什么是土木工程？土木工程施工技术案列分享

张希黔，中建总公司施工技术专业委员会主任委员，《施工技术》编委会荣誉编委。从事建筑施工行业50余年，亲身经历和见证了我国建筑施工领域翻天覆地的巨大变化。本期，张总结合海洋人工岛、西安幸福林带地下管廊、武汉绿地中心等典型工程案例，介绍了混凝土技术创新成果及质量控制措施，以飨读者。

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岛礁地下工程

海洋中某人工岛地下工程混凝土底板，采用C50混凝土，厚2m（见图1）。由于设计、施工及自然因素，地下混凝土发生万条贯穿性裂缝，故采用结构防水添加剂，使混凝土具有自修复功能。

贝斯通（BESTONE）是更好的混凝土结构防水添加剂，原矿产于日本，是一种天然火山灰，含有大量活性二氧化硅，其强大的活性功能和卓越的防水性能弥补了水泥成分的缺陷，同时大大提高了水泥性能（见图2）。

自从被推入市场，贝斯通就以其卓越的防水性能、经济效益和安全性获得认可。许多大型土木建筑工程，包括核电站都在使用。贝斯通防水机制是水泥凝硬反应，吸收经水泥水合作用产生的游离氢氧化钙，生成硅酸钙凝胶体，防止氢氧化钙溶出，膨胀的凝胶体填满混凝土内部空隙，使混凝土具有高度防水性能。

贝斯通并非防水材料，而是防水添加剂（见图3）。添加贝斯通的混凝土具有以下特点：①具有明显的自修复功能；②混凝土强度没有减弱；③防止出现风化和避免中性化；④将露点凝结减至更低；⑤使单墙地下室的建造得以实现；⑥缩短工作周期，提高经济效益。

当地下水从混凝土隙缝渗出，反应凝胶沉积并在孔隙中发胀，经过数十天后，沉积发胀的反应凝胶填满孔隙， 并产生防水功能（见图4）。

 

西安幸福林带地下管廊

西安市幸福林带规划范围北起华清路，南至新兴南路，东起幸福路，西至万寿路。林带规划长度5.85km，平均宽度140m，项目总用地面积117万㎡，是集轨道交通、地下综合管廊、地下空间开发利用、绿化景观、市政道路改造等为一体的综合性市政工程，其中管廊、地铁配套混凝土结构设计使用年限为100年，有较高的耐久性要求（见图5）。

 

 

 

该项目主要有以下特点：①林带管廊主体、地铁配套结构长度大，收缩控制要求高；②工期紧、连续浇筑量大，对混凝土工作性能控制要求高；③主体属于地下结构，对抗裂抗渗要求较高；④地下管廊隐蔽性强，结构容易变形，结构细部处理难，防水及耐久性要求高。

针对项目特点，提出混凝土裂缝控制关键技术：①原材料优选；②配合比优化；③优化约束条件；④优化混凝土入模温度；⑤优化混凝土浇筑方案；⑥混凝土养护和二次滚压；⑦构造钢筋设置；⑧温度检测及反馈。

2.1 原材料优选

2.1.1 水泥

1）水泥充罐温度不得超过60℃，当水泥温度超过60℃时，需停放至低于60℃后方可充罐。

2）不同品牌水泥不得混充混用，必须单独存放，单独使用。

3）水泥品牌更换必须重新设计配合比，并进行相关试验验证。

4）按照国家标准进行取样检验，留存相应记录与样品。

2.1.2 粉煤灰

1）粉煤灰充罐温度不得超过60℃。

2）必须进行细度、滴酸、流动度、氨气4项初检，合格后方可使用。

3）按照国家标准进行取样检验，留存相应记录与样品。

2.1.3 矿粉

按照国家标准进行取样检验，留存相应记录与样品。

2.1.4 砂、石

1）进厂砂、石不得有滴水现象，不得有淤泥、泥块、草根、杂物等，砂颗粒分散无板结，石颗粒均匀无大量针片状和大粒径颗粒。

2）砂、石堆放合理整齐，无混料、污染等现象。

3）按照国家标准进行取样检验，留存相应记录。

2.1.5 外加剂

1）经过减水率、坍落度、经时损失、匀质性等试验，合格后使用。

2）按照国家标准进行取样检验，留存相应记录与样品。

2.2 配合比优化

不同强度等级混凝土配合比优化如表1所示。本配合比采用冀东、海螺、生态水泥

P﹒O42.5普通硅酸盐水泥，聚羧酸高性能减水剂，其中水泥品种、型号，胶凝材料用量，减水剂品种、型号，用水量不得变动，砂率可根据实际情况进行调整，调整范围&plu *** n;2%，超出此范围则配合比需经过验证，符合要求后方可使用。常用配合比每月需进行验证试验， *** 配合比每季度需进行验证试验，如发生较大变化时（力学性能、耐久性能不符合设计要求），需上报林带公司组织配合比重新设计与论证。现场质量验收标准如表2所示。

 

 

武汉绿地工程“5+10+30”

 

