上海环球金融中心工程关键技术研究与应用

龚剑;周虹;张越;顾倩燕;顾国荣;刘伟;陈尧亮;郑捷;汪贵平;罗建军;张晓沪;袁勇;汤洪家;杜臻;凌岗 上海建工集团

上海环球金融中心;关键技术 TU972 560.99

1.1 工程勘察技术研究成果及创新点 1.1.1 研究成果 (1) 环球金融中心勘察采用多种原位测试和钻探手段,经过对常规测试设备的改装和开发,有多项原位测试及钻探深度创下了上海地区工程地质勘察史的新记录,主要的有：钻探深度277.8米(进入花岗岩0.8米),剪切波速试验深度250米(用悬挂式P-S检层仪),标准贯入试验深度150米,静力触探试验深度90米,地脉动试验深度82米。还进行了100米深的旁压试验、电测井及孔径测斜工作。 (2) 总结出基于多种原位测试成果综合分析方法......[详细] 应用技术 国际领先 2004-01～2007-12 验收 2008

【成果简介】

1.1 工程勘察技术研究成果及创新点 1.1.1 研究成果 (1) 环球金融中心勘察采用多种原位测试和钻探手段,经过对常规测试设备的改装和开发,有多项原位测试及钻探深度创下了上海地区工程地质勘察史的新记录,主要的有：钻探深度277.8米(进入花岗岩0.8米),剪切波速试验深度250米(用悬挂式P-S检层仪),标准贯入试验深度150米,静力触探试验深度90米,地脉动试验深度82米。还进行了100米深的旁压试验、电测井及孔径测斜工作。 (2) 总结出基于多种原位测试成果综合分析方法,能准确的提供桩基承载力、估算基础沉降量,分析沉(成)可行性,研究桩基工程和基坑工程施工环境效应,并形成相应计算软件。根据检测、监测结果证明与分析的结论吻合,综合分析方法由此纳入到2000年修编的上海市《岩土工程勘察规范》。 (3) 通过工程经验的类比法,正确评估了超长钢管桩的沉桩可能性,并经施工实践证明,其建议和结论是正确的。 (4) 为结构抗震分析,考虑了上海市及邻近地区地质构造和地震活动情况,进行了工程场地地震效应和设计反应谱的分析、计算,首次在勘察报告中进行地层反应分析。 1.1.2 创新点 (1) 超深(静探>90m,波速试验检层法最深达250m)原位测试技术的研究和实施。 (2) 基于多种原位测试成果综合分析方法,计算软土地区超高层桩基承载力及沉降的分析和应用。 (3) 基于工程经验的总结和类比法,为软土地区超高层建筑提供良好桩基持力层;及沉桩可能性评估。 (4) 首次完成软土地区超高层建筑地层地震反应分析研究。 1.2 超大超深基坑围护技术研究成果及创新点 1.2.1 研究成果 (1) 超高层建筑深基坑工程设计技术研究成果：主楼顺作裙楼逆作法施工总体方案研究、超大直径薄壁地下连续墙自立式围护结构设计技术与工程应用研究、逆作法设计技术研究。 (2) 圆形支护结构的侧压力研究。 (3) 圆形支护深基坑开挖的地基稳定性分析。 (4) 大直径圆形深基坑空间有限元分析。 (5) 大面积圆形深基坑基地回弹。 (6) 电

