认识超高层系列 | 上海中心大厦(二)

2008年11月29日,上海中心大厦正式开工建设。

这是中国人首次自己建设600m以上高楼,正是这个“首次”,在建设过程中遇到了许许多多令人难以想象的困难,甚至每前进一步就会遇到新的问题。

但建设者们依靠着自己的智慧、创新、努力和辛劳攻克了一个个难关,才使得这项超级工程得以完工,同时也创造了一个又一个工程奇迹和建设纪录。

上海中心大厦是未来的代名词,她扮演着独一无二的角色。

03 建设中国人自己的超级工程

1)桩基施工

上海特有的深厚软土地基是建造超高层建筑的最大障碍,如何在“豆腐土上建高楼”,成为了上海中心大厦建设者必须攻克的难题。此前的金茂大厦和上海环球金融中心,是先在土壤中打入钢管桩基,接着浇筑能帮助分摊建筑压力的钢筋混凝土底板,再在其上建造摩天大楼。

上海中心大厦沿袭了这一思路,经过大量勘探和数据分析、计算,工程师们最后将土层的第9层确定为塔楼核心区的桩基持力层。

解决了桩基持力层的问题,下一步要解决的难题是基桩承重力的问题。“钻孔灌注桩”直径1m、长度85m的单根常规桩极限承载力不过800t。而上海中心大厦主楼底面积有限,最多只能布下1000余根基桩。每根桩的承载力至少要达到1000t,如此看来,要承受85万t重的上海中心大厦,常规灌注桩根本力不从心。

工程师们的解决方案是采用经过试验证明的“钻孔灌注桩+桩底注浆”技术。工程师们预先在钢筋笼的侧面埋设3根钢管直至桩底,其中两根为注浆管,一根用于桩身超声波检测。混凝土浇筑成桩达到预定强度后,在地面通过注浆管向桩底高压注入水泥浆。浆液可以从桩底挤出孔底的沉渣,填充桩底的缝隙,充实桩侧的泥皮,从而大幅提高单桩的承载力。

为此,工程师们于2008年5月开始,进行了专项试验。试验采用了4根长87.4m、直径1m的钻孔灌注桩。其中3根采用桩端注浆工艺,另外1根是桩端不进行注浆的素桩。通过检测结果的对比,前3根桩型单桩承载力均超过了2600t,最后一根素桩的承载力只有800t。由于此次试验结果论证了“钻孔灌注桩后注浆工艺”科研攻关成果的可靠性,因而上海中心大厦把原设计中的钢管桩基改为后注浆钻孔灌注桩,为后续施工的进行打下了坚实的基础。

上海中心大厦的定位是“形神兼备、秀外慧中、汇集大成”,展示“海纳百川,追求卓越,开明睿智,大气谦和”的城市精神

2)基坑施工

上海中心大厦的基坑深达34m,面积相当于4.8个足球场,而上海中心大厦紧邻主要城市道路,周边就是两栋超过400m的超高层,最近的一侧仅约20m,基坑开挖稍有不慎,就可能损伤其它建筑的基础和管线,甚至导致路面沉降和建筑倾斜。技术人员将基坑分为主楼区域与裙房区域两个分区基坑,主楼基坑面积约1.6个足球场,内径达121m,施工在国内无先例可循。针对上海地区软土的“时空效应”特点,为保证主楼圆形基坑的真圆度以及开挖过程中的受力均衡,在挖掘之前用混凝土在基坑周围做出了65块1.5m厚、50m深的超深地下连续圆形围护墙结构,牢牢挡住基坑周围的土体滑落,保护了周边建筑、管线及道路的安全。

剩下的3.2个足球场大的裙房基坑则在主楼基坑施工完毕之后,先做好顶板支撑,再从上向下的逆向施工。在地下室顶板上预留出土口,然后向地下开挖,施工过程极为艰苦,好似矿井作业。裙房的挖土方量为60多万方,加上主楼基坑总共100多万方土,重达180万t左右,创下了世界超高层建筑大型深基坑土方挖掘量的记录,而上海中心大厦建成后的自重不超过85万t,基坑的土方挖掘量已远超大楼的自重。

3)混凝土浇筑

上海中心大厦工程主楼基础底板面积11493平方米、厚6m,混凝土6.1万立方米,是隔壁金茂大厦底板的3.7倍、环球金融中心底板的2.1倍,称得上是“巨无霸”了。针对超大面积、超深厚度、超大方量和高标号“四碰头”的超级施工难题,技术人员进行了技术攻关,他们经过多次论证、试验,对超大体积混凝土的各项性能指标进行了深入研究,确定了最终配比;在施工中统筹安排,合理配置,严密监测控制混凝土浇筑和养护温度;19辆混凝土泵送设备安置在不同作业点,近450辆搅拌车连续供给混凝土,2000余名建设者分双班24小时不间断作业,以约1100立方米/h的浇筑量,连续63小时完成主楼基础大底板浇筑的工作,创造了民用建筑工程大体积混凝土一次浇筑成功的新世界记录。

在核心筒混凝土浇筑施工中,技术团队研制采用低粘度、易泵送超高强混凝土技术,为超高600m级泵送混凝土奠定了基础;根据泵送高度不同分别设计混凝土的配合比,分为3个区段:0~65.8m(1~14层)采用自密实混凝土、65.8~393.3m(14~84层)采用高流态混凝土、393.3m以上(84层以上)采用自密实混凝土。在200m以上采用世界最大出口压力的超高压混凝土输送泵,将C35混凝土一次泵送高度达610m,创造了实体结构混凝土一次泵送高度世界纪录;并验证性地将120MPa超高强混凝土一次泵送到620m高度。

4)外幕墙安装

上海中心大厦的外层幕墙约14万平方米,由20357块幕墙挂板组成。由于上海中心大厦外表皮造型呈120°旋转并向上收分,这就造成每一块幕墙都不一样,这就给外幕墙的设计、建造和施工安装带来了前所未有的挑战。工程师采用了独特的柔性分区吊挂系统,将外幕墙安装在柔性的悬挂支撑钢结构体系上,幕墙可以随主体结构协同变形,有效地避免幕墙玻璃脱落、损坏,这就是所谓的柔性幕墙。

每一块幕墙玻璃重达数百公斤,最重的达800kg,安装一块幕墙,需要4个工人手脚并用进行卡位、矫正、调节、拧栓等工序,平均耗时20分钟。上海中心大厦的外幕墙工程是世界上首次在超高层建筑中安装如此大面积的柔性幕墙,被业界称为“世界顶级幕墙工程”。

华宇矗东方,手可摘星辰。传奇仍在继续(未完待续...)

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