上海环球金融中心主楼深基础混凝土大底板施工

对上海环球金融中心主楼深基础超大体积商品混凝土基础底板留设水平施工缝的理论分析，是进行超大超厚商品混凝土施工的又一种解决办法，而采用聚煎酸系外加剂配制的低水化热低收缩的大体积商品混凝土也为施工提供了一条新的技术途径。其2．89万m3商品混凝土一次性连续浇捣，创造了建筑工程的世界新记录，工程实测数据表明：该商品混凝土施工技术处于国际领先水平。 1 工程概况

上海环球金融中心工程位于上海陆家嘴金融贸易区，与金茂大厦相邻，该工程地上101层，地下3层，地面以上实体高度为492 m，总建筑面积为37．7万m 2，为多功能摩天超高层建筑。主楼工程桩为Ф700 mm的钢管桩，圆形围护墙内共1 242根，有P700 mm *15 mm、P700 mm *18 mm和P700 mm * 11 mm三种规格。主楼区域基坑呈100 m内径的圆形，基坑面积约7 850 m2。主楼基础底板厚度一般为4．0 m和4．5 m，圆形围护墙内含部分裙房底板，厚度为2 m。主楼与裙房基础面过渡段为坡面，高差2 m．水平投影长6．34 m。主楼基础挖深18．35 m。电梯井深坑位于基坑中部，面积约2 116 m2 ，开挖深度约25．89m。主楼基础底板商品混凝土总方量约38 900 m3，强度等级为C40，抗渗等级为P8、R60。底板水平钢筋采用钢筋束形式，钢筋束为两根一束。底板内设竖向抗剪钢筋，主楼底板钢筋总最约7 000 t。主楼中部的电梯井深坑处底板最大厚度为12．04 m，落深部分的基坑商品混凝土量约为10 000 m。

2 关键技术研究

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我们在超大体积低水化热商品混凝土配制研究之前对聚羧酸系外加剂的抗裂机制、商品混凝土的水化热理论分析、聚羧酸系外加剂的选择、聚羧酸系外加剂与水泥的适应性、搅拌工艺的改进、商品混凝土初凝时间的确定、搅拌运输车辆的确定等方面进行了系统研究，为商品混凝土的合理配制提供了条件。

2.1 超大体积低水化热商品混凝土配制研究

2.1.1 原材料选择 (1)水泥。在选用配制大体积商品混凝土所用的水泥时，优先考虑选用42．5普通硅酸盐水泥，同时兼顾与外加剂的适应性，其质量指标符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)的规定。 (2)砂。用表面洁净、级配良好、细度模数在2．6～3．1的中粗砂。砂的质量指标符合《普通商品混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52—92)的规定。 (3)碎石。用质地坚硬、级配良好、石粉台量低、针片状颗粒台量少、空隙率小的5～25 mm碎石。碎石的质量指标符合《普通商品混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》 (JGJ53—92)的规定。 (4)掺合料。用活性指数高、细度适中、流动度大、烧失量小的Ⅱ级粉煤灰、S95矿渣微粉，其质量指标分别符合《用于水泥和商品混凝土中的粉煤灰》(GB1596—2005)、《用于水泥和商品混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》(GB／T18046-2000)的规定。 (5)外加剂。选用上海兆申(KFDN—SP)、上海麦斯特建工(SP一8N)、广州西卡(V3301)的聚羧酸系外加剂。其质量指标符合〈商品混凝土外加剂〉 (GB8076—1997)的规定。 (6)水。采用自来水作为商品混凝土拌合用水，其质量指标符合〈商品混凝土拌合用水〉(JGJ63—1989)的规定。

2.1.2 配合比试配 (1)试配方案和结果。设计强度等级为C40，坍落度为150±30mm。通过前面对原材料的初步选择和试验结果，根据以往的商品混凝土试配经验和工程实践，拟定正交试验方案(表1)。

