上海金茂大厦施工技术

第1页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@上海金茂大厦施工技术叶可明范庆国(上海建工(集团)总公司顾问总工)[摘要]：上海金茂大厦是当前世界上排名第三高度的大楼，仅用4年时间基本建成。由于上海地区属软土地基，因此金茂大厦的建造有着相当高的难度，这里着重介绍该工程基坑支护体系、大体积基础混凝土施工、模板施工技术、混凝土泵送技术、钢结构吊装施工、总承包管理与立体流水作业。[关键字]：高层建筑基坑支护大体积混凝土模板工程混凝土泵送结构安装施工管理[中图分类号]：TU74叶可明，男，上海建工(集团)总公司顾问总工，中国工程院院士，教授级高级工程师，上海200002收稿日期:1998-10-05金茂大厦位于上海浦东陆家嘴金融贸易区，工程占地面积2.3万m2，地下3层，地上名义88层，实际主楼达94层，另有裙房5层，总建筑面积29万m2，建筑物顶端高度420.5m，是中国已结顶的第一高楼，亚洲第二、世界第三高楼。该工程是一座多功能小社会性质的大楼，集办公、酒店、购物、娱乐于一体。其中主楼的1～52层用于办公，53～87层为五星级酒店，88层为观光层，地下室、广场与裙房为停车、娱乐、购物等设施。本工程主楼结构形式是框筒结构，中间的核心筒为八角形的现浇钢筋混凝土，在53层下内设井字型隔墙，外侧有8根钢巨形柱和8根复合式巨形柱，在24～26层、51～53层、85～87层设3道钢结构的外伸桁架将核心筒与复合巨形柱连成整体以提高塔楼侧向刚度。5层裙房采用一般的多层框架钢结构体系。本工程主楼、裙房与广场地面之下都为3层地下室，地下室为钢筋混凝土结构，主楼下部为满堂4m厚基础板，裙房及广场下部为普通筏式基础。由于本工程基础底部采用盲沟集流，第2页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@人工排水系统，因此基底不考虑浮力，基础板相对较薄。本工程主楼桩采用φ900mm钢管桩一直打到地质构造中的第9层土，即地下83m处，裙房采用小型钢管桩，打到第7层土。1基础施工技术1.1人工地基主楼与裙房均采用钢管桩，用机械打入。主楼钢管桩打入深度83m，先用10t柴油锤，后采用30t桩锤，送桩深度15～19m。1.2地下室外墙(地下连续墙)施工本工程地下室外墙与基坑支护挡土挡水墙合一，采用地下连续墙。地下连续墙厚1m，深36m，沿建筑物外围周长共568.4m，总计2万m3，采用C40混凝土浇筑，总用钢量3000t。为了防水同时也为了加快施工速度，连续墙各槽段间接头均采用企口式接头。36m深的地下连续墙在上海也属较深案例，以前很少施工，而且本工程所在地下29～36m处遇有俗称“铁板砂”的坚硬砂层，普通成槽机无法进行。经过研究试验，最后采用两钻一抓的办法，即先在两端钻孔后用成槽机抓斗取土。1.3基坑支护体系第3页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@本工程的地下工程超深超大面积的基坑堪称国内在软土地基中建筑地下工程之最。工程占地面积2.3万m2，而基坑开挖面积1.96万m2，开挖深度主楼19.65m，裙房15.5m，全部土方量达32万m3。根据美国SOM设计公司原设计，支护体系采用地下连续墙斜拉锚方案，并且在搭接部位设6道拉锚，裙房部位设4道拉锚。按上海的实际情况，我们进行了认真的分析，由上海建工集团对基坑支护方案进行优化，决定采用整个基坑分而治之的钢筋混凝土支撑方案，即整个大基坑设3道支撑，在主楼部位加设第4道支撑，主楼部位与大坑之间暂由临时钢筋混凝土排桩分开，可以先将主楼基坑施工到底，其他部分再按施工力量、时空安排以最优组合分步实施。其方案的平面如图2所示，3～4道支撑如图3所示(其中第4道支撑仅在主楼基坑安排)。