闽投营运中心工程几种新技术应用

陈加才

(福建省九龙建设集团有限公司 福建厦门 361008)

0 引言

近几年，建筑工艺和建筑设备通过自主创新和引进国外先进技术，使得建筑施工技术应用越来越经济合理和安全适用。本文以福州闽投营运中心项目建设为案例，介绍其采用的主要几种新技术。

该项目总建筑面积106 557.12m2,建筑高度为118.45m。项目为1幢28层框架-支撑芯筒结构办公楼、1幢22层框架-支撑芯筒结构酒店，2幢高层由5层商业裙楼相连接，地下室4层，上部5层连体裙房。该项目位于福建省福州市鼓楼区古田路与古乐路交汇处。

1 逆作法技术

由于地处城市中心，两侧临近城市主干道和地铁出口，另两侧毗邻老旧建筑，地下室如采用常规顺做法进行基坑开挖会造成施工场地完全没有施工作业面，且无法进行钢筋制作和模板材料堆放，故，该工程根据现场实际地质勘探资料，结合现代建筑科技技术，采用逆作法进行设计和施工(图1)。

图1 逆作法地下三层土方开挖

图2 界面层楼板施工

首先是围护竖向结构地下连续墙施工，接着主体竖向结构“一柱一桩”施工，确定界面层为地上正一层(图2)，接着进行地下水平结构施工：地下一层土方开挖，采用明挖法，施工正一层楼板；负二层、负三层、负四层均采用暗挖法施工，分别施工地下一至三层楼板、最后是地下室底板。根据设计要求：在地下二层楼板施工完成后，方可进行上部主体同步向上施工；在地下室底板施工完成前，上部主体结构施工提供不得超过10层，待地下室底板施工完成后方可继续地上十层以上施工。

2 两墙合一

两墙合一，即地下室基坑围护结构地下连续墙同时作为地下室结构外墙。该工程地下室基坑围护，采用钢筋混凝土地下连续墙，场地浅层分布有深厚的淤泥层，地下连续墙成槽过程中易出现塌槽问题，为确保地下连续墙槽壁稳定性，增强地下连续墙的止水性能，地连墙槽壁两侧采用三轴水泥搅拌桩止水帷幕墙进行预加固，搅拌桩加固体达到设计强度后才能进行地下连续墙施工。同时，地下室结构梁板代替地下室基坑水平支撑结构。这样既节省地下室基坑支护的工期和费用，同时也保证周边临街交通道路安全和老旧建筑避免因深基坑开挖造成地下水流失而危及老旧建筑物安全。

3 AM可视旋挖冲孔扩底灌注桩

该技术的关键是可视和扩底。AM可视，在桩基旋挖过程，中轴线定位和垂直度具有自我纠偏功能，在旋挖过程及时纠偏，以旋挖钻机成孔、全液压铲斗扩底配备施工映像管理装置等技术为核心的施工方法。采用旋挖干取土，成孔速度快、液压扩底、电脑自动、显示可控，能有效地减少土体的应力释放和泥浆污染，保证成孔、扩孔及桩身质量的稳定性(图3)。一般灌注桩采用旋挖冲孔灌注桩比较多，采用能够在旋挖到桩底后改换扩底桩头进行扩底就比较少。结合后注浆工艺，能够有效提高基桩承载力，可按设计要求在任意部位扩大桩径形成扩头、扩底或支盘效果[2]。该工程施工桩长 (持力层深度)约60m(即达到砂土状强风化花岗岩/碎块状强风化花岗岩)。单桩承载力特征值 (桩径1800mm) 最大22 500kN ，扩底和扩头最大都可扩至3.6m，每根桩施工所需时长1～2d，每米施工成本 比冲孔灌注桩多出130%，而一边的冲孔灌注桩单桩承载力特征值 (桩径1800mm)最大仅约15 000kN 。由于持力层埋深较深，且在考虑沉降缝设置后，桩型较复杂，设计基桩共172根，其中最大桩径1800mm(扩底2600mm)，最大极限承载力可达45 000kN。这是一般旋挖冲孔灌注桩所不可能达到的。

图3 旋挖扩底钻头

4 桩柱一体

桩柱一体，即在旋挖冲孔扩底灌注桩身混凝土浇筑后，通过采用HPE垂直插入机将主体竖向结构钢管桩(图5)垂直插入灌注桩一定设计长度，形成桩柱一体结构(图4)。HPE液压垂直插入法作为一种新的钢管柱施工方法，工艺先进、施工简便、工期短，克服了常规做法的弊端。HPE钢管柱施工方法，按照“两点一线”的定位原理，通过机身垂直液压装置，将钢管柱在桩基础混凝土初凝前插入至设计标高。即钢管柱插入是通过插入机上4个液压垂直插入装置，由插入机将钢管柱抱紧，复测并保证钢管柱的垂直度和中心位置满足要求。然后，由上下2个液压垂直插入装置同时驱动，上下依次环抱钢管柱，通过其向下压力将钢管柱垂直向下插入到桩基础混凝土中，直至将钢管柱插入到设计深度(图6)。为了保证上部结构及地下室竖向承载力能够有效传递至灌注桩桩基础上，该工程采用HPE垂直插桩技术，将钢管柱插入灌注后的基桩顶部，垂直度能够控制在2/1000～5/1000。

