西安环球贸易中心1号塔楼, 地下3层, 地上62层, 结构总高度299.75m, 标准层高度为4.5m。矩形核心筒平面最大尺寸为21.8m×21.4m, 最小尺寸为20.3m×19.9m。

根据本工程核心筒施工现场情况, 核心筒中有3个井筒采用SCP顶升大平台模架体系。本工程所采用的顶模大平台体系是以多卡顶爬模设备为基础改进优化后, 专为解决钢筋混凝土核心筒结构施工而设计的集成式液压顶升式大平台, 顶模大平台在+2层平台设置由承重钢梁组成的承载框架大平台, 其他层模板系统悬挂于+1层大平台承载框架上, 大平台具备较大的承载力, 可在有限的施工空间内释放出更多的可利用面积, 解决材料、设备堆放问题, 使工作面更有序、施工更顺畅。模架系统以多机位中型液压油缸提供动力, 模板系统悬挂在钢梁大平台下方。在液压顶升动力作用下, 施工大平台和模板整体一次性向上爬升就位, 避免核心筒剪力墙使用散拆散拼模板, 减少人工投入, 提高混凝土成型质量。顶模大平台的使用不仅可解决超高层施工时材料堆放场地不足、安全围护难以搭设等施工难题, 同时能更进一步优化施工组织, 不同工序间可以穿插作业, 更便于流水施工;还能大大减少土建施工对塔式起重机的依赖, 为外框筒施工作业提供更多空间和时间, 缩短项目整体施工工期, 带来经济效益。

1) 安全可靠 部件设计保证整个系统安全和性能稳定, 并实现液压同步爬升。

2) 承载力高 优化承载力的预埋方式使整体平台具有较大承载力, 以满足钢筋、临时施工机具堆放及布料机布置的要求;提供材料堆放、设备布置的大承载力平台。

3) 轻型化 系统设计减少用钢量, 以提高整体经济性, 降低造价同时缩短加工及安装时间, 降低工程综合使用成本;平面多机位承载, 降低大平台自重及总体造价。

4) 高效化 爬升一次到位, 简化爬升流程, 提高爬升效率。

5) 模数化 部件设计标准化、模数化, 提高系统重复周转性。

6) 灵活性 由于轻量化的钢结构设计、可分体和单独井道的模块化设计, 该顶模系统既可多平台及井道同步顶升与施工, 也可单平台及井道单独顶升与施工, 以应对不同的施工工序需求。

在超高层施工中, 顶模大平台在施工速度、安全性能、工程质量、适应范围、使用成本等方面优势明显。

顶模大平台体系由大平台结构系统、模板系统、防护系统、锚固支撑系统及液压顶升系统5大部分组成。

大平台体系承载结构位于+2层平台上, 是由各种型钢组成的主次梁框架体系, 具有较高的强度、刚度和空间稳定性, 承受材料、设备、悬挂围护装置、模板的荷载及所有施工活荷载, 如图1所示。大平台结构系统具有以下特点。

1) 整个平台结构类似主次梁结构, 包括主钢梁和次钢梁;主钢梁大部分采用标准构件予以拼装。主钢梁直接支撑在支撑系统的支点上, 次钢梁支撑在主钢梁上。

2) 在主钢梁间、次钢梁间设置部分吊架梁悬挂模板和挂架。

3) 主、次钢梁间搭设走道板, 形成堆载和安全通道。

4) 主、次梁形成的大平台作为工作平台、钢筋及临时施工设备堆载平台、模板附着支撑点、下部悬挂平台附着点。

5) 顶升过程中, 大平台及附着在其上的所有部件整体上升, 一次顶升至需要的高度。

模板系统采用整体大面积模板, 组合、拆分方便, 模板整体随平台同步提升, 缩短模板工程操作时间, 提高生产效率。顶升大平台模板体系设计为大模板体系, 所有模板均采用滚轮悬挂在+1层平台梁和吊架梁上进行退模和合模, 退模距离为200～600mm。模板类型可选用定制模数大钢模、定制模数铝模板或标准钢框模板。模板选择原则如下。