1.4基坑支撑实施步骤(1)在地下墙及主辅楼之间的临时排桩完成以后，随之投入6台挖土机齐头后退进行施工，第4页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@先全面开挖第1道支撑底以上的土方(约6万余m3)。此时地下墙为悬臂支挡方式。当工作面开出以后，即进行第1道钢筋混凝土支撑施工。(2)在第1道支撑面上修建塔吊轨道及交通道路，为主楼基坑及下一步大面积基坑全面开挖作施工准备。此时整个工地的操作平面已移到这道支撑上面。(3)在主楼基坑土方进行开挖时，先对主楼周边土方挖成斜坡，直到第2道支撑底，随即施工主楼部位基坑的第2道支撑。(4)继续进行主楼基坑的挖土，随挖随撑，直至主楼基坑底。(5)在主楼底板施工的同时，局部裙房基坑也开始进行第2道支撑挖土。当主楼底板混凝土浇筑完成以后，进行主楼地下室施工，并对整个大基坑的其余部分全面进行向下挖土施工。2大体积基础混凝土施工主楼承台底板，长64m、宽64m、厚4m，混凝土C50，总方量为13500m3。美国SOM公司原设计将底板分为8块浇筑，以避免因温差收缩等造成破坏性裂缝，但问题是在分成8块施工后，在深基坑坑内施工工期势必延长，风险加大。所以，上海建工集团在进行深入研究并经试验验证后，决定改为13500m3混凝土一次连续浇筑的施工方案。采取内冷却外保温的温控办法，具体有如下措施:(1)改善混凝土组成的原材料与优化配合比。采用525号矿渣水泥，掺加粉煤灰、缓凝减水剂，另外，对粗细骨料的品种、规格均有严格要求。(2)混凝土体外保温保湿。因为造成裂缝的最大问题是大体积混凝土体内外温差，特别是高强混凝土温度很高，所以要在混凝土体外采用塑料薄膜与草袋覆盖保温保湿。(3)混凝土体内降温，为减少体内温升及缩短降温期，我们在混凝土内部(即4m高度内)排放冷却水管，在混凝土入模后即进行有控制的通水，进行循环冷却。(4)配置适当的钢筋抗裂。我们按施工工况对基础已有配筋进行抗裂计算，使配置的钢筋均能满足抗裂要求。(5)信息化施工控制。在施工之前，根据已定的工况条件进行4m×4m×4m同样配筋率及混凝土配比的大试件试验。试验时按预定工艺对冷却水及混凝土温度等参数进行监控记录，在试验成功的基础上，将数据输入电脑，作为参照点，在实际工程中进行全面的电脑温控。本工程整个基础承台共设127个测点，按信息监控通水量、水温及保温措施。实施结果，虽然中心温度达到97.5，但基础未见裂缝产生，而且经过钻芯试压，强度与弹性模量均符合要求。3模板施工技术3.1核心筒模板体系第5页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@核心筒体的上下形状基本一致，仅壁厚有不同，但由于有外伸钢桁架将筒身分为3段，故筒体模板不能连续上升施工，因此本工程模板体系决定采用曾在上海“东方明珠”电视塔施工中应用的钢平台模板提升体系，再根据实际工况作了些改进:如遇外伸桁架处，可将该钢平台解体后越过钢构架再重新组装上升。此套模板称为可转换整体式自升模板体系，整套模板体系分6大部分，第1部分钢平台，是整套模板体系的承重平台及工作平台，在转换时，筒圈内分解为9块。第6页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@第2部分劲性钢柱，共28根，浇在筒壁内，随结构上升而接高，是钢平台的垂直支承点。第3部分钢大模，是核心筒体的施工模板，挂在钢平台上，可在钢平台下作适当移动，可以改变筒身壁厚，拆模后可以清理。第4部分脚手架系统，与模板一样挂在钢平台下面，作为装拆模板、清理工作等用的脚手架，随钢平台上升而上升。第5部分提升机械系统，在每1个钢柱上有1个电动提升机，提升能力为200kN，支承在钢柱上，可以上升与下降，由计算机控制。第6部分计算机控制系统，即平台标高的监控系统，可及时将信息传输给计算机，其水平控制标准在±10mm之内，当超过时，可以及时由计算机调节提升机，使平台匀速水平上升。