浅谈超高层项目施工科技创效技术措施

结合某超高层项目浅谈工程科技创效摘要：结合海南海控国际广场项目的实施过程，从优化设计、优化方案、绿色施工、新技术推广应用几个方面对项目科技创效工作的开展进行了总结和介绍。关键词：超高层施工科技创效双优管理新技术应用绿色施工1引言科技创新是企业发展永恒的主题，是创造效益的动力和源泉。全面推进技术创新，已成为增强企业发展后劲的根本出路和当务之急。技术创新也是建筑企业在激烈的市场竞争中永立不败之地的强大动力。中建六局海控国际广场工程项目管理团队紧跟工程建设科技创效时代步伐，秉持中建总公司“坚持依靠科技进步，全面提升核心竞争力”的理念，围绕新技术应用、精细化管理、深化设计、绿色施工等各方面，开展新技术推广、征集“金点子”、双优化建议等活动，结合工程实施过程从各层次、各方面较广泛的进行科技创效的工作，取得了一定的成效。海控国际广场项目，作为海南岛乃至全国的一个在建超高层项目之一，本文以该工程为背景案例，针对项目的科技创效工作，从双优管理、绿色施工、新技术推广应用三个方面进行简单介绍和总结，以供交流和探讨。2项目概况海控国际广场项目位于海南省海口市龙华区滨海大道，北面紧邻海口湾。该工程由海南海控置业有限公司投资建设，中国建筑第六工程局总承包施工。项目由主楼（A座）、副楼（B座）、附属裙房及地下机械车库组成，总建筑面积23万㎡，是集办公、酒店、餐饮、娱乐、观光、文化、国际会议于一体的综合性商务中心。其中主楼建筑高度249.70m，目前是海南省在施第一高楼。项目主楼工程结构形式为钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土外框柱、钢筋桁架楼承板结构形式，地下3层，地上55层。本工程处于地震烈度8.5度地区，目前是中国大陆区域最高地震烈度区第一高楼，也是国家抗震专家评审要求的“大震不屈服”第一高楼。工程主体结构已于2012年1月封顶，目前正在进行幕墙安装，机电安装及装修等工作。图1建筑效果图3双优管理3.1施工方案优化岩石地基深基坑承压水降排水基坑距琼州海峡南岸仅1km，降水丰富。坑深16.1m（局部降坑深22.4m），抗浮设防水位标高为3.90m,地下水压很大。基坑支护采用单排桩结合止水粉喷桩方式。基底为中风化玄武岩，地下水主要赋存于风化玄武岩中的微承压水，大气降水渗入补给。基坑降水方案原定为：基坑侧壁设置止水帷幕（钢板桩、单双排搅拌桩、高压旋喷桩等），坑内采用井点降水，其优点是降水效果明显，可以保证基坑内无水作业。但是对于岩石地基，经研究存在以下几点困难：1、技术难度高对于岩石地基的井点降水设计，在计算分析建模过程中，需要对岩隙水的特点进行分析，对管井设置、管井深度、水力坡度、降水理想曲线等特征进行详细研究。2、工作量大、成本高、进度慢岩石为渗透系数较低地层，井点降水影响面积小，井点布置量大，甚至必须在结构底板下设置井点，使用时间长，岩石中打降水井的施工难度也高，此种降水方法必然增加成本，降低施工效率，延缓工程进度。3、质量缺陷处理难度大，水压难以调控为保证工程进度、提供工作面，降水工作在地板结构完成后结束，在此工程中基底高水压被降水工作削弱，结构渗水点不易被察觉。一旦地下室结构结束，降水工作停止，如果出现渗水的质量缺陷，高水压下的堵漏工作极难进行；另外，高水位地下室有抗浮设计，如果出现意外地下室结构上浮情况，应急处理措施复杂，进行缓慢。