上表中胶凝材料按每立方米用量计算，外加剂按胶凝材料(水泥+矿粉)总量的0．8%计算。计算每一个试验号的商品混凝土配合比，假定试配商品混凝土的密度为2 400 kg／m3 ，砂率为43％，按规范进行试配、制作、养护、试压。 试配的目的是既要达到强度指标，又要保证商品混凝土拌合物有良好的和易性，各因素对商品混凝土强度和坍落度影响的直观分析，可以看出，影响商品混凝土坍落度的主要顺序为：水胶比→外掺料用量→水泥用量→外加剂，最佳组合为A1B3C2D4。影响商品混凝土强度主要顺序为：外加荆→水胶比→外掺料用量→水泥用量，最佳组合为A1B2C1D1。由于本次试配水平选取比较接近，所以各因素对商品混凝土的考核指标的影响不大。 从商品混凝土的强度来看，水胶比为0．45的各组合商品混凝土的平均强度虽达到设计要求，但相对较低，而水胶比为0．4 1和0．42的各组合商品混凝土平均坍落度基本相同，但前者强度的富裕量较大，同时考虑到基础商品混凝土的坍落度不宜过大，所以选择水胶比为0．41。从商品混凝土的和易性、保水性和粘聚性考虑，水泥用量选用为270 kg／m3，矿粉用量为70 kg／m3，粉煤灰用量为70 kg／m 3。试配过程中所用聚羧酸系外加剂除了广州西卡公司的V3301外，其余的两个外加剂所配制商品混凝土的坍落度有大于180 mm的现象，所以选择广州西卡公司的V3301外加剂。 (2)商砼站验证试验。为比较各单位所用原材料对商品混凝土配合比的影响程度，分别在上海浦新、浦莲、长桥、宏成、富康、汤臣、南航等7家商砼站进行了验证试验。 (3)施工现场验证试验。为检验商品混凝土性能指标的复现性，在商砼站验证试验的基础上，又进行了实地模拟验证试验，。

2．1．3 试验结果分析 (1)从表4试验结果表明。初步配合比在商品混凝土强度、坍落度均满足设计要求，而且各单位的差异也在控制范围以内，达到预期目标。

(2)由于商品混凝土拌合物的搅拌除了一般的混合作用之外，还起到一定的塑化、强化作用，所以商砼站生产商品混凝土的初始坍落度、强度比试验室试拌均有不同程度增大和提高。 (3)在标准养护条件下，水泥硬化28 d，矿粉、粉煤灰仍在继续水化，发挥强度效应，使商品混凝土进一步致密，孔径细化，连通孔减少，提高了商品混凝土质量。

2．2 超大体积商品混凝土水平分层浇筑施工分析 2.2.1 建模分析

本工程在电梯井深坑中部由于围护设计的需要，设置了一道钢支撑，施工过程中需要进行换撑，所以在钢支撑底部设了一道水平施工缝，此部分底板厚度为4．74 m，此道施工缝可以减少基础底板总厚度。在电梯井深坑顶部，为了加快进度，减少基坑变形，再设了一道施工缝，此部分底板厚度为2．6 m。从而使整个大底板商品混凝土分3次浇筑施工。

根据建模分析，第一次浇筑类型为浇筑面与基础接触，边界条件为地基；第二次和第三次浇筑类型为浇筑面与已有商品混凝土面接触，边界条件为商品混凝土面。本工程电梯井深坑部位商品混凝土的浇筑为倒梯形，模型简化时按照实际的工况进行简化。基础底板是圆形的块体，在模型简化时 将其简化为圆形块体的外接正方体。这样的简化模型偏于安全。电梯井深坑和基础底板设置水平施工缝的可行性采用亦古信息科技有限公司的CCCTM软件来进行分析。 2.2.2主要分析结果 (1)第一次浇筑：①底板浇筑后，与地基接触的边界未出现裂缝，可见该边界能达到理想的施工要求；②上边界在商品混凝土浇筑后出现了裂缝，X方向的裂缝为0．119 mm，Y方向为0．098 mm，但仍可以达到工程质量的要求(图4)。

(2)第二次浇筑：①下边界在商品混凝土浇筑后出现了裂缝，X方向的裂缝为0．121 mm，Y方向为0．12，可以达到工程质量的要求；②上边界在商品混凝土浇筑后出现了裂缝，X方向的裂缝为0．172 mm，Y方向为0．186 mm，可以达到工程质量的要求(见图5)。

(3)第三次浇筑：①下边界在商品混凝土浇筑后出现了裂缝，x方向和Y方向的裂缝宽度均为0．126 mm，可以达到工程质量的要求：②上边界在商品混凝土浇筑后出现了裂缝，x方向和Y方向的裂缝宽度均为0．198 mm，可以达到工程质量的要求。 2.2.3 结果评价

分析结果表明，本工程电梯井深坑和基础底板采用分层浇筑施工方法，上述设置水平施工缝的方案是可行的，即在商品混凝土与地基接触面以及新旧商品混凝土的接触面能达到没有裂缝出现或者出现的裂缝在工程的允许范围内。 3 主要施工方案的确定

