广州白云国际机场扩建工程交通中心及停车楼项目是一个大型综合交通枢纽项目。该项目位于广州白云国际机场T1航站楼以北, 建成后将与同期建设的T2航站楼、地铁车站和城轨车站实现无缝衔接 (见图1) 。

交通中心及停车楼地下2层 (局部1层) , 地上3层, 建筑高度14.45m, 总建筑面积208 433m², 其中地下室单层建筑面积约6.2万m² (东西向长375m, 南北向宽173.7m) , 地上单层建筑面积约3.9万m² (东西向长292.8m, 南北向宽173.7m) 。地下室底板厚度主要为800mm和900mm, 地下1层、首层和屋面层楼板厚度主要为200mm, 2层和3层楼板厚度主要为120mm;各层楼板主要采用C30混凝土。根据设计图纸, 交通中心及停车楼地下室基本无变形缝, 地上部分则根据功能分为了4个区域, 各区域之间设置了永久变形缝, 如图2和表1所示。

1) 超长结构裂缝控制 地下室结构东西向长375m, 南北向宽173.7m, 地下室外墙连续长度达1 100m。而地下室埋深8.8m, 常年水位在-2.000m, 地下室长期处于富水环境中, 对地下室结构底板和侧墙这一超长结构的自防水要求极高, 其裂缝控制难度极大, 需作为施工重点控制。

2) 大体积混凝土结构裂缝控制 地下室底板厚800mm和900mm, 按照大体积混凝土组织施工, 且同时为大面积混凝土结构, 裂缝控制难度大, 需作为施工重点控制。

3) 超大面积结构裂缝控制 地下室单层建筑面积约6.2万m², 分区面积仍>3万m²;地上单层建筑面积约3.9万m², 分区后A区、B区的面积也>1.6万m²。面积超大, 结构裂缝控制要求高, 尤其是地下室底板、地下室顶板和屋面板结构, 需作为施工重点控制。

4) 超大面积结构找坡/平整度控制 地下室底板为建筑找坡, 但需要6.2万m²的结构平整度控制, 相比地下室底板, 其余各层则均为结构找坡, 难度更大, 精度要求更高。因此, 无论是底板结构还是各楼层结构, 其找坡或找平的精度控制, 也是本工程施工的一项重点控制内容。

广州白云国际机场扩建工程交通中心及停车楼项目混凝土结构裂缝控制主要针对大体积、大面积、超长混凝土结构, 采取的主要裂缝控制措施包括跳仓法施工和增加温度预应力筋。

本工程所包含的业态多, 且埋深和高度不一, 工程横断面及各业态设计标高如图3及表2所示。在整个工程内设置了多条沉降后浇带 (见图4, 加粗线条即为沉降后浇带) , 并在关键部位设置变形缝 (见图2, 每个分区间的缝就是变形缝) 。同时, 按照30~40m的间距, 设置了若干条温度后浇带。根据设计要求, 温度后浇带需在其两侧混凝土结构施工完成后42~60d才能封闭, 而沉降后浇带则必须在主体结构全部施工完成1个月后才能封闭。

本工程存在较多特殊情况, 若完全按照原设计施工后浇带, 则会对工程进度造成极大影响。

1) 勘察报告显示, 本工程常年地下水位为-2.000m, 远高于基底标高。而基坑支护结构 (地下连续墙) 未入岩, 不能形成止水帷幕, 且本工程基底土层为砂层, 地基内还有溶洞 (土洞) 发育, 不利于地下水控制。若不能尽快使地下室结构形成闭合, 则必须长期保持降水状态, 可能对周边建筑造成影响。

2) 受制于各业态的关系以及业主要求, 能源中心和下穿隧道要提前投入使用, 工期大幅度压缩, 使得施工组织不能按照常规的“先深后浅”进行, 使后浇带的独立支撑体系长期保留, 加大项目施工成本。

3) 工程工期压缩率极高, 若不能尽早实现闭水条件, 不能尽早拆除后浇带独立支撑体系, 将会严重影响机电设备安装和装饰装修工作的插入施工, 不利于工程进度控制。

根据工程进度要求与现场实际条件, 确定本工程采用跳仓法施工技术, 并采用“大跳仓 (分区跳仓) +小跳仓 (分仓跳仓) ”相结合。采用跳仓法施工技术, 混凝土结构施工时不再留设后浇带, 具有如下优点。

1) 可减少1/2施工缝处理, 降低施工缝渗漏水隐患。

2) 提前实现结构封闭, 尽快开始室内装饰装修与机电设备安装工程施工。

3) 缩短楼层施工缝处模板支撑体系使用时间。

4) 降低施工缝处理费用, 降低模板支撑体系租赁费用。

综合考虑后, 将本工程分成9个大区 (见图5) , 包括:西能源中心 (A区) 、不受地铁施工影响的西停车楼 (B区) 、受地铁施工场地及道路影响的西停车楼 (C区) 、地铁及其上部停车楼 (D区) 、下穿隧道及其上部停车楼 (E区) 、城轨主体和西附属及其上部停车楼 (F区) 、受城轨施工场地及道路影响的以及城轨东附属及其上部停车楼 (G区) 、不受城轨施工影响的东停车楼 (H区) 、东能源中心 (J区) 。

根据施工经验, 结合建筑设计布局, 将9个大区继续细分施工段, 每个施工段的面积在1 000m²左右 (长宽均在35m左右) , 以满足跳仓法施工要求, 如图6所示。细分后, 9个大区共包括62个施工段。

