上海環(huán)球金融中心主樓深基礎(chǔ)混凝土大底板施工

1、上海環(huán)球金融中心主樓深基礎(chǔ)混凝土大底板施工對上海環(huán)球金融中心主樓深基礎(chǔ)超大體積商品混凝土基礎(chǔ)底板留設(shè)水平施 工縫的理論分析，是進(jìn)行超大超厚商品混凝土施工的又一種解決辦法，而采用聚 煎酸系外加劑配制的低水化熱低收縮的大體積商品混凝土也為施工提供了一條 新的技術(shù)途徑。其2. 89萬m3商品混凝土一次性連續(xù)澆搗，創(chuàng)造了建筑工程的 世界新記錄，工程實(shí)測數(shù)據(jù)表明：該商品混凝土施工技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。 1工程概況上海環(huán)球金融中心工程位于上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，與金茂大廈相鄰，該工 程地上101層，地下3層，地面以上實(shí)體高度為492 m，總建筑面積為37. 7萬 m2,為多功能摩天超高層建筑。主樓工程樁為7

2、00 mm的鋼管樁，圓形圍護(hù)墻 內(nèi)共 1 242 根，有 P700 mm *15 mm、P700 mm *18 mm 和 P700 mm * 11 mm 三種 規(guī)格。主樓區(qū)域基坑呈100 m內(nèi)徑的圓形，基坑面積約7 850 m2。主樓基礎(chǔ)底板 厚度一般為4. 0 m和4. 5 m，圓形圍護(hù)墻內(nèi)含部分裙房底板，厚度為2 m。主 樓與裙房基礎(chǔ)面過渡段為坡面，高差2山.水平投影長6. 34 m。主樓基礎(chǔ)挖深 18. 35 m。電梯井深坑位于基坑中部，面積約2 116 m2，開挖深度約25. 89m。 主樓基礎(chǔ)底板商品混凝土總方量約38 900 m3,強(qiáng)度等級為C40，抗?jié)B等級為P8、 R60。底板水

3、平鋼筋采用鋼筋束形式，鋼筋束為兩根一束。底板內(nèi)設(shè)豎向抗剪鋼 筋，主樓底板鋼筋總最約7 000 t。主樓中部的電梯井深坑處底板最大厚度為 12. 04 m，落深部分的基坑商品混凝土量約為10 000 m3。2關(guān)鍵技術(shù)研究我們在超大體積低水化熱商品混凝土配制研究之前對聚羧酸系外加劑的抗 裂機(jī)制、商品混凝土的水化熱理論分析、聚羧酸系外加劑的選擇、聚羧酸系外加 劑與水泥的適應(yīng)性、攪拌工藝的改進(jìn)、商品混凝土初凝時間的確定、攪拌運(yùn)輸車 輛的確定等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為商品混凝土的合理配制提供了條件。2.1超大體積低水化熱商品混凝土配制研究2.1.1原材料選擇(1)水泥。在選用配制大體積商品混凝土所用的水泥

4、時， 優(yōu)先考慮選用42. 5普通硅酸鹽水泥，同時兼顧與外加劑的適應(yīng)性，其質(zhì)量指標(biāo) 符合硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥(GB175-1999)的規(guī)定。(2)砂。用表面潔 凈、級配良好、細(xì)度模數(shù)在2. 63. 1的中粗砂。砂的質(zhì)量指標(biāo)符合普通商 品混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法(JGJ52-92)的規(guī)定。(3)碎石。用質(zhì)地堅(jiān) 硬、級配良好、石粉臺量低、針片狀顆粒臺量少、空隙率小的525 mm碎石。 碎石的質(zhì)量指標(biāo)符合普通商品混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法 (JGJ5392 )的規(guī)定。(4)摻合料。用活性指數(shù)高、細(xì)度適中、流動度大、燒失 量小的II級粉煤灰、S95礦渣微粉，其質(zhì)量指標(biāo)分別符合用于水泥