武汉绿地中心项目由1栋超高层主楼、1栋办公辅楼、1栋公寓辅楼及裙楼组成，工程总建筑面积72.86万㎡，其中,超高层主楼地下6层，地上结构120层，原建筑高度为636m，因净空管控，在建绿地中心目前许可海拔高度为455m（见图6）。

3.1 工程概况

1）基坑超深超大 基坑工程长300m，宽120m，面积约3.6万㎡，开挖深度达23.1～30.4m，地下空间100万m³，地下建筑面积20万㎡，属超大超深基坑工程。

2）地质条件复杂 工程所在地属长江南岸I级阶地地貌，地质条件为临江多元地层，场地岩土层复杂，其中-14m以上为粉质粘土夹杂淤泥土，-14~-44m为细砂层,且距长江仅250m，地下水位高，上层滞水水位埋深为0.2~1.8m，基坑施工风险大。

3）功能造型独特 主塔楼建筑造型借用“两江三镇融合成一座城市”的理念，核心筒呈“Y”形，三面对称。由于外立面呈不规则变化，主塔楼6万多块玻璃幕墙有1万多种不同形状。结构设置9个过风口，位于31~33，60~62， 94~96层的三角端部，更大程度减少了风力对超高层建筑的负面影响，替代了阻尼器。

3.2 创新技术

3.2.1 紧邻长江超深超大超复杂基坑施工创新技术

1）56m深嵌岩地下连续墙施工关键技术 武汉绿地中心地下工程地质条件复杂，深部具有较厚的砂层，砂层较为密实，地下连续墙须穿越深厚砂层，进入中风化细砂岩或中风化砂质泥岩，施工难度较大，采用 “抓铣结合”方式成槽，即主要采用抓斗式成槽机和铣槽机的接力形式进行成槽（见图7）。

2）高承载力超深嵌岩灌注桩施工关键技术 本工程承压桩垂直度要求1/250，入微风化岩层1.2m，桩基承载力要求较高，单桩达1500~1700t，试验桩加载达4500t，为房建领域更大值（见图8）。

 

 

3）临江多元地层高水头承压水控制技术 武汉绿地中心采用地下连续墙嵌入微风化岩层的基坑封闭技术，实现地下水完全断开。根据水文地质特点，和基坑需要渡过3个汛期的要求，采用地下连续墙入岩的 *** ，隔断基坑和长江的水力联系，实现了真正意义上的基坑封闭（见图9）。

4）基于无线传输技术的地下结构施工技术 在设计阶段提出了“分区顺作+中间缓冲区后作”的开挖方式（见图10）。结合基坑变形数值模拟技术与无线监测技术，选择合理开挖时序，有效减小空间效应，避免超长基坑不利变形。

3.2.2 自带塔机顶升模架系统研发与应用

顶模系统主要由支撑与顶升系统、钢平台、模板挂架系统及附属设施系统组成，并在顶模平台上集成1台ZSL380型塔式起重机，随顶模平台同步顶升，使顶模与塔式起重机合二为一，减少了塔式起重机相关构件的投入，节约了工期，同时减少了顶升工作，保证安全（见图11）。

顶模平台初始安装后，面积约1200㎡，共12个支点，总重约2000t，更大顶升力约4000t。核心筒67层内收后，顶模将进行高空拆改，改造完毕后由剩余的6个350t油缸进行顶升，最快施工速度可达4d/层。

3.2.3 单轨多笼循环施工电梯研发与应用

单轨多笼循环施工电梯为首例应用，地下25m，地上575m，共600m，共投入8个梯笼（见图12）。地下室作为梯笼存放的库房及检修室，共安装8个旋转节（梯笼可在旋转节处进行旋转），第1个旋转节位于地下3层~4层，第2个位于&plu *** n;0，之后每隔100m左右安装1个旋转节，第8个旋转节位于电梯顶端。

 

 

3.2.4 虚拟现实与数字化施工

建立BIM全专业模型，尽量关联重要的管理信息，融入总承包管理平台。目前BIM发挥的主要作用有：①方案模拟，加强精细化管理水平；②全专业管线综合排布、碰撞检查，提高深化设计质量；③复杂节点深化及工艺安排，解决传统工艺在复杂部位施工的短板；④可视化工期管理；⑤配合商务对量和成本进行核算；⑥配合其他新技术的实施，如整体机房预拼装、构件的自动化加工生产、测量机器人的测量作业、三位扫描对比复测验收等；⑦从信息模型拓展至信息平台，借助逐步丰富的数字化信息集成，加强总承包信息化管理效率。

3.2.5 北斗卫星空间精准定位技术

在测量控制线投点上，传统的激光铅垂仪依然适用，但有一定局限性，如转点时投测距离过长，光斑较大，精度降低，又如超高层上部的摆动导致测量工作在非连续作业下将出现较大误差，加之高处云雾的出现时常造成对测量工作的影响。卫星定位由于无需通视、没有累积误差、几乎不受天气影响等优势，在超高层测量上有很好的适用性，目前已在核心筒及外框柱端测量控制中得到良好应用，且通过修正系数研究，已解决法线垂线偏差问题，精度达毫米级，并与传统测量复测结果非常吻合。