金茂大廈混凝土工程施工技術(shù)

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摘  要： 金茂大廈的主樓基礎(chǔ)位于-19.6m處，基礎(chǔ)承臺(tái)長(zhǎng)、寬各為64m，厚4m，C50混凝土，總量為13500m3.本工程設(shè)計(jì)單位美國(guó)SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所要求將承臺(tái)分為8塊澆筑，以減少溫度應(yīng)力和控制混凝土裂縫。
    關(guān)鍵詞： 高層 現(xiàn)場(chǎng)施工

    1、高強(qiáng)大體積混凝土施工技術(shù)金茂大廈的主樓基礎(chǔ)位于-19.6m處，基礎(chǔ)承臺(tái)長(zhǎng)、寬各為64m，厚4m，C50混凝土，總量為13500m3.本工程設(shè)計(jì)單位美國(guó)SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所要求將承臺(tái)分為8塊澆筑，以減少溫度應(yīng)力和控制混凝土裂縫。但這樣既拖長(zhǎng)了施工工期，也不利于保證混凝土工程質(zhì)量。上海建工（集團(tuán)）總公司金茂大廈施工技術(shù)研究課題組組織了市建工材料三公司和市建一公司科技人員對(duì)這一分課題進(jìn)行攻關(guān)。通過(guò)周密計(jì)算、配比小試、模擬中試直至實(shí)際工程施工所進(jìn)行的大量研究、分析、比較，并認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)技術(shù)組織措施，終于成功地實(shí)現(xiàn)了：46.5h完成13500m3、C50商品混凝土的連續(xù)澆灌任務(wù)。根據(jù)127個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的混凝土溫度自動(dòng)測(cè)試記錄，攪拌站68組、現(xiàn)場(chǎng)157組混凝土強(qiáng)度測(cè)試報(bào)告以及工程中混凝土取芯試驗(yàn)報(bào)告表明該基礎(chǔ)工程質(zhì)量良好，施工全過(guò)程的組織管理是成功的。其主要技術(shù)措施如下。
    1.1　科研先行、優(yōu)化混凝土配合比首先優(yōu)選原材料，其次通過(guò)3種不同外加劑、3種不同水泥及其不同用量的各種配合比組合，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)比較，取優(yōu)化后的混凝土配合比為水∶水泥∶中砂∶5～40mm碎石∶Ⅱ級(jí)粉煤灰∶EA-2（緩）=0.45∶1∶1.49∶2.50∶0.167∶0.008（每m3混凝土水泥用量為420kg）。
    1.2　混凝土的制備與均速、連續(xù)供應(yīng)混凝土制備質(zhì)量和勻速連續(xù)供應(yīng)是保證大體積混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，為此上海市建筑工程材料公司組織5個(gè)混凝土攪拌站拌制混凝土（其中1個(gè)備用），各攪拌站均采用德國(guó)產(chǎn)的ELBA-105型雙階式攪拌樓，其計(jì)量、攪拌等整個(gè)系統(tǒng)由微機(jī)全自動(dòng)控制，工藝先進(jìn)，攪拌效率高，計(jì)量精度優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求，并具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，確?；炷临|(zhì)量的穩(wěn)定、勻質(zhì)。各攪拌站采用相同的金茂大廈專用原材料和同一配合比，且嚴(yán)格簽署混凝土生產(chǎn)供應(yīng)令制度、加強(qiáng)原材料檢驗(yàn)，在關(guān)鍵工序、崗位建立技術(shù)復(fù)驗(yàn)制度，加強(qiáng)生產(chǎn)、施工全過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制，通過(guò)嚴(yán)密的組織體制和崗位職責(zé)，從而有力地保證混凝土質(zhì)量。同時(shí)配備100輛6m3混凝土攪拌車以保證混凝土的勻速、連續(xù)供應(yīng)。
    1.3　外蓄內(nèi)散綜合養(yǎng)護(hù)措施厚度為4m的C50混凝土基礎(chǔ)承臺(tái)，如何減少溫度應(yīng)力和控制混凝土裂縫至關(guān)重要，除了優(yōu)化混凝土配合比、降低混凝土水化熱，混凝土輸送管道全程覆蓋灑冷水，以減少混凝土在泵送過(guò)程中吸收太陽(yáng)的輻射熱，最大限度地降低混凝土入模溫度以及在承臺(tái)表面增設(shè)鋼筋網(wǎng)以控制表面收縮裂縫等措施外，還采用外蓄內(nèi)散法的綜合養(yǎng)護(hù)措施。
    1.4　信息化自控技術(shù)為了掌握基礎(chǔ)承臺(tái)內(nèi)部混凝土實(shí)際溫度變化，了解冷卻水的進(jìn)、出水溫，將溫度傳感器預(yù)先埋設(shè)在混凝土的內(nèi)外各測(cè)點(diǎn)處，并用“大體積混凝土溫度微機(jī)自動(dòng)測(cè)試儀”對(duì)各測(cè)點(diǎn)定時(shí)進(jìn)行即時(shí)測(cè)溫。
    金茂大廈高強(qiáng)大體積混凝土基礎(chǔ)承臺(tái)施工中，由于采取了上述一系列技術(shù)組織措施，不僅保證了質(zhì)量、防止了裂縫的出現(xiàn)，而且縮短了施工周期。
    2、超高層泵送商品混凝土技術(shù)金茂大廈主樓核心筒混凝土泵送高度達(dá)382.5m，如何將商品混凝土輸送至如此高度又是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難題。如果采用塔吊吊運(yùn)，顯然無(wú)法滿足施工需求；如果增設(shè)接力泵采用分級(jí)泵送，則必定增加施工步驟，多用施工機(jī)械，而且排污問(wèn)題很難解決；故決定采用一次泵送工藝。課題組本著利用現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，通過(guò)對(duì)原材料資源的合理選擇、復(fù)合型高性能外加劑的研制和配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)及適宜調(diào)整以及泵送設(shè)備的選配等方面進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)研究，終于攻克了一次泵送至 382.5m的技術(shù)難題。