核心筒模板体系由于支承在钢柱上，基本上不受刚浇捣的混凝土强度的制约，所以核心筒施工的最快速度达到1个月13层，而且模板刚度大，混凝土外形整齐。其中电梯井筒垂直施工至300多m高时偏差仅8mm。3.2巨形柱模板巨形劲性钢筋混凝土柱是外伸桁架在钢框架上的支承柱，共8根，在地面时断面为5m×1.5m，分5次收分后到顶部为3.5m×1.5m。该柱的混凝土浇捣工作紧跟在钢结构吊装之后，约相差5～6层。由于已经有劲性钢柱在内，模板与脚手架可以支承在钢柱上，所以采用了以在钢柱上悬挂提升机为上升动力、在已浇筑混凝土柱上设固定爬架的爬模体系。与一般爬模所不同的是:爬模外边开口(因为有一已架小钢梁的阻挡，需要跳过)，另外模板及爬架可以收分。这些技术措施保证了只用1套爬架与模板，就可以从底部一直施工到顶，最快时达到了每月13层的速度。4混凝土泵送技术本工程主体结构混凝土的最高点为382.5m，混凝土共分3种强度等级:从基础到200m左右为C60，200～300m左右为C50，300m以上为C40。混凝土全部采用由工厂集中搅拌的商品混凝土，按施工计划由搅拌输送车运送到现场，再全部采用混凝土泵直接泵入模板内。为了保证一泵顺利到顶，我们采取了如下技术措施:(1)选用2台从德国进口的BSA-14000HD型固定泵，1台使用1台备用，为了减少泵送压力损失，我们将泵管沿核心墙固定敷设，使之有可靠支承，同时，尽可能减少弯头，在弯头处全部用大弯头，并且每次使用后都必须及时加以维护保养。(2)选用材质较好的粗细骨料，优化配比。如细骨料，在天然砂中混和部分人工砂，粗骨第7页@筑龙网《上海金茂大厦施工技术》资料编号：WZTU74-7389@料采用5～16mm和13～25mm两种石子混和，从骨料选择上保证性能优化。混凝土各高程的参考配比如表1所示。(3)采用双掺技术优化混凝土性能。在混凝土内掺加级粉煤灰及FTH高性能外加剂，以保证有较好的泵送性能，一般混凝土坍落度为200mm左右。(4)施工时按季节与气温及时调整混凝土级配。通过以上措施，比较顺利地实现了382.5m高度混凝土一次泵送到顶的目标。5钢结构吊装施工(1)钢结构吊装施工采用起重能力为6000kN·m的M440D塔吊2台，分别附着在两个巨形柱之间，随着钢结构安装上升而爬升，钢结构外框架与核心筒由预埋钢件连接。钢结构件由工厂按图纸尺寸加工，随着高度的增加，可能有部分将产生弹性压缩，所以对后续钢结构的安装应按工地实测进行适当调整，个别部位以垫片调整高度。本工程钢结构的吊装与电焊均属常规方法，整个钢结构安装的高度约低于核心筒10层多一些，由于采取了相应的措施，施工得以顺利进行。(2)外伸钢桁架的吊装是本工程施工的关键之一，因为外伸桁架主体是浇捣在核心筒内的，其外伸部分又与框架钢结构组合在一起，所以当核心筒施工至24层、51层时，核心筒的钢筋混凝土施工就要停止，进行外伸桁架的安装。此桁架约占2层楼高度，所以安装时要搭设临时支架以保证位置及几何尺寸的正确性。钢桁架经过校核安装正确无误后，其在筒体内部的架体按核心筒体混凝土的同配比，采用临时散装模板封闭后浇筑，仅将连接框架部分的节点板露在筒壁之外。等到框架部分钢结构安装到达外伸桁架高度时，再将这部分的外伸桁架连接节点板与框架梁柱的钢结构一起安装，这时的连接误差可通过设计留有的调节余地进行调整。(3)塔顶安装。本工程外形似中国宝塔，因此在其顶部有一钢结构的塔顶，重达30多t。经过反复论证，排除了提升法与直升飞机吊装等方案，大胆地采用在400多m高空应用双机抬吊、一次到位的方法，比较经济快速地完成了施工结顶任务。6总承包管理与立体流水作业(1)有效的总承包管理，本工程由上海建工集团总公司承包，依靠自己属下的上海建工设计研究院进行土建施工图设计与各工种施工图协调，这首先从技术上保证了总承包的技术权威性与可操作性。在现场项目经理部，建立了较好的组织管理体制。总承包经理可以通过文件及各种会议制度，依据总分包合同，进行有效的管理，在施工高峰时，工地有2500多人操作，仍然是有序地立体流水作业，基本上实现文明高效施工。第