近日,由上海宝冶承建的世界最大跨度混凝土密肋板壳屋盖——浙江省衢州市体育中心体育馆屋盖封顶。远远望去,这个超大的屋盖就像给建设中的体育馆戴上一顶“帽子”,标志着项目建设实现重大里程碑节点,取得阶段性胜利,为工程全面竣工奠定了坚实基础。
该体育馆是衢州市体育中心“一场三馆”的1万座位体育馆,由世界著名建筑设计师马岩松设计,以“山水建筑+运动主题+生态低碳”为设计理念,和其他场馆一道,未来将会共同构成一座“消失”的体育公园。建成后,体育馆将被绿植所覆盖,立面消失,犹如置身于“山中”,成为景观本身。
挑战空前:世界级施工难度
体育馆屋盖整体跨度长达130米,剖面呈圆弧形,屋盖结构高21米,屋盖距底板49米,整体重量约为4万吨,是目前世界最大跨度带密肋梁的板壳屋盖。屋盖为重载结构体系,内部不进行包裹,呈现编织式的“鸟巢”结构;体育馆上部覆土0.4米和绿化种植,实现建筑主体的“隐”身。为同时满足重载及内部大跨度空间的要求,设计为混凝土结构的大跨度空间结构。
就国内外的大跨度钢筋混凝土网壳结构来说,相似的有跨度60米的罗马奥林匹克小体育宫及跨度40米的同济大学大礼堂。就施工建造过程来看,衢州体育馆的施工过程因其跨度、工艺、结构形式的不同更加复杂,建设者面临跨度及截面尺寸大、高空浇筑、混凝土浇筑重量大、钢筋和预应力筋排布密集、环形预应力张拉难等技术难点,对临时支撑措施、钢筋、模板、混凝土来说都是极大的挑战,常规的技术难以满足施工要求,是个世界级的施工难题。
匠心独具:超常规技术攻关
项目部组建技术研发团队,以解决衢州体育馆屋盖技术难题为导向,以理论分析-模拟分析-试验研究-现场监测为技术路线,为攻克超常规技术难题提出了4条创新技术路线。
技术人员基于最大密度堆积理论,提出了混凝土材料配合比的改进思路,引入纳米分子材料,利用超细微珠填充水泥空隙,提高密实度,减小自收缩,改善了混凝土孔结构,缓解了混凝土收缩应力。
通过研究超大截面环形预应力梁分段施工技术,发明了超长环形预应力梁分段、缝合的张拉方法,解决了400米超长环形梁预应力的张拉难题;发明了异形超大截面张拉应力的控制方法,研发了超大复杂密筋截面预应力筋空间排布定位技术和多预应力筋张拉顺序,调整了张拉应力控制值。
通过研究现浇大跨度混凝土穹顶的施工方法,发明了现浇大跨度混凝土穹顶胎架与盘扣的组合支撑方式,解决了现浇混凝土穹顶的高空作业难题;研发了混凝土穹顶支承体系整体卸载方法,保障了结构整体受力平稳过渡,有效控制了穹顶混凝土裂缝的产生;基于跳仓法,提出了大跨度混凝土穹顶的分区、分块施工方法,规划了跳仓路线,节约了工期,提高了施工效率。
通过研究全过程多体系数字化施工技术,提出了全过程数字化分析技术,参数化模型先行,指导施工进程;提出了全过程数字化监测技术,实现了对预应力张拉、组合支撑体系使用等过程的自动化监测。
“拙劲”巧思:精细化施工建造
项目管理团队围绕项目双履约和打造精品工程的理念,严格执行中国中冶《工程项目管理手册》要求,精心策划、精细管理,积极开展技术攻关及创新,将安全、进度、质量管理制度化及标准化、运用P6软件“三级四线”进度管理、数字化管理贯穿项目建设全过程。
屋盖整体总重量约4万吨,普通的支撑体系不足以支撑如此的重量。建设者用“胎架+桁架平台+盘扣脚手架”的支撑体系,最终编织出牢固的“鸟巢”结构。
屋盖结构节点复杂,整个屋盖除圆心井字梁结构外,由108个X型梁节点和72个Y型节点组成,钢筋相互穿插交错复杂。工程技术人员采用BIM技术进行建模放样和图纸深化,对每根钢筋进行精确排布放样和节点排布优化,保证钢筋顺利绑扎。
屋盖总面积约1.3万平方米,混凝土约1.5万立方米,混凝土浇筑量大,并且结构外部还要浇筑混凝土壳体并覆盖大量覆土,这就加大了混凝土结构的施工难度,常规浇筑工艺受限。为此,建设者在平面上采取“跳仓法”施工,环向设置三条施工缝,径向根据板块面积设置若干条施工缝,共分为23个施工区块,通过反复试验,最终确定每块跳仓法间隔时间为11天。他们通过精细化的进度管理,充分考虑区块的跳仓间隔,合理安排施工工序,确保在有限的时间内完成相邻区块的衔接浇筑施工,按照对称的原则逐圈优质高效完成屋盖混凝土浇筑。
“技术难度大、施工工艺复杂、高温雨季、工期紧张等诸多不利因素,都给施工带来了巨大压力。通过采取全天候轮班施工作业制,安排专人驻场协调相关材料供应,实现了关键材料进场与施工进度无缝对接;对施工队伍实施穿透式安全施工管理,严控危险源和风险点;通过全过程采用数字化监测应力、变形、沉降、位移的细微变化,为施工安全保驾护航。项目管理团队分工明确、配合默契,统筹抓进度、控质量、保安全,挑战世界级施工难题,圆满实现了封顶目标。”项目经理王宏宏说道。