针对以上难点，经过技术经济分析最终决定采用的降排水方式为：周边双排围护桩加桩间喷射混凝土作为止水帷幕，基坑底部四周为明沟加集水坑排水，由于基地面积大，岩石渗水系数低，基坑内部采用暗沟加集水坑降排水系统。经过施工过程中方案实施的验证，本排水系统具有以下有益效果：1、操作简单，施工方便，技术难度低，对降排水区域针对性强，布置灵活。2、成本低，充分利用地下水压自然疏导，减少能源消耗。3、提供基础工作面较快，有效促进工程进度。尤其在雨季期间保证了工程的顺利进行，对工程进度起到了积极的促进作用。其中一个施工分区基底面积6000多平米，从垫层开始五层地下室在60天内顺利封顶。4、水压可调节，为后期可能出现的结构问题、质量缺陷提供及时有效的支持。5、集水坑排水用于绿色能源循环使用，现场施工用水90%取用地下水。新旧混凝土交接处防水处理本工程A座与B座旧裙楼基础底板相连，新、旧楼基础底板分别厚2.5米、1米，地下抗浮水位2米，基础底板底标高为-16.1米，地下水压大，防水要求高。原方案新旧混凝土建筑接头防水伸缩缝结构，它包括止水带，膨胀条，嵌缝材料和填缝材料。止水带的一端被粘贴在旧混凝土结构上，另一端伸入新建筑结构中，在其上下铺设填缝材料，在填缝材料上铺设膨胀条，在膨胀条上铺设嵌缝材料。其嵌缝材料及填缝材料经过地下水的长期浸泡，易发生变质；止水带与旧混凝土很难粘贴牢固；地下水位较高、压力大时，可能从止水条的一侧渗水，存在隐患；再者，新浇筑的混凝土产生收缩或其上部有结构的产生沉降后，原防水构造将产生缝隙，防水设施随之失去作用。根据岩石地基新旧建筑沉降差的分析，本工程针对原方案研究并增加了一种刚性防水的连接方法，目的是提供一种长久止水效果好，保证建筑工程质量，防止因建筑物沉降或新筑混凝土收缩造成防水破坏的新型新旧混凝土交接处防水沉降构造。将钢板止水带或橡胶止水条的一半封装在旧混凝土结构中，另一半封装在新混凝土结构中，能够有效防止因建筑物沉降或新筑混凝土收缩造成的止水结构破坏，止水效果好、作用长久，有效保证了建筑工程的质量。该工程采取了如节点图示防水措施，目前底板施工完成，无渗水现场，实施效果良好。图2新旧混凝土交界处结构连接、防水处理节点图矩形外框钢管柱混凝土浇筑原方案采用塔式起重机配合料斗高位抛落进行浇灌，但是，该方法施工效率极低，增加了塔式起重机运力压力。不仅如此，由于钢管柱根据塔式起重机运力进行合理分节，分节安装，上层钢管柱须等待下层钢管柱混凝土浇筑完成后进行吊装，进而影响工期；同时垂直交叉施工，亦存在极大的安全隐患。通过理论分析及实际模拟浇筑实验，本工程优化施工方案，采用高位抛落免振捣法施工。钢管柱每安装完成四节（高度17m），在第四节钢管顶部预留一个混凝土浇筑孔（300×300mm），当钢柱、钢梁及组合桁架楼板施工完成后，将泵管直接与预留孔连接，通过泵管将混凝土从柱顶浇筑至钢管内，浇筑高度低于浇筑孔下口5cm，待混凝土浮浆清除干净后，将浇筑孔封堵。图3原浇筑方案图4优化后浇筑方案表1优化后方案效果分析项目效果分析进度解放塔吊平均每天天5小时的运运力质量原人工振捣不便。免免振，密实性性好。安全避免拖机械设备进进入高空作业业。环境不会产生振捣棒的的噪音，减少少对周边居民民的影响。效益增加工程材料费约约80元/m³，人工费、机机械费、措施施费减少约4400元/m³，估算技术术经济效益可可达200万元。液压爬模及外爬内支模板体系的应用1、核心筒液压爬模方案本工程核心筒爬模体系采用“JFYM100型爬模架技术”。单个JFYM100承载力为10t，由轻型油缸驱动，操作方便。