超大型项目施工新技术

超大型项目施工新技术内容摘要：

混凝土泵型号与配置。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 工程概况 广州国际金融中心由主塔楼、附楼和裙楼组成。 主塔楼地下 4 层，地上 103 层，高 432 m，采用钢管混凝土斜交网格柱外筒 +钢筋混凝土内筒的筒中筒结构体系。 外筒由 30 根钢管混凝土柱自下而上交错而成。 钢管立柱从 m 底板起至 m 形成首个相交 X 形节点，再往上每隔 27 m 相交，至结构顶部共有 16 层相交节点。 X 形节点区钢管板厚随位置而变化，最厚达 55 mm，中间设置 100 mm 连接板 ，单个节点区分段重量最大 64 t，见图 21。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 塔式起重机的选型与配置 该工程具有节点重量大，分布范围广，构件重量差异悬殊等特点，结构安装将面临一系列难题，其中塔式起重机选型就是一项技术性和经济性要求都非常高的工作。 围绕在技术可行的前提下，尽可能降低塔式起重机配置，以降低建设成本的目标，施工方案研究中，将塔式起重机选型作为重要课题。 单个构件吊重是塔式起重机选型的最重要因素。 针对该工程结构特点，最大构件重量为 外框钢结构 X 型节点，通过与设计充分的沟通协商，构件分节后构件最大重量为 64t，且需要塔式起重机最大 18m 工作半径范围内。 综合分析国内外同类工程经验及市场行情后，确定采用 M900D 动臂式塔式起重机。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 根据该工程的特点，塔式起重机的配置主要有设置的位置和数量两个方面。 （ 1） 塔式起重机设置的位置 塔式起重机设置的位置应考虑以下几方面： 1） 应能满足重量最大构件吊装的工作半径要求； 2） 便于设置支撑结构； 3） 附着于结 构的承载力应满足承受塔式起重机的相关荷载，加固措施费用低； 4） 便于塔式起重机爬升时支撑结构的周转； 5） 能否持续爬升到顶，中间是否需要转换； 6） 在完成主体结构施工后是否便于拆除； 7） 与裙楼施工的塔式起重机的设置是否会相互影响。 在综合对上述各方面因素后，该项目塔式起重机设置的位置如图 22 所示，该塔机附着在六边形核心筒的三条短边以外，塔机中心距离外墙面 5 m，能保证 18 m 工作半径起吊 64 t 的要求 ,且塔机可持续爬升至 73 层后转换。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的 规划 （ 2） 塔式起重机的数量 塔式起重机的数量应根据项目工程的结构形式和吊次需求来决定。 1）建筑结构形式 该项目采用钢管混凝土斜交网格柱外筒 +钢筋混凝土内筒的筒中筒结构体系，对于此类结构的工艺安排均需要混凝土核心筒单独领先一定高度来组织施工，故塔式起重机受制于自由高度的限制宜附着在核心筒结构上最佳。 另外在超高层结构施工中，选用爬升式塔式起重机是不二的选择，这就需要有能够支撑整个塔式起重机及相关荷载的支撑结构，而核心筒的形状、尺寸、结构形式直接限制了塔式起重机的设置位置，又限制了塔式起重机数量的配置。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 2）吊次需求 塔式起重机的吊运能力直接影响整个工程以及钢结构工程的施工进度，钢结构的吊次需求是由构件分段来决定，而构件的分段是根据结构的特点、塔机最大吊重及吊装工艺特点来进行。 因此，在确定塔机最大吊重能力后，需在尽可能减少现场吊运次数、降低现场焊接工作量的前提下，满足其他工序（如安全操作防护、混凝土浇筑等）的作业方便，进而确定塔式起重机配置的数量。 故在综合考虑上述因素后，该工程项目确定选择 3 台 M900D 塔吊。 同时，通过精细的策划、计算与布置 ，最大限度地减少了现场结构加固辅助措施的投入，并通过移位转换，减少了塔机 300 m 标准节的额外投入，节约了近 2 000 多万元的施工设备投入。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 施工升降机的选型与配置 由于该工程建筑外立面为中间粗，上下两端细，且内外筒之间连接钢梁布置无规律，此两个位置不宜布置施工升降机，因此在核心筒电梯井道内设置了 10 台特制高速施工升降机，见图 23，分高、中、低三个区段服务。 根据施工升降机的需求情况，划分为 6 个施工阶段 来安排，见表 21，不同施工阶段垂直运输安排，见图 24。