梯井深坑开挖对工程桩影响的分析和控制措施。 (7) 圆形支护与周围土体共同作用的实测研究和数值分析。 1.2.2 创新点 (1) 本课题研究较早提出了“主楼顺作裙楼逆作的”创新设计理念,为城市中心超大型超高层建筑深基坑工程的顺利实施,从设计上提供了工程解决方案。 (2) 本课题研究,在国内首次采用100m超大直径圆形薄壁地下连续墙自立式围护结构,改革了深基坑工程中通常采用的有支撑支护结构形式,满足了世界第一高楼复杂体系结构建造的空间和时间进度要求,设计方法创新,施工技术先进。 (3) 本课题研究,大直径圆形围护结构采用薄壁地下墙,结构厚度与直径之比仅1/100,突破了基坑工程的常规做法,获得成功,技术指标国际领先。 (4) 本课题研究创新采用相对弱刚度的钢筋混凝土环向围令结构与地下墙相结合的结构形式,充分发挥地下连续墙结构强度,合理解决了围护结构的受力与变形的协调关系,是圆形地下连续墙自立式围护结构的一大技术进步。 (5) 塔楼坑壁周边采用宽厚比达16：1的环向加筋混凝土垫层,有效地控制了基坑长时间暴露阶段的变形发展,为主体结构大厚底板的整体施工(取消垂直施工缝),提供了有效的技术保证。 (6) 塔楼基坑中的电梯井深坑采用工程桩和新增大直径灌注桩加一道钢支撑的组合围护结构,结合控制性降水减压措施,取消了常规的坑底封底加固措施,减小了施工难度,大大的降低了工程造价,缩短了施工周期,确保了施工安全。 (7) 针对塔楼基坑施工中的特殊难关,采取了有效措施,解决了涉及4幅槽段的地下墙结构内6根废弃的工程桩存在的难题,战胜了其对圆形自立式结构整体性的极大挑战。 (8) 在城市中心采用主楼顺作裙楼逆作的创新设计理念,同上海地区类似工程相比,在基坑开挖深度、地下墙入土深度、塔楼临时围护同步拆除工况下的裙房逆作工况安全控制技术、塔楼楼底板和裙房楼底板后浇带的水平传力解决方案和不均匀沉降控制技术方面具有先进性。裙房基坑围护工程采用逆作法施工,利用地下室主体结构水平楼板体系代替临时支撑,采用自上而下的施工工序。不仅节省工程造价,而且顶层楼板兼作101层塔楼施工用地,解决了施工场地不足的难题。 (9) 裙房外墙采用“两墙合一”地下墙结构,采用凹凸槽接头和墙底注浆技术,有效控制了地墙与地墙之间、地墙与裙房主体结构之间的不均匀沉降的问题。 (10) 通过立柱桩优化设计和技术措施,解决了立柱桩先天不足、不同桩型之间的不均匀沉降等问题。同时也有效地实现了临时立柱与主体结构立柱之间的平稳托换。 (11) 通过设置“放射”状钢支撑解决了塔楼与裙房之间的环形后浇带的水平传力问题,有效控制了塔楼与裙房之间的不均匀沉降。 (12) 采用坑外深井对承压水进行控制性抽水减压措施,实践证明,是解决深基坑开挖中承压水问题的一种较为理想的措施,能有效控制基坑施工对周围环境的影响。 1.3 基坑降水工程研究成果及创新点 1.3.1 研究成果 (1) 从承压含水层减压降水的角度出发,首次分析、研究、总结了上海市地质、水文地质、工程地质特征。 (2) 针对长江三角洲地质、水文地质及工程地质特征,考虑基坑工程特点,建立了关于多层松散含水层组地下水的三维渗流有限元数值模型和三维渗流与土体变形全耦合地面沉降有限元数值模型,并研制了可操作性较强的可视化计算机软件,用于深基坑工程的降水设计、降水方案优化、预测预报基坑降水引起的三维地下水渗流场的时空分布(即地下水位或地下水位降深的时空变化规律),基坑降水引起的基坑外侧相邻地面沉降的时空分布规律。 (3) 地下水位实时监控方法实现了①自动化,无需人工测量,监测的数据自动保存在计算机文本中。②信息实时性,第一时间反映地下水位,并在监视屏中实时显示。③数据连续性,在任意时刻均有对应数据。④可视化,监测的数据以曲线和文本的形式显示在监视屏上。 1.3.2 创新点 (1)针对不同的地层结构与组合特征、不同的围护结构的基本特征,研究并提出了关于深层减压降水设计的基本思路与方法,即首次针对深