图4 垂直插入机

图6 钢管柱与桩连接大样

5 大截面方型型钢核心筒结构

高层建筑的核心筒一般采用钢筋混凝土剪力墙结构，模板工程质量难以保证，成型混凝土观感差，施工难度大；该工程采用大截面型钢核心筒结构在福建省内应该尚属少见,如图7～图8所示。核心筒的竖向结构，采用方形型钢与主体竖向结构钢管混凝土柱一样，也是通过HPE垂直插入机插入灌注桩内，形成桩柱一体结构[3]。核心筒的竖向结构方形型钢之间再焊接竖向剪刀撑(采用H型钢)和水平横梁(也是采用大截面方型型钢)将整个核心筒连成整体。核心筒的水平楼板结构与逆作法的楼板同步施工。这种结构形式同样使整个核心筒结构受力合理，施工简便，节省造价和施工工期。

图7 地上矩形钢管核心筒

6 MC-8340成孔质量超声检测仪

地下室基坑围护结构地下连续墙采用成槽机成槽，现在的成槽机基本都是具有自动纠偏功能的成槽设备，成槽过程中能及时纠偏，保证垂直度偏差能满足设计要求，偏差范围在1/300以内。而通过成孔质量超声检测仪可检测出成槽槽壁质量，是否有塌孔、成渣。通过成孔质量超声检测仪(图9)可以在电脑平板上直观观测到成槽后的影像；便于把控成槽成孔质量，确保成槽施工质量(图10)。

图9 地连墙成孔质量采集仪

图10 成孔质量超声检测仪

7 自平衡法检测

自平衡法的原理，即将荷载箱和灌注桩钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，试验时通过地表油泵加压，使得荷载箱下段提高的反力与桩身上段的侧阻力及自重达到互相平衡，实现对桩身承载力的测试效果。基桩自平衡法主要装置是一种特制的荷载箱(图12)，它与钢筋笼相接置于桩身下部。试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，直至加载到预定荷载。将桩侧土摩阻力与桩底土阻力叠加而得到单桩抗压承载力。

与普通静载方案对比：普通静载实际堆载需达到560 00kN，对场地条件要求和施工检测成本均比较高。采用自平衡法检测[1,4]，场地条件要求不高，可有效用于坡地、水上、基坑底部等特殊场地环境下，可同时测试试桩的抗压与抗拔能力，一举两得，且无需超灌至地面，节约施工成本，运费低廉，操作简便，检测结果准确。具体有以下3个优点：

①省力：没有堆载，也不要笨重的反力架，检测简单、方便、安全、无污染。

②省时：土体稳定即可测试，并可多根桩同时测试，大大节省试验时间。

③不受场地条件和加载吨位限制：每桩只需一台高压油泵、一台数据采集仪(图11)，检测设备体积小、重量轻，任何场地(基坑、山上、地下、水中)都可。目前最大加载值已达到 240 000kN。

图11 数据采集仪

图12 荷载箱

8 基于BIM的现场施工管理信息技术

该工程采用BIM信息化技术，通过对图纸深化设计、施工方案优化、场地部署、碰撞检查、协同施工、虚拟建造、质量管理、安全管控等全过程进行精细化管理，根据已批准的施工组织设计构建可供施工和安装的各专业模型、三维管线综合冲突检测(图13)、竖向净空优化、虚拟仿真漫游、建筑专业辅助施工图设计，以解决施工中的技术设施、工艺做法、用料等问题。采用BIM技术手段，对该工程逆作法几个重点难点的专项施工方案进行施工模拟、分析，提前发现可能出现的问题，优化施工方案或提前采取预防措施，以达到优化设计与方案、节约工期、减少浪费、降低成本的目的。

图13 机电综合管线模型

9 结语

本文只列举了在该工程采用的主要几种新技术，同时也采用了地下连续墙技术、灌注桩后注浆技术、钢结构技术、自密实混凝土技术、集成附着式升降脚手架技术、钢结构防腐防火技术、深基坑施工监测技术等，本文就不再一一列举。还有很多先进新技术在国家重大项目中应用，比如已建成的上海中心、深圳平安大厦、北京大兴机场、中国尊以及港珠澳大桥等均有很多世界级先进建筑科技技术应用在工程中值得我们学习。同时也期望随着科技的不断进步，建筑同行们能够发明创造出更多更实用的先进建筑设备和技术。