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 同时，为实现施工升降机能直接运输人料至最高顶模操作平台上，高区施工升降机设置时，在核心筒中间设置 3 部施工升降机，成三角形布置，利用可周转使用的 3 道三角形钢构架将3 部施工升降机的标准节连接成整体，见图 25～图 27，提高施工升降机标准节的抗侧刚度，实现了施工升降机 27 m 自由高度，由此大大提高了施工升降机的运输功效。 图 28 为上顶模操作平台的施工升降机现场图片。 工程案例 1— — 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 超大型项目尤其是超高层建筑施工到后期，施工升降机需逐步拆除，以利于进行因施工升降机影响的预留工作内容，但此阶段高区仍存在大量的运输需求，若规划不当很容易产生运输盲区时间段，而一旦产生盲区，则对整个工程进展产生全面的影响，为此施工升降机与正式电梯的交接与转换需综合全面考虑。 该工程项目因施工升降机占用了部分正式电梯的井道，故在垂直运输规划中进行了多方面的综合考虑，以满足 了现场施工需求： （ 1）施工升降机需占用井道时，低区施工升降机尽量占用正式低区区段电梯的井道；中区施工升降机尽量占用正式消防电梯的井道；而高区施工升降机则需避开正式电梯安装调试周期较长的和高区直达正式电梯的井道。 这样可以减少遗留工作量的基础上逐步地拆除低、中区施工升降机并转换为正式电梯服务，高区施工升降机可在最后拆除，预留好拆除及正式电梯安装调试时间即可。 （ 2）低区施工升降机在低区装饰大宗材料运输完成，且低区正式电梯部分投入使用后即可拆除。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 （ 3）中区施工升降机在中区装饰大宗材料运输完成，且中区正式电梯部分投入使用后即可拆除。 （ 4）高区施工升降机的拆除时间原则上宜选择在高区大宗装饰、机电材料运输完成后进行，但此阶段往往会对关键线路造成影响，因此，在此阶段规划时需综合考虑施工升降机拆除时间、遗留结构施工时间、正式电梯安装调试时间、整体装饰施工时间等因素，必要时需安排高区正式电梯的安装提前或加快，提前拆除高区施工升降机。 （ 5）用于替换施工升降机的正式电梯需能涵盖相应区段绝大部分的工作面，避免出现过多的盲层或多次的转运，转换后运输能力需有保证。 按照上述安排，正式电梯提前使用原则上只可运输人员及小宗材料，便于正式电梯的成品保护。 在该工程项目施工过程中，施工升降机基本满足现场施工需要，在装饰、机电大面积展开施工时，施工升降机仍然比较紧张，需通过一系列措施提高施工升降机和正式电梯的功效，降低功效损耗，最大限度地挖掘其运输潜能。 工程案例 1—— 广州国际金融中心项目施工垂直运输体系的规划 混凝土输送泵的选型和配置 作为结构施工中最大宗的材料，混凝土材料具有量大、面广且具有非常强的时效约束，选择工作压力大，能将混凝土一次性泵送至各个工作 面的混凝土输送泵是必然的。 尤其是超大型项目的超高层建筑，混凝土材料需要承受比较大的设计荷载，且强度等级往往比较高，而混凝土强度越大，黏性越大，泵送性能就越差。 混凝土输送泵在选择时除了足够的泵送压力以外，相应的泵机控制系统、监控系统、泵管系统及相关泵送技术是必须要考虑的。 泵送时，各个方面需做好充足的准备，以免在泵送过程中出现异常而处理不及时或不得当造成重大损失。 为此，该项目与中联重科联合开发了理论工作压力可达 40MPa 的 混凝土输送泵，同时还配备了 GPS 全程跟踪系统。 同时选用Φ 120 超高压耐磨泵管及特殊抗爆管接头，现场配备了足够的配件及工程技术人员。 混凝土泵送到作业面后分两个高度（顶模平台面、外框钢结构面）各布置 2 台 HGY19 型液压遥控布料机。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 工程概况 广州塔总用地面积约 万㎡，其中塔基用地面积约 万㎡ ，总建筑面积约 万㎡ ，结构总高 600 m。 该工程主体结构内部采用钢筋混凝土核心筒，外部采用由斜钢管混凝土柱、钢环梁及钢斜撑构成的钢框架，其与中间混凝土核心筒通过楼面梁、水平支撑及桁架等形式进行 连接。 现场共配置两台 M900D 塔吊及两台 SC200/200GS 双笼和两台 SC200GS 单笼高速无对重施工升降机。