    2.1　原材料的選擇水泥選用質(zhì)量穩(wěn)定的寧國(guó)525號(hào)普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用壓碎值、空隙率、針片狀含量均較小的尖山石礦和新開(kāi)元石礦的5～25mm碎石；細(xì)骨料選用九江或巴河的優(yōu)質(zhì)中砂；外加劑采用專門研制的FTH系列高性能外加劑。
    2.2　混凝土配合比的優(yōu)化和調(diào)整
    （1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)、數(shù)量及泵送高度　金茂大廈主樓從基礎(chǔ)承臺(tái)面開(kāi)始以上部分混凝土總量為80715m3，其各工程部位的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、數(shù)量及其泵送高度如表1所示。
    （2）混凝土配合比　課題組對(duì)各強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比進(jìn)行了綜合分析和研究后認(rèn)為：C30混凝土泵送高度為333.7m問(wèn)題不大，確定對(duì)C40、C50、C60 3個(gè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不同泵送高度的商品混凝土配合比進(jìn)行研究試驗(yàn)。通過(guò)調(diào)整水泥用量、外加劑品種及其摻量對(duì)3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的不同混凝土配合比的混凝土拌合物性能和混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較，從而確定各強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比如表2所示。
    （3）適時(shí)調(diào)整配合比　本工程施工過(guò)程中的混凝土配合比調(diào)整對(duì)實(shí)現(xiàn)一次泵送工藝至關(guān)重要。當(dāng)時(shí)上海的氣溫處于高溫季節(jié)，這對(duì)商品混凝土的運(yùn)輸、泵送帶來(lái)較大困難。為了保證混凝土工程質(zhì)量，對(duì)運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)的商品混凝土進(jìn)行全面質(zhì)量控制，不僅跟蹤檢測(cè)混凝土坍落度，而且經(jīng)常檢測(cè)混凝土的含氣量和凝結(jié)時(shí)間，并將現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)得的第一手資料及時(shí)反饋至混凝土攪拌站，以適時(shí)調(diào)整混凝土配合比，滿足晴天、雨天、白天、夜晚的不同氣溫、不同道路交通狀況的泵送商品混凝土對(duì)混凝土拌合物的可泵性要求。
    2.3　泵送設(shè)備的配置超高層泵送混凝土能否順利進(jìn)行，除了混凝土拌合物必須具有良好的可泵性外，還與混凝土泵的選配、泵管的布置以及混凝土泵的操作人員技術(shù)水平等相關(guān)。金茂大廈主樓混凝土泵選用德國(guó)生產(chǎn)的普茨曼BSA-2100HD固定泵并配有備泵。其次，在泵管布置中，盡量增長(zhǎng)水平硬管、減少?gòu)澒?、錐形管；遇有90°彎管時(shí)，盡量采用大彎管，并以最大限度地降低泵送管道的總阻力?；炷帘貌僮魅藛T應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，防止空氣吸入泵管而增大阻力，以防止混凝土拌合物離析和堵管。
    2.4　嚴(yán)密的施工組織體系超高層泵送商品混凝土是一個(gè)系統(tǒng)工程。在混凝土拌制、運(yùn)輸及泵送的整個(gè)過(guò)程中，若有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，即會(huì)造成堵泵，這不僅影響進(jìn)度而且影響混凝土工程質(zhì)量，故從商品混凝土攪拌站到施工現(xiàn)場(chǎng)的全過(guò)程要全方位嚴(yán)格管理、嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程和各項(xiàng)特定的技術(shù)措施，保證混凝土拌合物質(zhì)量均勻、運(yùn)量適當(dāng)。凡不符合要求的混凝土拌合物堅(jiān)決不予入泵，混凝土泵操作人員必須有熟練的操作技能，只有這樣才能順利完成每一次泵送全過(guò)程。
    由于采取了上述一系列有效措施，成功地將C40商品混凝土一次泵送到382.5m的高度，創(chuàng)造了世界之最3　混凝土拌合物性能及硬化后混凝土抗壓強(qiáng)度金茂大廈基礎(chǔ)承臺(tái)混凝土和主樓混凝土拌合物性能如表3所示。從表3看出，商品混凝土拌合物經(jīng)時(shí)坍落度損失能得到較好控制、滿足施工需要；其次含氣量控制在2%～3%時(shí)可泵性較好，而＜2%時(shí)則較差。
    金茂大廈基礎(chǔ)承臺(tái)及主樓混凝土的抗壓強(qiáng)度（施工現(xiàn)場(chǎng)制作試件的強(qiáng)度）按《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ107-87）進(jìn)行，評(píng)定結(jié)果如示。
    5h連續(xù)澆筑完成C50大體積混凝土基礎(chǔ)承臺(tái)和一次泵送C40商品混凝土至382.5m高度的工程實(shí)踐證明，上述一系列技術(shù)組織措施是有效的，它不僅使混凝土工程施工技術(shù)有所創(chuàng)新，有所發(fā)展；而且為加快金茂大廈工程建設(shè)、創(chuàng)造高強(qiáng)度等級(jí)大體積混凝土基礎(chǔ)承臺(tái)一次連續(xù)澆筑以及1個(gè)月施工13層的超高層建筑施工新速度提供了保證。