5、和商品混凝 土中的粉煤灰(GB15962005)、用于水泥和商品混凝土中的?；郀t礦渣微 粉(GB / T18046-2000)的規(guī)定。(5)外加劑。選用上海兆申(KFDNSP)、上海 麥斯特建工0? 8N)、廣州西卡(V3301)的聚羧酸系外加劑。其質(zhì)量指標(biāo)符合商 品混凝土外加劑(GB80761997 )的規(guī)定。(6)水。采用自來水作為商品混凝 土拌合用水，其質(zhì)量指標(biāo)符合商品混凝土拌合用水(JGJ631989)的規(guī)定。2.1.2配合比試配(1)試配方案和結(jié)果。設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C40，坍落度為 15030mm。通過前面對原材料的初步選擇和試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)以往的商品混凝土 試配經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐，擬定正

6、交試驗(yàn)方案(表1)。上表中膠凝材料按每立方米用量計(jì)算，外加劑按膠凝材料（水泥+礦粉）總量的 0. 8%計(jì)算。計(jì)算每一個試驗(yàn)號的商品混凝土配合比，假定試配商品混凝土的密 度為2 400 kg / m3，砂率為43%，按規(guī)范進(jìn)行試配、制作、養(yǎng)護(hù)、試壓。試配的目的是既要達(dá)到強(qiáng)度指標(biāo)，又要保證商品混凝土拌合物有良好的和易性， 各因素對商品混凝土強(qiáng)度和坍落度影響的直觀分析，可以看出，影響商品混凝土 坍落度的主要順序?yàn)椋核z比一外摻料用量一水泥用量一外加劑，最佳組合為 A1B3C2D4。影響商品混凝土強(qiáng)度主要順序?yàn)椋和饧忧G一水膠比一外摻料用量一水 泥用量，最佳組合為A1B2C1D1。由于本次試配水平選取比

7、較接近，所以各因素 對商品混凝土的考核指標(biāo)的影響不大。從商品混凝土的強(qiáng)度來看，水膠比為 0. 45的各組合商品混凝土的平均強(qiáng)度雖達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但相對較低，而水膠比 為0. 4 1和0. 42的各組合商品混凝土平均坍落度基本相同，但前者強(qiáng)度的富 裕量較大，同時考慮到基礎(chǔ)商品混凝土的坍落度不宜過大，所以選擇水膠比為 0. 41。從商品混凝土的和易性、保水性和粘聚性考慮，水泥用量選用為270 kg /m3，礦粉用量為70 kg/m3，粉煤灰用量為70 kg / m 3。試配過程中所用聚羧 酸系外加劑除了廣州西卡公司的V3301外，其余的兩個外加劑所配制商品混凝土 的坍落度有大于180 mm的現(xiàn)象，所

8、以選擇廣州西卡公司的V3301外加劑。（2） 商砼站驗(yàn)證試驗(yàn)。為比較各單位所用原材料對商品混凝土配合比的影響程度，分 別在上海浦新、浦蓮、長橋、宏成、富康、湯臣、南航布家商砼站進(jìn)行了驗(yàn)證 試驗(yàn)。（3）施工現(xiàn)場驗(yàn)證試驗(yàn)。為檢驗(yàn)商品混凝土性能指標(biāo)的復(fù)現(xiàn)性，在商砼站 驗(yàn)證試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了實(shí)地模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，。2.1.3試驗(yàn)結(jié)果分析（1）從表4試驗(yàn)結(jié)果表明。初步配合比在商品混凝土強(qiáng)度、 坍落度均滿足設(shè)計(jì)要求，而且各單位的差異也在控制范圍以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。（2）由于商品混凝土拌合物的攪拌除了一般的混合作用之外，還起到一定的塑化、 強(qiáng)化作用，所以商砼站生產(chǎn)商品混凝土的初始坍落度、強(qiáng)度比試驗(yàn)室試拌均有

9、不 同程度增大和提高。（3）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，水泥硬化28 d，礦粉、粉煤灰仍 在繼續(xù)水化，發(fā)揮強(qiáng)度效應(yīng)，使商品混凝土進(jìn)一步致密，孔徑細(xì)化，連通孔減少， 提高了商品混凝土質(zhì)量。2超大體積商品混凝土水平分層澆筑施工分析2.2.1建模分析本工程在電梯井深坑中部由于圍護(hù)設(shè)計(jì)的需要，設(shè)置了一道鋼支撐，施工過程中 需要進(jìn)行換撐，所以在鋼支撐底部設(shè)了一道水平施工縫，此部分底板厚度為4.74 m，此道施工縫可以減少基礎(chǔ)底板總厚度。在電梯井深坑頂部，為了加快進(jìn)度， 減少基坑變形，再設(shè)了一道施工縫，此部分底板厚度為2. 6 m。從而使整個大 底板商品混凝土分3次澆筑施工。根據(jù)建模分析，第一次澆筑類型為澆筑面與基

