超高层建筑核心筒结构施工时, 具有以竖向工程量为主导的特点, 大多采用核心筒内水平结构滞后、“不等高同步”的流水施工节奏。此技术路线能够充分发挥模架装备的机械化、工具化优势, 有效加快施工进度, 提高施工安全度, 降低施工成本。但核心筒水平结构楼板滞后剪力墙施工超过4～6层后, 带来人员疏散困难、高空作业防护要求高、高空防坠要求高、结构侧向刚度低、电梯附着处理复杂等问题。基于上述问题, 本文提出一种既能完成核心筒剪力墙竖向施工, 又能将关键水平结构同步施工的模架体系和施工工艺。竖向结构与水平结构同时施工是解决上述问题的根本。通过开展有益的探索与创新^[1], 研发出可“U”法施工的核心筒模架体系, 并进行成功应用。

如图1所示, “U”法施工是指将核心筒竖向剪力墙与本层楼板同时进行结构施工的工艺。

模架系统是“U”法施工的载体, 模架体系的选择至关重要。采用顶模系统进行核心筒剪力墙与水平结构同步施工存在很多困难, 主要涉及以下方面。

1) 水平施工节奏要与模架系统的竖向施工节奏相匹配。

2) 水平施工不能影响模架系统顶升操作。

3) 钢筋绑扎预留、混凝土浇筑分段等要满足设计及规范要求。

4) 钢筋、混凝土等材料如何传输至作业面。5) 水平结构模板体系如何选择等。

针对南宁华润东写字楼项目, 经过多方案对比分析, 最终选择华西超高层模架体系。华西超高层模架体系内顶外爬, 模块式安拆, 适应性强, 拆改容易, 安全可靠。该体系竖向高度小、总重小、多点位支撑, 通过模块式组合可达到单个、组合、整体等几种顶升模式, 可适用于结构平面的收分和尺寸变化, 为实现水平结构同步奠定物质基础。

1) 质量轻、成本低, 总重约600t, 较传统顶模节约造价50%以上。

2) 安全可靠, 多机位, 铰接超静定结构, 系统结构稳固。

3) 高承载力, 10kN/m²设计荷载, 可集成布设布料机、消防水箱、厕所、电缆线及钢结构焊机房等各种机器具设施。

4) 抗侧刚度高, 顶升同步不扭转。

5) 结构收分适用性强, 灵活组合, 模块式快速拆改。

针对项目设计特点, 对以下要素进行综合考量分析后确定。

1) 同步结构所能提供工作面的大小和实施工效与模架系统竖向进度是否匹配。

2) 同步结构钢筋绑扎、浇筑与模架系统是否存在致命碰撞。

3) 同步结构混凝土浇筑若需留缝、留筋, 部位及工艺是否满足设计及规范要求。

4) 同步结构施工后, 施工节奏对模架装备的使用效率降低程度是否可以接受。

5) 同步结构施工后, 部分交叉施工对安全、工效的影响程度是否可控。

满足上述5种要素条件后, 采取水平同步“U”法施工的优势才能有效发挥。

南宁华润中心东写字楼项目核心筒内筒水平结构主要为南北、东西走向过道楼板, 其他基本为电梯井、风箱井道、管道井等洞口。经论证, 水平结构同步部位如图2所示。

为保证模架系统匹配部分水平结构同步施工, 对模架系统进行针对性设计布局与规划, 包括以下内容。

1) 机位布置最大程度地避开水平结构施工区域;保证系统顶升通道畅通。机位尽量布置在电梯井、管道井内, 如图3所示。

2) 钢模板与系统同步顶升, 在水平结构同步处, 调整模板高度和位置, 水平结构钢筋与剪力墙钢筋同步绑扎, 尽量减少二次甩筋。不能同步绑扎的钢筋, 采取预埋方式。

3) 选择好水平同步结构模板体系, 可采用传统钢管脚手架、木模板体系, 也可采用铝模板、钢框木模板等早拆体系。提高支模拆模速度, 减少对模架装备施工节奏的影响, 保持与模架剪力墙施工同节奏。同时尽量减少材料使用量, 从而减少对有限工作面的占用及材料运输转运难度。本项目采用传统钢管扣件支撑、木模板体系, 配置3套模板。拆下的模架材料采用人工向上传递, 周转使用。