在核心筒施工过程中，整个爬升体系通过控制调节器相互协调同步工作，实现同步爬升，带动外侧大模板共同均匀上升。其特点如下：1）减少了高空危险作业的工作量。保证了安全生产、文明施工，并根据工程需要，可同时提供多个操作平台。各工序可同时进行交叉作业，大大缩短施工工期。2）节省人工，最大限度地减少塔吊吊次，缩短工程工期，为施工管理带来综合效益。3）液压爬升系统操作简单；爬模架附墙点靠预埋装置和附墙座直接与墙体连接固定；架体间采用侧片连接，螺栓固定，保证架体的整体性；并且采用先进的防倾、防坠装置，保证爬模的安全使用。4）架体跨距大，投入使用早，需要现场配备资源少，安装及拆除方便、爬升速度快、占用场地小、现场整洁等。2、外爬内支模板方案的选择针对工程核心筒特点，相对内外全爬，最终选择外爬内支模板方案，原因如下：1）根据工程结构形式，核心筒内部剪力墙变化大，电梯洞口转换多，机位和爬架单元需多次转换。2）内外全爬工艺类似“烟囱式”结构施工，水平构件留置多，后期处理程序多，难度大，技术质量控制要求高。3）同一般结构施工工艺结合，平板结构施工完即用于临时材料堆场。4）减少内部爬模机位，降低施工成本。5）工期方面，一般情况内外全爬进度较快，经过工程实践检验，采用外爬内支方案，核心筒工期最快2.5天/层，正常施工平均4天/层，最终满足达到进度要求并提前完成封顶节点。布料机的使用原方案拟用人工接水平泵管进行核心筒作业面的混凝土布料。针对工程水平尺寸较大，墙体密集，电梯楼梯空洞多，混凝土梁大，工作面水平混凝土泵管敷设困难等特点，决定引进使用一台32m臂长的自升式全液压遥控混凝土布料机（HGR32型）置于结构工作面，解决混凝土在水平工作面的输布问题，大大提高了混凝土作业的效率和质量，保证了安全，减少人工实现机械化布料。布料机的工作原理和车载混凝土布料机是一样的，所不同的是，本工程的布料机置于楼层作业面，并随结构层的升高而自动顶升。布料机可以很好的满足作业层水平布料的要求，避免人工敷设水平泵管的麻烦，同时，可以很好实现剪力墙分层浇筑的要求，保证安全和质量。本工程最多的一层混凝土量达990m³，利用混凝土布料机，施工非常顺利，可以完全发挥混凝土输送泵的最大输送能力。本工程采用的混凝土输送泵的输送能力为45m³/h，实践中平均输送速度能达到40m³/h，能够很好的满足本工程的施工需要。但在布料机使用过程中也存在一些问题，如弯管多，泵送压力损失、坍落度损失量大，易堵管，洗管难度大等情况，这些问题在施工过程中带来一些麻烦，虽然通过各种途径在过程中得到解决，但从根本上如何更好的避免还需进一步研究学习和探索。3.2施工图优化地下室顶板承载力加强本工程现场场地局限性很大，必须利用地下室顶板作为材料堆场和运输线路，原设计承载力远不满足其作为施工场地的承载力要求。经同参建各方会商，最终确定了加强地下室顶板承载力设计方案，很大程度上解决了场地不足的问题。表2地下室顶板承载力加强施工图对比劲性外框钢骨柱改为矩形钢管柱原设计外框结构柱为十字劲性钢骨混凝土柱，钢骨柱材质为Q345B，柱混凝土1～34层标号为C60,35～52层为C50,并在柱边配有HRB400，36根直径32的竖向钢筋，及直径16mm的箍筋（加密区间距100，非加密区200），见图4，为劲性钢骨外框柱5层以下柱截面图。变更后，外框柱为矩形钢管混凝土柱，钢管材质为Q345B，柱内灌注C60混凝土，见图5，为钢管混凝土柱5层以下柱截面图。劲性钢骨柱施工难度大，需要搭设外框爬架系统，其安全性，经济性以及对工期的影响均不利。