3．1 桩顶处理方案 (1)根据设计要求首先进行截桩，先采用人工将管内1 000 mm段土体挖除，焊接桩帽盖板，再利用桩帽盖板的孔洞灌注C40商品混凝土。钢管桩内商品混凝土的密实度主要依据是否有商品混凝土浆从透气孔冒出来判断。 (2)在钢管桩边焊接锚固筋，根据底板钢筋排列间距，制作定型钢筋位置套板，根据钢筋位置套板确定桩锚筋的焊接位置，可两根排列，也可—根排列。 3．2 钢筋工程施工方案 (1)由于主楼与裙房基础底板将来是连为—体的，故主楼底板钢筋端部皆设有直螺纹接头，其接头与地墙内侧顶紧，端部设保温板，裙房施工时凿除临时地墙及保温板，露出直螺纹接头，以便于钢筋连接。 (2)底板

内有抗剪暗柱钢筋的地方，其上部钢筋支架利用抗剪暗柱设置；无抗剪暗柱钢筋的地方，其上部钢筋支架利用型钢体系支撑。

3．3 模板工程施工方案 (1)上海环球金融中心主楼100 m圆环基础的侧模直接利用了外侧的临时地下连续墙，为保证主楼结构自由沉降，必须对主楼底板与地墙接触处的地墙表面进行修整，以达到合格的标准。 (2)基础底板顶面有高差2 m，水平投影6．34 m的斜坡，为了控制斜坡商品混凝土的设计标高，在过渡段商品混凝土斜坡上设置了斜顶模，斜顶模要求固定牢固。以确保商品混凝土斜面成型。

3．4 钢结构预埋件施工方案 (1)主楼地下室钢结构主要是内外剪力墙筒体和巨型柱中的劲性钢柱以及内筒体内部的钢柱，而钢柱和劲性柱与基础承台的连接则是通过预埋在承台中的钢结构高强地脚螺栓进行连接。 (2)由于基础承台中地脚预埋螺栓较多，底板钢筋束间距较小，地脚螺栓放置位置难免与基础底板中的钢筋束相碰，因此在预埋地脚螺栓时要根据需要将底板上部钢筋束的位置作微调，以保证地脚螺栓位置正确。 (3)底板商品混凝土浇捣时，应在预埋螺栓套板的适当位置开设透气孔，并在面板中部开一个 Ф150 mm左右的商品混凝土振捣孔，以保证使地脚螺栓套板下部的商品混凝土振捣密实。 3．5 大体积商品混凝土施工采用的配合比

通过试验验证，在商品混凝土各项指标达到要求的基础上，考虑到有7家商砼站参与超大体积商品混凝土生产，在大生产中原材料品质指标可能波动，以及其不确定因素较多，为此应留有强度富裕量。我们对施工现场的商品混凝土配合比确定如表8。

3．6 超大体积商品混凝土浇捣施工方案

(1)为减少深基坑底部暴露时间，满足换撑需要，保证深坑的安全、稳定，施工时先分两次连续浇捣深坑部位底板商品混凝土，而后再浇捣大面积底板的商品混凝土。

(2)第一次浇捣主楼深坑商品混凝土方量为3 500 m 3，用7台汽车泵布置在基坑南侧的施工便道上，接硬管浇捣。由2个商品混凝土商砼站同时供料，商品混凝土供应盘为260 m3/h，商品混凝土运输水泥搅拌运输车55辆，本次商品混凝土浇捣时间为13 h。

(3)第二次浇筑深坑部位剩余部分，商品混凝土方量为6500 m3，采用9台汽车泵布置在基坑南侧的施工便道上，接硬管浇捣。由3个商品混凝土商砼站同时供料，商品混凝土供应量为360 m3／h，启用商品混凝土运输水泥搅拌运输车85辆，本次商品混凝土浇捣时间为18h。

(4)主楼基础底板商品混凝土方量为28 900 m3，采用布置在基坑南侧施工便道上的19台汽车泵接硬管及布料杆浇捣商品混凝土。由7个商品混凝土商砼站同时供料，商品混凝土供应量为700 m3/h ，启用商品混凝土运输水泥搅拌运输车350辆，本次商品混凝土浇捣时间为42 h。

(5)商品混凝土浇筑采用由北向南退捣方式浇筑。每台商品混凝土臂架式泵车的泵管负责浇筑宽度为5 m左右，商品混凝土浇捣时依靠商品混凝土的流动性，采用大斜面分层下料，分皮振捣。