4) 针对性优化系统各层平台的布设。0层平台为竖向剪力墙和拆模层, 水平同步结构钢筋绑扎及混凝土浇筑层;+1层平台为竖向剪力墙钢筋绑扎层及混凝土浇筑层;+2层平台为材料堆放层及钢筋绑扎、钢构件安装工作层, 重型大型布料机的工器具可搁置在本层;-1层为顶升操作层, 水平结构楼板支撑搭设层;-2层为顶升操作及混凝土修补层;合理布设串筒, 既充分利用依托在系统上布料机的布料灵活机动优势, 又要减少平台开洞过多, 浪费宝贵的堆载空间。平台层布置如图4所示。

5) 在3, 4号筒+2层平台各布置1台布料机, 布料机型号HGY21, 可遥控操作, 自由俯仰, 覆盖半径21m, 2台布料机可覆盖整个核心筒施工区域的96%。

超高层核心筒“U”法施工包括水平结构浇筑施工与核心筒剪力墙浇筑施工。目前, 国内超高层建筑施工中, 竖向结构的超前施工技术已相对成熟。如何保证竖向与水平结构同时高效、高质量地施工仍是亟待解决的问题。其中, 水平结构模板施工与水平结构钢筋绑扎预留、混凝土浇筑施工是面临的首要问题。本工程中, 采取以下技术措施。

1) 水平结构模板施工 水平模架材料拆除后, 放置在-2层平台, 随系统同步顶升, 传递至-1层搭设层;在+2层设置卸料孔, 布设小型卷扬机, 传递水平同步结构所需钢筋等材料。

2) 水平结构钢筋施工 水平结构同步处剪力墙混凝土浇筑至底板下口, 混凝土分缝处使用收口网。水平楼板钢筋可与剪力墙钢筋同步绑扎。底板以下梁钢筋需预埋接驳套筒, 在系统顶升后, 及时清理, 与水平结构板筋一起绑扎。

3) 水平结构混凝土施工 本系统改变了传统顶模采用串筒将混凝土向下引至剪力墙的做法, 直接利用布料机浇筑到位。剪力墙钢筋绑扎比混凝土浇筑墙面高1 000mm, 布料机端部软管接1段2～3m的泵管, 浇筑时直接伸至剪力墙上口或浇筑工作面。由于需要分层浇筑, 移动浇筑点, 在浇筑口泵管端部300mm位置做简易截止阀, 防止泵管移位时混凝土溅出。由于顶模的+2层平台到水平同步施工楼板的竖向高差近7 500mm, 直接在同步水平结构楼板对应的+2层平台上留置500mm×500mm浇筑口, 浇筑水平结构梁板时, 布料机端部增加4 000mm泵管, 由浇筑口深入至水平结构施工区域。不浇筑混凝土时, 将留置洞口利用翻盖板封闭。

4) 系统锚固用爬升锥部位只需结构混凝土强度达C10即可顶升, 无需对爬升锥区域进行结构补强, 锥体可重复利用, 优于传统顶模锚固方式。

5) 对于模架过后的井道筒, 采用工字钢打底, 搭设井道支架, 每6层1次硬防护。

1) 南宁华润中心东写字楼项目在水平结构滞后施工时, 竖向施工正常节奏为3～4d/层。当采用新型内顶外爬模架体系, 实现核心筒剪力墙与水平楼板同步浇筑施工后, 在部分水平结构同步的情况下, 施工节奏达4d/层。

2) 超高层建筑核心筒是否采用“U”法施工, 一方面须考虑混凝土强度达到系统顶升要求时的技术间歇时间;另一方面须考虑水平同步工作面所能承受的最大荷载。

3) 水平结构同步施工需依靠高效水平楼板模板体系, 施工时应尽最大努力缩短水平结构支模与钢筋绑扎时间, 保持与模架装备剪力墙施工的同等速度。在进度3～4d/层时, 留给水平结构支模及钢筋绑扎的时间在60h左右。

4) “U”法施工解决了传统工艺中由于竖向结构与水平结构落差太大而造成的系列问题, 经实践验证, 采用“U”法施工具有较好效果。