外框结构变更为矩形钢管混凝土柱，使结构受力更可靠，抗震性能更强，特别是减少了施工工序，节约了施工成本，加快了工程进度，并大幅增加了钢结构用量，减少措施费，实现了工厂化、现代化施工，提高工程效益。图5原劲性钢骨外框柱5层以下柱截面图图6变更后钢管混凝土柱5层以下柱截面图压型钢板改为钢筋桁架组合楼承板原设计压型钢板钢筋绑扎繁琐，钢筋间距不易保证，下部受力钢筋需要现场手工焊接短钢筋，效率缓慢，保护层厚度不易控制；单向板设计，只能通过增加整体钢板厚度才能满足较大跨度楼板施工阶段受力，造成材料浪费；双向板施工不便，必须牺牲肋高以下混凝土及板厚；管线敷设施工时，垂直与板肋敷设须放置在板肋上部，对于板厚较小的楼板会影响到上部钢筋施工空间。虽然单板的价格低廉，但是由于其施工繁琐，所需人工量大，综合造价反而偏高，经济效率低。钢筋桁架楼承板是将楼板中的钢筋在工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌钢板在工厂焊接成一体的组合楼板。在施工现场，可以将钢筋桁架楼承板直接铺设在钢梁上，然后进行简单的钢筋工程，便可浇筑混凝土。使用该模板不需要架设木模及脚手架，底部镀锌压型钢板仅做模板用，不替代受力钢筋，故不需考虑防火喷涂及防腐维护的问题，并且钢筋排列均匀，上下两层钢筋间距及混凝土保护层厚度能充分得到保证，为提高楼板施工质量创造了有利条件。当浇筑混凝土形成楼板后，具有现浇板整体刚度大、抗震性能好、抗冲击性能好、防水性能好等众多优点。3.2.4C60高强混凝土改为C60高抛免振自密实混凝土在钢管混凝土施工过程中，由于钢管内操作空间小、作业高度和强度大，施工时间长等因素，通常普通振捣浇筑较难实现，不易保证柱内混凝土的密实性。本工程外框柱内混凝土由普通C60混凝土改为高抛免振自密实C60混凝土；同时也实现了外框钢管柱从顶部浇筑改为从侧面开洞浇筑。自密实混凝土具有泵送施工速度快、劳动强度低、生产效率高等优点，又可以降低工程造价；同时，这种混凝土具有高抗渗、抗冻、抗腐蚀以及耐磨等性能，对节约资源能源、保护自然环境、延长工程寿命有重大意义；此外，自密实混凝土最大的好处是高塌落度，施工中可以实现免震捣，并能很好的保证工程质量。本工程外框22根钢管柱混凝土施工，均采用高抛自密实混凝土，不仅加快了工程进度，减少周边环境及噪音污染，更保证了施工作业安全及工程质量，得到成功应用。SCR复杂结构钢筋1、超高层双连体核心筒竖向配筋密集情况下的并筋技术本工程地处高烈度和强台风地区，核心筒含钢量较大，初步的图纸设计竖向为三级钢36间距100mm，而最宽的核心筒墙体为1500mm，这样净距离只有64mm，水平箍筋的间距也是100mm，墙体中部的钢筋绑扎就实现不了。通过与设计沟通，参照美国ACI318‐05的标准，采取了并筋技术，地下室部分至地上六层钢筋密集的问题就得到了有效解决。（工程施工时间为2010年9月，当时未实施《混凝土结构设计规范》GB50010‐2010。）图7原设计暗柱配筋平面图图8并筋后暗柱配筋平面图2、箍筋简化核心筒钢骨混凝土连梁高度仅800mm，直径25通长主筋达60根，还包括200×500钢骨在中间，10肢箍筋无法绑扎，通过与设计沟通，进行了钢筋代换及特殊形式开口箍的使用，实现了箍筋绑扎的操作方便，加快工程进度。图9原箍筋形式图10优化后箍筋形式3、钢筋机械锚固核心筒剪力墙暗柱钢筋直径为28‐36，墙宽最大为1500mm，竖向钢筋有10排，钢筋弯锚难度高、钢筋密集拥堵。