(6)每台臂架式泵车配置6根振动棒进行振捣，施工时应特别重视每个浇筑带坡顶和坡脚的振捣，确保上、下部钢筋密集部位商品混凝土振实。

(7)商品混凝土表面处理要做到“三压三平”。首先按面标高用工具拍板压实，长刮尺刮平；其次要在初凝前用铁滚筒进行数遍碾压和滚平；最后在终凝前，用

木蟹打磨压实、整平，以闭合商品混凝土收水裂缝。

(8)保温措施采用二层塑料薄膜和二层麻袋覆盖，即在商品混凝土表面先覆盖塑料薄膜一层，以封闭商品混凝土内水分蒸发的途径，使商品混凝土能在潮湿条件下进行养护以控制干缩裂缝产生，在这层薄膜之上再盖一层麻袋，以减少商品混凝土表面热量的散发；然后再覆盖一层塑料薄膜，以防止雨水渗透。最后再覆盖一层麻袋，加强保温。要注意覆盖薄膜的幅边之间搭接宽度应不少于100 mm，麻袋之间的边口要拼紧。

3．7 大体积商品混凝土测温方案与结果

第一次、第二次测温方案及结果在此不再介绍，重点介绍第三次方量为28 900 m3大体量的商品混凝土浇捣测温方案及结果。 基础底板第三次商品混凝土浇捣时间为2005年1月28日23：00至2005年1月30日15：30停止。商品混凝土微机测温系统从2005年1月28日开始实时测试至2005年2月23日结束，历时27 d。 本次大底板测温点自坑边(A)始，依英文字母顺序排定，至中心点(H)为一组，再由(H)到坑边(o)点为另一组测温点。测温情况显示，商品混凝土入模温度为10—13℃，测点温度、温升值随位置和厚度的不同而各不相同，在商品混凝土较厚处，由于散热条件较差。所以温度与温升值较大。如：3B轴处3B3的入模温度为12．4℃。最高温度为67．1℃。其温升值为54．7℃：3J轴处3J3的入模温度为12．1℃，最高温度为65．0℃，其温升值为52．9℃。在承台的边缘处，由于散热条件较好。所以温度与温升值较小。如：3A轴处3A3的入模温度为11．6℃。最高温度为59．1℃，其温升值为47．5℃；3C3离电梯井较近，散热条件也较好，其入模温度为11．3℃，其最高温62．4℃，其温升

值为51．1℃。另外，在基础底板较薄处散热条件也较好，如：3M2的入模温度为11．4℃，最高温度为53．6℃，其温升值为42．2℃。从测温得知，商品混凝土水化热发展期主要集中在80一100h内。

4 施工创新与工程总结

(1)通过大量研究试验，摸索出聚羧酸系外加剂与水泥的适应性规律，掌握了聚羧酸系外加剂配制低水化热低收缩大体积商品混凝土技术。

(2)大体积商品混凝土配制技术途径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、大流动的技术路线是可行的和有效的，可以确保商品混凝土耐久性要求。

(3)与普通商品混凝土相比，用聚羧酸系外加剂配制商品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)在大体积商品混凝土中掺入矿粉、粉煤灰等活性掺合料，取代部分水泥和部分细骨料，可以显著改善商品混凝土性能，特别是改善商品混凝土抗渗透性能。 (5)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商品混凝土所产生较高的内部温度，以更好地控制商品混凝土内部和表面的温差，也有利于控制温差裂缝。

(6)在超大体积商品混凝土配制上采用聚羧酸盐外加剂，利用其卓越的坍落度保持性，使得出厂商品混凝土的和易性与现场商品混凝土的和易性相一致，从而在确保商品混凝土强度的同时又具有优良的施工性能，这在国内大体积商品混凝土配制技术上尚属首次。

(7)在超大体积商品混凝土裂缝控制方面，利用聚羧酸盐外加剂独有的低掺量、

大流动性、低收缩率特性，在控制商品混凝土早期收缩特别是减少干缩上发挥了突出的作用，是其他类型外加剂所不可比拟的。

(8)在超大体积基础底板浇筑施工时，合理留设水平施工缝一般不会对基础底板结构产生有害影响，相反能减少基础底板体量，减少水化热的产生。使基础结构施工方便，同时为复杂围护体系的换撑创造有利条件。

(9)上海环球金融中心基础底板分层理论分析与实际应用说明设置水平施工缝的方案是合理的。施工实践表明商品混凝土与地基接触面以及新旧商品混凝土的接触面能达到没有裂缝出现或者出现的裂缝在工程的允许范围内。

(10)上海环球金融中心主楼基础超大体积低水化热低收缩商品混凝土的施工实践，以及在施工组织、设备配置、材料供应和预拌商品混凝土运输与泵送等方面的技术集成，使28 900 m3。商品混凝土基础底板一次42 h连续浇注成功，创造了建筑工程中大体积商品混凝土一次浇筑的世界新记录。经实测，基础底板内部最高温度只有67．1℃，水泥用量仅为270 kg／m3，商品混凝土180 d的收缩值为296 *10-6，工程成品的高质量体现了现代商品混凝土施工技术的领先水平，为国内建造超高层建筑积累了新的经验。