大基坑的工程特性,研究了承压含水层的降水工艺。 (2)首次对承压水降水采用真三维模型进行研究,将第四纪松散岩类孔隙承压含水层之间的黏性土层作为弱含水层进入模型参与计算,克服以往将其概化为越流层,给模拟计算结果带来重复或缺失的不足。 (3)在承压含水层降水与地面沉降变形三维全耦合模型研究方面,不仅考虑了土体变形参数随有效应力状态的变化,还考虑了渗透性的相应动态变化。 (4)首次研制了针对长江三角洲基坑降水三维渗流场与地面沉降变形分析的专业化可视化计算机软件。 1.4 高性能混凝土研究成果及创新点 1.4.1 超大体积低水化热混凝土研究内容 (1) 系统地分析和研究了聚羧酸系外加剂在混凝土中抗裂机理,通过大量研究试验,摸索出聚羧酸系外加剂与水泥适应性规律,掌握聚羧酸系外加剂配制低水热大体积混凝土技术。 (2) 大体积混凝土配制技术走通过水泥与活性矿物外掺料的合理匹配,利用聚羧酸系高效外加剂的复合效果,以低水胶比、少用水量、大流动技术路线是可行的和有效的,可以确保混凝土耐久性要求。 (3) 与普通混凝土相比,用聚羧酸系外加剂配制混凝土具有良好的工作性,其物理力学性能和耐久性能均有较大的优势。 (4) 混凝土中掺入矿粉、粉煤灰等活性掺合料,取代部分水泥和部分细骨料,可以显著改善混凝土性能,特别是改善混凝土抗渗透性能。 (5) 试配方案中充分利用活性掺合料的后期强度,采用低水泥用量主要是为了降低大体积混凝土所产生较高的内部温度,更好地控制混凝土内部和表面的温差,有利用于控制温差裂缝。 1.4.2 高性能自密实混凝土研究成果 通过高性能自密实混凝土的研究,说明聚羧酸系外加剂的高分子结构比以前使用的萘系外加剂具有明显优势,聚羧酸系外加剂由于其分子结构特性具有低掺量高塑化效果,坍落度保持性好,水泥适应性广,减水效率高,分子构造上自由度大,合成技术多,因而高性能化余地很大。这种新一代的外加剂为配制自密实混凝土简化了制约因素,从而为推广应用自密实混凝土创造了条件,而自密实混凝土所具有的大流动性、免振捣特点改变了传统的直线形混凝土结构,为建筑设计风格的多样化提供了施工手段,此外自密实混凝土具有优异的施工性能,可大大加快施工速率,减少劳动强度,消除因振捣而带来的噪音,节约了能源和人力,并可避免由于可能因振捣不全而引起混凝土的严重质量事故,对混凝土施工是一场革命,从这个意义上来说,自密实混凝土在各种建筑工程中有着广阔的应用前景。 1.4.3 创新点 (1)创新研制出采用优质复合掺合料、聚羧酸系外加剂、低水胶比、低水泥用量集成配制技术与搅拌工艺。创新研制出低水化热低收缩大体积混凝土集成技术,为今后超大体积混凝土施工及裂缝控制提供了新的成套技术。 (2)创新研制出高强度低收缩自密实混凝土配制集成技术,该配制集成技术获得了国家发明专利申请号,其工艺的创新,使技术上了一个新的台阶。 (3)通过施工组织、设备配置、预拌混凝土生产运输、泵送工艺等方面集成技术的运用,使厚4.5m、总方量达2.89万m3超大体积混凝土一次连续浇捣完成,创造了当时建筑工程中大体积混凝土一次浇捣的新记录。 (4) 大体量密集配筋结构混凝土的免振浇筑,成功应用于地下室墙柱、结构核心筒和巨型柱,其单次混凝土供应量最大达到了0.51万m3,其应用总量达到了70万m3。 (5)通过大量工程实践说明,低收缩自密实混凝土已具备广泛应用的条件。研制出的高性能混凝土经实测,内部绝热温升和收缩值同比均有大幅度下降,技术参数明显优于国内外同类产品,体现了现代混凝土施工技术领先水平。 (6)总结出预拌混凝土的生产标准以及系统生产方法,该预拌混凝土制品及其制造方法已获得国家发明专利授权,这一商品混凝土生产集成技术已得到普遍应用。 (7)通过研究总结所获得的“JGJC多组分复合高性能混凝土”和“环保型复合矿物外掺料预拌混凝土”分别被认定为上海市高新技术成果转化项目,并得到了广泛应用。 1.5 主楼核心筒模板脚手体系研究研究成果及