经同设计院进行各项受力分析，决定遇洞口断开采用机械锚固与两端焊接封锚结合方式（如图6），其中套筒为同直径加壁厚套筒。此种锚固方式简化了现场钢筋施工、避免了绑扎困难的问题，并且节约钢筋。工程共有约105个洞口，每个洞口钢筋数量40个，节约钢材约30t。图11大直径钢筋锚固方式优化4绿色施工降本增效4.1垃圾回收利用1、施工现场砖砌垃圾池4个，尺寸为8000*6000*1000。充分发掘垃圾可再生途径，对建筑垃圾进行分类回收处理，用于铺路或重新加工再生产等。2、项目部在生活区及办公区设置可回收利用、不可回收利用垃圾桶，每天派专人进行清运，保持施工现场内环境卫生。表3现场建筑垃圾利用情况表4.2基坑降水、雨水回收利用施工现场建立并使用施工用中水回收系统；对地下水、雨水等收集使用，生活用水做到污水、废水分流，建立可再利用水收集池，使废水得到梯级利用。现场机具、设备、车辆冲洗用水优先使用中水和其他可利用水资源；图12雨水回收利用水箱图13地下水利用系统海口地区雨量充沛，年平均降水量约1686mm，为了利用丰富的雨水资源，施工现场D区地下室配置2个12m³水箱，专用于雨水收集。收集的雨水用于混凝土养护、施工现场卫生间便池冲水、现场路面喷洒保洁、冲洗车辆及现场绿化浇灌。施工现场办公区、生活区的生活用水采用节水系统和节水器具，节水器具配置比率达到100%。图14节水对比曲线图工程主体施工期间，共计节约用水量约47000t，节约经济费用约17万元。4.3因地制宜，风能、太阳能的利用（1）太阳能资源海口地处热带季风性气候，年日照平均时数长达2200小时，光照率50%‐60%。本项目充分利用太阳能资源，在施工现场阳光充足部位架设10块太阳能集热板，每块功率100W，总共1KW，每天蓄电约12KW，此部分蓄电供应办公区域走廊及路灯照明所用，保证了夜间照明，促进安全生产，对于绿色施工节能减排跨出了实质性的一步。（2）风能资源海口地区常风较大，风能资源相当丰富，同样在施工现场安装风力发电机。由于本工程所用模板体系为外爬内支模式，考虑本工程所处地带为城市CBD，四周建筑物密集不利于风力发电机达到最大发电效果，故将发电机架设于爬模架顶，随着爬模架爬升。爬模架体南北两边各布置2台风力发电机，每台功率为300w/h，合计发电量为。爬模架南北各1个LED屏幕，合计能耗为1.1kw/h。此风力发电用于爬模架顶端LED广告屏夜间屏幕显示企业Logo及楼层内照明及紧急备用电源。图15太阳能发电图16风能发电5新技术推广应用作为国家的重大战略部署，我国将在2020年将海南初步建成世界一流海岛休闲度假旅游胜地，使之成为开放之岛、绿色之岛、文明之岛、和谐之岛。2010年1月4日，国务院发布《国务院关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》。至此，海南国际旅游岛建设正式步入正轨。但是海南省建筑业发展落后，建筑业资源稀缺，技术相对落后。海控国际广场作为海南省第一高楼，以科技进步带动生产力意义重大。本工程包括岩石地基深基坑、A座超高层施工、B座加固改造、A‐B新老楼连接、Hilton酒店装饰设计与施工等等，工程复杂、综合性强、涉及专业面广、技术含量较高。项目积极推广应用四新技术，涵盖《建筑业10项新技术（2010）》中10大项共23个子项技术。其中诸如抗浮锚杆后注浆技术、自密实（高强）混凝土技术、大体积混凝土裂缝控制技术、超高泵送混凝土技术、大直径钢筋直螺纹连接技术、钢筋机械锚固技术、液压爬升模板技