10、礎(chǔ)接觸，邊界條件為地基；第二次 和第三次澆筑類型為澆筑面與已有商品混凝土面接觸，邊界條件為商品混凝土面。 本工程電梯井深坑部位商品混凝土的澆筑為倒梯形，模型簡化時按照實(shí)際的工況 進(jìn)行簡化。基礎(chǔ)底板是圓形的塊體，在模型簡化時將其簡化為圓形塊體的外接 正方體。這樣的簡化模型偏于安全。電梯井深坑和基礎(chǔ)底板設(shè)置水平施工縫的可 行性采用亦古信息科技有限公司的CCCTM軟件來進(jìn)行分析。2.2.2主要分析結(jié) 果（1）第一次澆筑：底板澆筑后，與地基接觸的邊界未出現(xiàn)裂縫，可見該邊界 能達(dá)到理想的施工要求；上邊界在商品混凝土澆筑后出現(xiàn)了裂縫，X方向的裂 縫為0. 119 mm，Y方向?yàn)?. 098 mm，但仍可以

11、達(dá)到工程質(zhì)量的要求（圖4）。（2）第二次澆筑：下邊界在商品混凝土澆筑后出現(xiàn)了裂縫，X方向的裂縫為0. 121mm, Y方向?yàn)?. 12,可以達(dá)到工程質(zhì)量的要求；上邊界在商品混凝土 澆筑后出現(xiàn)了裂縫，X方向的裂縫為0. 172 mm, Y方向?yàn)?. 186 mm，可以達(dá)到 工程質(zhì)量的要求（見圖5）。（3）第三次澆筑：下邊界在商品混凝土澆筑后出現(xiàn)了裂縫，x方向和Y方向的 裂縫寬度均為0. 126 mm，可以達(dá)到工程質(zhì)量的要求：上邊界在商品混凝土澆 筑后出現(xiàn)了裂縫，x方向和Y方向的裂縫寬度均為0. 198 mm，可以達(dá)到工程質(zhì) 量的要求。2.2.3結(jié)果評價分析結(jié)果表明，本工程電梯井深坑和基礎(chǔ)底板采用

12、分層澆筑施工方法，上述 設(shè)置水平施工縫的方案是可行的，即在商品混凝土與地基接觸面以及新舊商品混 凝土的接觸面能達(dá)到?jīng)]有裂縫出現(xiàn)或者出現(xiàn)的裂縫在工程的允許范圍內(nèi)。3主要施工方案的確定1樁頂處理方案（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求首先進(jìn)行截樁，先采用人工將管內(nèi)1 000mm 段土體挖除，焊接樁帽蓋板，再利用樁帽蓋板的孔洞灌注C40商品混凝土。鋼管 樁內(nèi)商品混凝土的密實(shí)度主要依據(jù)是否有商品混凝土漿從透氣孔冒出來判斷。（2）在鋼管樁邊焊接錨固筋，根據(jù)底板鋼筋排列間距，制作定型鋼筋位置套板， 根據(jù)鋼筋位置套板確定樁錨筋的焊接位置，可兩根排列，也可一根排列。3. 2鋼筋工程施工方案（1）由于主樓與裙房基礎(chǔ)底板將來是連為