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 塔吊选型及配置 单个构件吊重是塔式起重机选择的最根本因素，钢结构主要构件立柱钢管的截面直径为1200～ 2 000mm，壁厚为 30～ 50mm，最大分段重量约 40t；部分楼层桁架重超过 80t，综合分析国内外同类工程经验及市场行情后，确定选择 M900D 塔吊。 塔式起重机的吊运能力直接决定了整个钢结构工程或者含钢 结构工程的施工进度，而钢结构的吊次需求直接由结构的设计特点和根据塔式起重机最大吊重及吊装工艺特点而进行的构件分节决定。 因此，在确定塔式起重机最大吊重能力后，需在尽可能减少现场吊运次数、降低现场焊接工作量的前提下，满足其他工序（如安全操作防护、混凝土浇筑等）的作业方便，进而确定塔式起重机配置的数量。 在综合考虑上述因素后，该项目确定选择 2 台 M900D 塔吊。 塔式起重机设置位置见图 29。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 施工升降机选型及配置 将四台施工 升降机全部安装在核心筒内部的升降机井道内，考虑建筑物超高，施工升降机需要运行的距离也超长，故各配置两台 SC200/200GS 双笼和 SC200GS 单笼高速无对重施工升降机，见图 210，吊笼具体尺寸根据核心筒内实际尺寸配置，升降机无须对重，拆装方便，运行速度可达 96 m/min。 由于其安装在电梯井道内，其外形尺寸受到安装位置尺寸的限制，施工升降机自身尺寸只能够根据其安装位置的尺寸进行专门的设计，其通用性相对比较小，另外，升降机安装在核心筒内部，受到建筑物结构的限制，升降机的安装、使用、拆卸都有一定的困难，尤 其在拆卸时，无法使用塔吊、汽车吊等起重设备，而升降机本身的重量又比较大，所以拆卸困难，必要时需要做成单片组装的形式。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 广州塔核心筒施工使用的施工升降机可以全部采用按标准配置标准节（ 650 mm179。 650 mm179。 1508 mm），但由于其安装高度超高，需要对标准节进行加固配置。 即导轨架 0～ 70 m（ 47节）采用壁厚 10 mm 的特制标准节； 70～ 190 m（ 80 节）采用壁厚 8 mm 的标准节； 190～310 m（ 80 节）采用壁厚为 mm 的 标准节； 310～ 450 m（ 93 节）采用壁厚为 mm 的标准节。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 超高混凝土泵送技术 广州塔混凝土的施工主要分两个部位。 第一部分是核心筒混凝土结构，其泵送最大总高度为 m， C70～ C30 混凝土， m 高流水段混凝土用量，各标高段混凝土量见表 22。 第二部分是塔外围劲性钢管柱中的填充混凝土以及压型钢板楼层填充混凝土。 根据核心筒的特点，确定混凝土泵送的方案为二泵二管一次直接泵送到顶的方案。 在 220 m以下采用二泵二管同时施工； 220 m 以上采用一泵一管浇注，另一泵一管为备用设备。 竖向泵管的布置位置，选择在核心筒电梯井前室平台的位置。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 经资料收集和比较，可知当时世界上可泵送至 450 m 高度设备有德国 SCHUWINGBP8800E混凝土输送泵，见图 211；德国普茨迈斯特 PUTANEISTERBP20258GB 混凝土输送泵，见图212；国内“三一”重工的 HBT120CH2122D 以及 HBT90CH2135D 型特制混 凝土输送泵，见图 213。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 对于混凝土泵来说，体现其泵送能力的两个关键参数为出口压力与整机功率，出口压力是泵送高度的保证，而整机功率是输送量的保证。 实际混凝土泵送需要达到 465 m（ 459 m＋ 6 m）左右，为了有一定的能力储备，考虑 27 m的余度，我们按照 492 m 泵送高度进行计算。 泵送混凝土至 492 m 高度所需压力 P 包含三部分：混凝土在管道内流动的沿程压力损失 P混凝土经过弯管及锥管的局部压力损失 P2以及混凝土在垂直 高度方向因重力产生的压力 P3。 经过计算 P1为 MPa， P2为 MPa，P3为 MPa。 泵送 492 m 高所需压力总压力： P=P1+P2+P3=++=20 Mpa。 工程案例 2—— 广州塔项目施工垂直运输体系的规划 按照一般工程实例确定的最大混凝土出口压力为 35MPa。 在一般的泵送施工经验中，混凝土泵的最大出口压力应比实际所需压力高 15%～ 20%，多出。