1) 满足便于安装、拆卸及保证混凝土浇筑质量的要求, 并能保证周转使用次数及周转时转运方便。

2) 满足核心筒沿竖向截面不断变化的要求。

3) 对拉螺杆位置需考虑墙体变截面时, 大面不受影响, 并考虑避开剪力墙内埋件及劲性柱, 保证穿墙螺杆正常使用。

基于以上原则, 本项目采用钢模板系统, 采用精轧螺纹钢作为模板对拉紧固系统。

锚固支撑系统由支撑钢柱、上下支撑架、上下锚固装置组成。顶模大平台体系中模板、大平台、悬挂围护装置及材料、设备、施工操作人员等荷载通过大平台格栅钢架传递至支撑钢柱, 再由钢柱传递至上下支撑架、锚固悬挂构件上, 并最终传递至墙体结构。

锚固支撑系统由上构架支撑系统和下构架支撑系统组成。正常使用状态下, 上构架支撑作为大平台承重构件, 大平台所有荷载主要由格栅钢架通过立柱传递至上构架, 再由上构架传递至核心筒混凝土墙上。大平台顶升过程中, 下构架支撑为大平台的承重构件, 油缸顶升顶部平台格栅钢架带动上构架支撑平台及模板系统整体顶升。整个锚固支撑系统如图2所示。

1) 顶模通用爬升锥 定位点和悬挂点都用这种爬升锥, 将竖向力分配至混凝土并传递水平力。

2) 顶模密封套 隔离通用爬升锥与混凝土。

3) 顶模预埋锚杆 预埋于混凝土内的锚固消耗件, 将水平拉力分配至混凝土上。

4) 顶模高强螺栓M36, 长9cm 固定悬挂靴, 为10.9级高强螺栓。

顶模大平台的顶升依靠液压系统实现, 液压动力系统由液压动力柜、千斤顶及连接油管等组成, 1台液压动力柜能为多达14个液压千斤顶提供充足动力。千斤顶设计内置同步系统、爆管自锁系统等, 充分保证大平台安全、可靠及稳定顶升。

防护系统, 即在大平台下悬挂平台作为钢筋和模板工程的操作层, 保证各工作面全封闭, 确保高空操作安全。防护系统主要服务于剪力墙结构的施工, 为剪力墙施工提供工作面, 主要为人行通道, 不堆载材料, 悬挂各层间设置爬梯通行 (见图3) 。

顶模大平台通过油缸的顶升、提起实现上、下支撑架交替支撑在结构墙体锚固件上, 进而实现整个系统的顶升。顶模大平台系统按照工作状态分为以下2种。

1) 正常工作状态 此时大平台上、下支撑架均锚固在核心筒剪力墙上。

2) 顶升工作状态 此时大平台下支撑架锚固在剪力墙上, 上支撑架锚固件拆除, 上支撑架与核心筒结构主体无连接。

2种工作状态下, 顶模大平台与核心筒的连接状态如图4所示。

顶模顶升施工过程共分为6个工作步骤, 如图5所示。

顶模大平台拼装、顶升及正常工作过程中, 必须做好安全防护工作并保证相关构造措施。本工程安全防护构造如图6所示。

在对顶模体系进行液压顶升施工时, 技术要点及安全控制点如下。

1) 锚固点承载螺栓是荷载效应组合集中传递的最后部件, 强度必须满足整个顶模大平台装置的施工安全要求, 各部件连接螺栓的最大承载力为:顶升时最大荷载400kN/榀;锚固时最大荷载400kN/榀。

2) 液压油路自带防爆装置, 以保证油管失效时 (爆管或停电) , 千斤顶不会迅速卸载, 保证整个顶模装置缓慢回落, 不会对锚固点产生巨大的瞬间冲击力, 直接影响整个顶模装置的安全。在整个液压油路中, 各液压千斤顶进油口均配置油路爆管保护阀, 防止爆管千斤顶卸载对锚固点产生强大的冲击力, 避免坠落。该装置不仅在油管爆裂时发挥作用, 只要千斤顶在顶升过程中失去动力, 如突然停电等, 都会对保证机位的安全发挥作用。

3) 液压系统安装前应对千斤顶进行试运行, 确保系统正常, 并填写检查记录表。

4) 顶升过程中, 仔细观察动力柜压力指示表, 发现油压超出警戒范围、故障指示灯亮起时, 立刻停止顶升工作, 根据压力表显示部位进行故障排查后再进行顶升。

本文对西安环球贸易中心1号塔楼核心筒内筒顶模大平台模架体系技术特点、组成部分、施工过程、液压顶升原理进行介绍;对核心筒结构特点及相应带来的施工问题和处理措施进行分析;对SCP顶模大平台体系关键技术参数进行归纳。顶模大平台体系的采用简化了核心筒剪力墙竖向结构施工过程, 缩短了施工工期并提高了核心筒混凝土施工安全性。