吊装作业,大大减少了工人劳动强度,提高了工作效率,施工电梯数量的科学合理是保证进度的关键。在装修期间,施工电梯拆除的时间会严重影响整个工程的收尾,因为施工电梯如不拆除,相应安装施工电梯部位的结构、装修和机电工程就无法完成。因此,在超高层的垂直运输规划中,应提前考虑优先安装部分消防电梯、货梯或客梯,提前投入使用,正常后及时拆除相应的施工电梯,这样对整个工程的如期竣工非常重要。深圳京基100大厦在装修施工中,主体封顶后2个月内,2台到达76层的消防电梯和2台到达74层的货梯就具备了使用条件,现场安装在外框楼板内部的2台施工电梯提前实现了拆除。2台74~98层的消防电梯安装完成后,所有现场的施工电梯拆除完成,2个月后,整个工程的装修全部结束。所以,施工电梯提前运转及拆除对于保证装修工期非常重要。深圳京基100大厦施工电梯提前转换如图6所示。

图6 深圳京基100大厦施工 电梯提前转换示意

3.3密集协调制度

        工程在施工过程中,当业主突发性的要求进度提前或出现在某阶段暂时性的工期滞后时,为保证目标工期的实现,我们都会采取赶工措施。赶工时期由于人力、物力、资金及机械等的投入量会成倍增加,此时总承包单位需及时同有关分项队组互通信息,掌握施工动态,协调内部各专业工种之间的工作,及时解决施工中出现的各类问题,并成立快速应变工作小组,发现问题,当场解决,不推不拖,化解矛盾。同时多开现场协调会,主要总结工程施工的进度、质量、安全情况,明确各专业的施工顺序和工序穿插的交接关系及责任,全面分析施工进度状况,找出问题根源,提出调整措施,加强各专业工种之间的协调、配合及工序交接管理,保证施工顺利进行。

3.4业主快速决策机制

        业主快速决策机制的研究创新在于将业主指令从被动接受到主动出击的质的转变。在施工过程中,业主决策的犹豫和迟缓也是造成施工进度慢的主要原因之一,如频繁变更原设计方案,指定分包确定不及时,样板、样品确认不及时,对现场问题的处理不能及时决策等,针对这些问题进行研究,提出利于业主快速决策机制和方法。

3.5进度奖罚制度

        在保证工程质量、安全的前提下,引入经济奖励机制,职责明晰、奖优罚劣,充分调动全体施工人员的积极性,确保各项工期目标顺利实现。对未实现进度计划要求的,视情节严重性给予处罚,反之,对阶段性时间节点按时或提前完成进度的给予奖励。

4.结语

        超高层建筑专业分包单位多,工程量大,垂直运输难度大,总承包管理难度大,往往导致施工工期延长,为施工企业带来很大的成本和管理压力,超高层建筑的快速施工是一个必须正视的问题,但也不能以牺牲质量、安全为代价来保证快速施工。本文从设计、技术和管理3个方面对超高层建筑的快速施工进行了介绍和探讨,希望采取上述技术可以实现工期的缩短,同时也可以保证施工质量和施工安全,实现超高层建筑的又好又快建造。

本文摘自《施工技术》杂志2013年18期《超高层建筑又好又快建造技术的应用与研究》一文,转载请注明。

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