1) 大跳仓施工组织 大跳仓施工组织时, 主要考虑以下几个方面: (1) 根据业主要求, 能源中心和下穿隧道需提前投入使用, 因此在施工时优先考虑该区域; (2) 地铁和城轨区域埋深较深, 正常情况下应先施工; (3) 项目北侧紧邻在建T2航站楼, 与数家单位存在交叉施工关系, 也应尽早完成; (4) 不受地铁/城轨影响的停车楼面积较大, 可将其再一分为二, 以便能源中心施工完成后, 提前插入紧靠能源中心部分的停车楼结构施工, 既不会使工作面闲置, 也不会造成劳动力配置不合理, 同时还能保证地铁/城轨结构施工通道和临时场地布置。

据此分析, 并结合前期基坑支护、桩基础施工条件, 确定大跳仓施工顺序为A、E、J→D、F→B、H→C、G, 如图7所示。

大跳仓之间的施工关系进一步细化为: (1) A区结构封顶后开始B区结构施工; (2) J区结构封顶后开始H区结构施工; (3) E区完成下穿隧道结构顶板后开始D、F区结构施工, 并始终保持E区结构至少领先D、F区结构2层; (4) D区完成地铁结构顶板 (地下1层楼板) 后开始C区结构施工, 并始终保持D区结构至少领先C区结构1层; (5) F区完成城轨结构顶板 (地下1层楼板) 后开始G区结构施工, 并始终保持F区结构至少领先G区结构1层。

2) 小跳仓施工组织 小跳仓施工组织时, 严格按照跳仓法施工要求, 在相邻分仓混凝土浇筑完成7~10d, 相邻分仓混凝土充分养护、反应、散热后, 再浇筑本仓混凝土。此处, 以西能源中心为例, 考虑流水作业后, 投入2个施工班组, 将能源中心单层结构分3次施工完成 (即A1、A4→A2、A5→A3、A6) , 如图8所示。

以不规则的D区为例, 考虑流水作业后, 且结合进度需求, 投入3个施工班组, 将D区单层结构分4次施工完成, 即D3、D9、D12→D1、D7、D10→D4、D6、D8→D2、D5、D11, 如图9所示。

受地铁和城轨施工的范围影响, 工期十分紧张, 甚至需要压缩相邻分仓间的技术间歇。为保证此超大面积结构不产生裂缝, 或抑制裂缝发展, 必须再采取其他有效裂缝控制措施, 如在结构中设置温度筋。

常见的裂缝控制温度筋包括普通钢筋和预应力筋2种, 而预应力温度筋的效果明显优于普通温度钢筋。对于如此大面积的混凝土结构, 其在温度变化下的热胀冷缩效应, 会使结构产生温度裂缝, 而采用温度筋则能有效防止这类裂缝的产生。以后张法温度预应力筋为例, 在混凝土浇筑完成后, 对预应力筋进行张拉, 张拉锁定后即对结构产生压应力, 而混凝土本身的抗压强度远大于抗拉强度, 因此该压应力并不会对混凝土产生影响。但当温度升高, 混凝土膨胀受到较多约束时, 则容易产生膨胀裂缝, 而由于温度预应力筋预加的压应力作用, 可抵消该部分膨胀应力, 从而使混凝土仍处于受压状态或者轻微受拉状态, 可实现对大面积混凝土结构裂缝的控制。

根据工程进度实际情况, 在C, D, F和G区结构已大面积施工至2层时 (此时, B区和H区结构已封顶) , 业主希望进一步加快施工进度, 以便于进一步为后续机电设备安装和装饰装修施工争取有效时间。根据该要求, 综合考虑以下因素后, 在3层和屋面层局部梁板内增加温度预应力筋, 该做法对以下方面造成影响。

1) 相邻分仓技术间歇压缩至5d。

2) 对结构温度应力进行计算, 计算时不考虑跳仓法或后浇带 (施工缝) 的影响。

3) 考虑大面积空洞 (车道及天井) 对温度变形约束的削弱影响。

4) 考虑已施工完成的混凝土结构与未施工的混凝土结构的细部连接做法。

同时, 考虑到预应力筋的作用效力和施工工艺, 增加预应力筋时, 在主梁内布置后张法有粘结预应力筋, 在次梁和楼板内布置后张法无粘结预应力筋。

与常规预应力施工不同, 本工程存在预应力结构与非预应力结构连接部位。为防止预应力结构中张拉预应力钢绞线对非预应力结构产生不利影响, 必须对该连接部位进行特殊处理。对此, 在该连接部位设置后浇带, 且后浇带宽度设定为2m, 后浇带内连接预应力结构与非预应力结构的钢筋在预应力钢绞线张拉、锁定前必须断开。在预应力钢绞线张拉、锁定完成后, 再将上述钢筋进行焊接连接。

经实践证明, 广州白云国际机场扩建工程交通中心及停车楼项目施工过程采取的上述措施切实有效, 施工完成的超大面积混凝土楼板结构未发现明显裂缝。第3层和屋面层增加的温度预应力筋, 不仅能在施工阶段控制混凝土水化热产生的裂缝, 也能在建筑使用阶段抑制结构在外界温度下的热胀冷缩变形。对超大面积的混凝土结构, 不仅在施工阶段需要控制楼板裂缝, 在使用阶段控制其受外界温度影响而产生的裂缝也至关重要。