13、一體的，故主 樓底板鋼筋端部皆設(shè)有直螺紋接頭，其接頭與地墻內(nèi)側(cè)頂緊，端部設(shè)保溫板，裙 房施工時鑿除臨時地墻及保溫板，露出直螺紋接頭，以便于鋼筋連接。（2）底板 內(nèi)有抗剪暗柱鋼筋的地方，其上部鋼筋支架利用抗剪暗柱設(shè)置；無抗剪暗柱鋼筋 的地方，其上部鋼筋支架利用型鋼體系支撐。3. 3模板工程施工方案（1）上海環(huán)球金融中心主樓100 m圓環(huán)基礎(chǔ)的側(cè)模直接 利用了外側(cè)的臨時地下連續(xù)墻，為保證主樓結(jié)構(gòu)自由沉降，必須對主樓底板與地 墻接觸處的地墻表面進(jìn)行修整，以達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)。（2）基礎(chǔ)底板頂面有高差2 山，水平投影6. 34 m的斜坡，為了控制斜坡商品混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)高，在過渡段 商品混凝土斜坡上設(shè)置了斜

14、頂模，斜頂模要求固定牢固。以確保商品混凝土斜面 成型。3. 4鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件施工方案（1）主樓地下室鋼結(jié)構(gòu)主要是內(nèi)外剪力墻筒體和巨 型柱中的勁性鋼柱以及內(nèi)筒體內(nèi)部的鋼柱，而鋼柱和勁性柱與基礎(chǔ)承臺的連接則 是通過預(yù)埋在承臺中的鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)地腳螺栓進(jìn)行連接。（2）由于基礎(chǔ)承臺中地腳 預(yù)埋螺栓較多，底板鋼筋束間距較小，地腳螺栓放置位置難免與基礎(chǔ)底板中的鋼 筋束相碰，因此在預(yù)埋地腳螺栓時要根據(jù)需要將底板上部鋼筋束的位置作微調(diào)， 以保證地腳螺栓位置正確。（3）底板商品混凝土澆搗時，應(yīng)在預(yù)埋螺栓套板的適 當(dāng)位置開設(shè)透氣孔，并在面板中部開一個中150 mm左右的商品混凝土振搗孔， 以保證使地腳螺栓套板下部的商品

15、混凝土振搗密實(shí)。3. 5大體積商品混凝土施工采用的配合比通過試驗(yàn)驗(yàn)證，在商品混凝土各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求的基礎(chǔ)上，考慮到有7家商砼站 參與超大體積商品混凝土生產(chǎn)，在大生產(chǎn)中原材料品質(zhì)指標(biāo)可能波動，以及其不 確定因素較多，為此應(yīng)留有強(qiáng)度富裕量。我們對施工現(xiàn)場的商品混凝土配合比確 定如表8。3. 6超大體積商品混凝土澆搗施工方案為減少深基坑底部暴露時間，滿足換撐需要，保證深坑的安全、穩(wěn)定，施工 時先分兩次連續(xù)澆搗深坑部位底板商品混凝土，而后再澆搗大面積底板的商品混 凝土。第一次澆搗主樓深坑商品混凝土方量為3 500 m 3，用7臺汽車泵布置在基坑 南側(cè)的施工便道上，接硬管澆搗。由2個商品混凝土商砼站同時

16、供料，商品混凝 土供應(yīng)盤為260 m3/h，商品混凝土運(yùn)輸水泥攪拌運(yùn)輸車55輛，本次商品混凝土 澆搗時間為13 h。第二次澆筑深坑部位剩余部分，商品混凝土方量為6500 m3,采用9臺汽車 泵布置在基坑南側(cè)的施工便道上，接硬管澆搗。由3個商品混凝土商砼站同時供 料，商品混凝土供應(yīng)量為360 m3/h，啟用商品混凝土運(yùn)輸水泥攪拌運(yùn)輸車85 輛，本次商品混凝土澆搗時間為18h。主樓基礎(chǔ)底板商品混凝土方量為28 900 m3,采用布置在基坑南側(cè)施工便道上 的19臺汽車泵接硬管及布料桿澆搗商品混凝土。由7個商品混凝土商砼站同時 供料，商品混凝土供應(yīng)量為700 m3/h，啟用商品混凝土運(yùn)輸水泥攪拌運(yùn)輸車