创新点 1.5.1 整体自升钢平台脚手模板体系设计研究成果 (1)通过对钢平台系统、钢平台走道板、钢平台侧向档网、钢平台搁置形式、钢平台提升吊点、钢平台上下通道安全栏杆等各个组成部分的设计进行分别研究,形成了完整的钢平台系统的设计方法。 (2)通过对吊架、走道板、底板、防坠物闸板、侧向挡板、上下安全通道楼梯及栏杆等各个组成部分的设计进行分别研究,形成了完整的悬挂脚手架系统的设计方法。 (3)通过对模板系统设计、钢平台上模板提升吊点及钢梁等各个组成部分的设计进行分别研究,形成了完整的模板系统的设计方法。 (4)通过对外架支撑系统、内筒支撑系统、内筒外架支撑系统墙体支座构造等各个组成部分的设计进行分别研究,形成了完整的内筒外架支撑系统的设计方法。 (5)通过对结构劲性钢柱支撑系统、临时格构钢柱支撑系统的设计进行分别研究,形成了完整的钢柱支撑系统的设计方法。 (6)通过对提升机系统进行研究,完成了穿心液压千斤顶提升机的开发与研制,并生产出可用于施工实践的新产品。 (7)通过对提升机防灾、支撑系统间距布置防灾、大风气候条件下的防灾,以及避雷接地防灾等设计与研究,形成了整体自升钢平台脚手模板体系防灾的设计方法。 1.5.2 整体自升钢平台脚手模板体系施工研究成果 (1)通过内筒外架支撑式整体自升钢平台脚手模板系统、钢柱支撑式整体自升钢平台脚手模板系统的安装流程、标准施工流程、拆除流程的研究和分析,得到了整体自升钢平台脚手模板系统的成套施工流程。 (2)通过对提升阶段和使用阶段的工况设计要求的分析,对钢平台系统、悬挂脚手架系统的提升阶段和使用阶段分别进行研究,总结出荷载堆放、作业面人员操作要求、提升过程的监控的施工方法。 (3)通过对模板系统拆除、提升、安装、清理与维修进行研究,总结出体系中的模板工程施工方法及要求。 (4)通过对内筒外架墙体支座设置、内筒和外架的提升方法、外架使用阶段作业施工方法的研究,形成系统的内筒外架支撑系统的施工方法。 (5)通过结构劲性钢柱、临时格构钢柱两种支撑系统的安装、提升机支架支撑装置安装、钢柱在提升阶段和使用阶段的施工要求的研究,总结出钢柱支撑系统的施工方法。 (6)通过机械式蜗轮蜗杆提升机、穿心液压千斤顶提升机系统的调试、安装使用、保养、易损部件更换、提升阶段施工要求等的研究与分析,总结出提升机系统的施工及管理方法。 1.5.3 整体自升钢平台脚手模板体系在复杂体形结构施工中的研究成果 通过在遇到劲性桁架层时采用空中分体组合、遇到墙体收分时钢平台连同脚手架整体空中滑移或悬挂脚手架空中滑移、遇到结构体形变化采用空中转换等一系列特殊设计和工程实践,总结出体系在各种复杂结构中的施工经验和方法。 1.5.4 整体自升钢平台脚手模板体系设计计算研究成果 (1)本课题研究形成的两套体系在许多方面还没有完全适应的设计规范可遵循,针对其作为临时施工设施的特点进行了系统静力设计计算方法的研究,总结出了一套行之有效的静力设计计算方法,通过工程实际应用,取得了理想的效果,为同类脚手模板系统的设计提供了借鉴。 (2)通过对整体模板体系风振响应分析、动力特性简化分析、简化力学模型区间分析、系动力灵敏度分析、体系可靠性区间分析等动力计算方法的研究,为模板体系设计提供可靠依据。 1.5.5 整体自升钢平台脚手模板体系信息化施工研究成果 通过对实时安全监控体系组成的设计,制定监控实施方案,以作为安全措施。在系统工作状态对内外悬挂脚手架和吊杆受力、钢平台支撑承重销受力等进行实时监测,在提升过程中对各个提升机提升杆受力进行实时监控,一旦某处的受力情况有异常,可以立即被发现并采取相应措施。实时安全监控体系具有反映迅速、操作简单,界面直观等特点。 1.5.6 整体自升钢平台脚手模板体系应用研究成果 研究成果在上海浦西第一高楼上海世茂国际广场、中国第一高楼上海环球金融中心、世界第一高塔广州新电视塔、江苏第一高楼南京紫峰大厦等工程中应用取得