17、350 輛，本次商品混凝土澆搗時間為42 h。商品混凝土澆筑采用由北向南退搗方式澆筑。每臺商品混凝土臂架式泵車的 泵管負(fù)責(zé)澆筑寬度為5m左右，商品混凝土澆搗時依靠商品混凝土的流動性，采 用大斜面分層下料，分皮振搗。每臺臂架式泵車配置6根振動棒進(jìn)行振搗，施工時應(yīng)特別重視每個澆筑帶坡 頂和坡腳的振搗，確保上、下部鋼筋密集部位商品混凝土振實(shí)。商品混凝土表面處理要做到“三壓三平”。首先按面標(biāo)高用工具拍板壓實(shí)， 長刮尺刮平；其次要在初凝前用鐵滾筒進(jìn)行數(shù)遍碾壓和滾平；最后在終凝前，用 木蟹打磨壓實(shí)、整平，以閉合商品混凝土收水裂縫。保溫措施采用二層塑料薄膜和二層麻袋覆蓋，即在商品混凝土表面先覆蓋塑 料薄膜一

18、層，以封閉商品混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)的途徑，使商品混凝土能在潮濕條件 下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以控制干縮裂縫產(chǎn)生，在這層薄膜之上再蓋一層麻袋，以減少商品混 凝土表面熱量的散發(fā)；然后再覆蓋一層塑料薄膜，以防止雨水滲透。最后再覆蓋 一層麻袋，加強(qiáng)保溫。要注意覆蓋薄膜的幅邊之間搭接寬度應(yīng)不少于100 mm， 麻袋之間的邊口要拼緊。3. 7大體積商品混凝土測溫方案與結(jié)果第一次、第二次測溫方案及結(jié)果在此不再介紹，重點(diǎn)介紹第三次方量為28 900 m3大體量的商品混凝土澆搗測溫方案及結(jié)果。基礎(chǔ)底板第三次商品混凝土 澆搗時間為2005年1月28日23： 00至2005年1月30日15： 30停止。商品混 凝土微機(jī)測溫系統(tǒng)從20

19、05年1月28日開始實(shí)時測試至2005年2月23日結(jié)束， 歷時27 d。本次大底板測溫點(diǎn)自坑邊(A)始，依英文字母順序排定，至中心點(diǎn) (H)為一組，再由(H)到坑邊(o)點(diǎn)為另一組測溫點(diǎn)。測溫情況顯示，商品混凝土 入模溫度為1013C，測點(diǎn)溫度、溫升值隨位置和厚度的不同而各不相同，在 商品混凝土較厚處，由于散熱條件較差。所以溫度與溫升值較大。如：3B軸處 3B3的入模溫度為12.4C。最高溫度為67.1C。其溫升值為54.7C： 3J軸 處3J3的入模溫度為12.1C，最高溫度為65.0C，其溫升值為52.9C。在 承臺的邊緣處，由于散熱條件較好。所以溫度與溫升值較小。如：3A軸處3A3 的入

20、模溫度為11.6C。最高溫度為59.1C，其溫升值為47.5C； 3C3離電梯 井較近，散熱條件也較好，其入模溫度為11.3C，其最高溫62.4C，其溫升 值為51.1C。另外，在基礎(chǔ)底板較薄處散熱條件也較好，如：3M2的入模溫度 為11.4C，最高溫度為53.6C，其溫升值為42.2C。從測溫得知，商品混 凝土水化熱發(fā)展期主要集中在80 一 100h內(nèi)。4施工創(chuàng)新與工程總結(jié)通過大量研究試驗(yàn)，摸索出聚羧酸系外加劑與水泥的適應(yīng)性規(guī)律，掌握了聚 羧酸系外加劑配制低水化熱低收縮大體積商品混凝土技術(shù)。大體積商品混凝土配制技術(shù)途徑走通過水泥與活性礦物外摻料的合理匹配， 利用聚羧酸系高效外加劑的復(fù)合效果，以低水膠比、少用水量、大流動的技術(shù)路 線是可行的和有效的，可以確保商品混凝土耐久性要求。與普通商品混凝土相比，用聚羧酸系外加劑配制商品混凝土具有良好的工作 性，其物理力學(xué)性能和耐久性能均有較大的優(yōu)勢。在大體積商品混凝土中摻入礦粉、粉煤灰等活性摻合料，取代部分水泥和部 分細(xì)骨料，可以顯著改善商品混凝土性能，特別是改善商品混凝土抗?jié)B透性能。充分利用活性摻合料的后期強(qiáng)度，采用低水泥用量主要是為了降低大體積商 品混凝土所產(chǎn)