非洲第一高樓Iconic Tower 筏板建造關鍵技術

田 偉 魏建勛 鄒仙德 劉小虎

1. 上海中建海外發展有限公司 上海 200126；

2. 中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧 大連 116019；

3. 中國建筑股份有限公司埃及分公司 開羅 11435

1 工程概況

埃及是“一帶一路”倡議的重要支點國家，開羅東部的新首都CBD項目是迄今為止中資企業在埃及市場上承接的最大項目。項目位于新首都核心區，建筑面積約1 700 000 m2。整個項目由中國建筑埃及分公司承建，為EPC總承包項目。

Iconic Tower是CBD項目的核心，是整個CBD項目的最大亮點，高度達到385.8 m，建成后將成為繼金字塔之后開羅的新地標，將是未來的非洲第一高樓，被譽為埃及新時期的金字塔。Iconic Tower總建筑面積267 000 m2，地下2層，地上79層，是一座集辦公、酒店、商業、觀光等多種功能為一體的超高層項目，如圖1所示。項目預計于2022年6月竣工。

Iconic Tower的結構體系為框架-核心筒結構體系，外部為鋼結構框架，內部為鋼筋混凝土核心筒[1]，為加強核心筒和外框的整體工作性能，在49層和74層設置2道鋼管伸臂桁架，如圖2所示。

核心筒混凝土強度等級為C80和C60，外框柱為鋼管混凝土組合柱，內灌C80、C60高強混凝土，組合柱底部直徑1.6 m，頂部縮減至0.75 m。

Iconic Tower為EPC總承包項目，EPC工程由總承包全權負責設計、采購、施工，總承包單位承擔全部設計責任[2]。在總承包單位的設計管理過程中，需要設計滿足業主要求的建筑產品，同時也需要對產品質量和工程造價進行管控，使其在業主預期之內[3-4]。這為Iconic Tower的設計優化實施創造了良好的先天條件，總承包商可以充分發揮設計和施工一體化的綜合優勢，控制項目成本，保證項目質量。

圖1 Iconic Tower全景

圖2 Iconic Tower結構體系

圖3 筏板設計

基礎是超高層建筑的根基，其設計和施工是超高層建筑的關鍵點之一。經地勘探明，Iconic Tower下部有完整的厚度約40 m的玄武巖層，玄武巖承載力較高，經研究確定Iconic Tower采用筏板基礎。筏板設計厚度達5 m，混凝土量達到18 500 m3，是埃及建筑史上最大的筏板基礎，其建造過程存在諸多難點。

通過采取筏板設計優化、巖石平板試驗、工序前置的施工方案，輔以鋼筋高精度安裝技術、混凝土配合比優化、筏板澆筑施工組織和合理的養護措施，項目最終高效、高質量地完成了Iconic Tower筏板的建造，同時創造了中東及非洲建筑史上的三項紀錄。

2 筏板設計優化

總承包項目部充分發揮設計管理特長，結合設計、施工一體化的綜合優勢，對筏板設計進行了優化，有效降低了成本，縮短了工期。

筏板原設計為凹形，平均厚度為5 m，局部最大厚度達到9 m，同時筏板下方需要回填5 m厚的素混凝土10 000 m3，如圖3（a）所示。此設計存在素混凝土回填量大、成本高、5 m高單側支模和吊模施工難度大、工作量大和施工工效低等問題。通過分析對比，建議設計將筏板由U形改為平板，將筏板整體標高降低，同時增加1層架空層，取消5 m厚素混凝土回填，如圖3（b）所示。

優化后的筏板設計不僅降低施工難度，并且通過取消素混凝土回填節省約10 000 m3的混凝土，同時筏板設計節約了鋼筋和混凝土用量，總體可節省成本約100萬美元，縮短施工工期2周。同時由于增加了架空層，既提高了建筑使用空間，又增加了結構嵌固深度，提升了結構整體的穩定性和安全性。

沙漠地區工程地質條件復雜，地形起伏較大，地層、地質構造、地貌條件復雜，不良工程地質現象普遍，難以準確確定基礎承載力設計值[5]。原設計采用的地基承載力是在實驗室通過鉆芯巖樣的性能參數確定。這種方法未能考慮周圍巖石約束作用對巖石性能的提高，因此和設計協商確定在開挖到設計標高后，通過巖石浸水平板載荷試驗的方法準確測定巖石的承載力。巖石浸水平板載荷試驗通過采集基巖性能的主要數據，基于數理統計模型對參數進行相關性回歸分析，確定基巖性能的主要參數，為設計提供參考。

基巖浸水平板載荷試驗具有以下3個特點：一是荷載大，達到4 000 kN；二是平整度要求高，基巖平整度要求1 mm，墊層找平后平整度要求0.1 mm，載荷板在加載條件下任意2點的偏差小于0.002 5 mm；三是流程復雜，包含巖層浸水前后對比及浸水后浸潤深度的探查等。項目部通過自行設計加載裝置、找平工藝、設計可調平板裝置等解決了平整度問題，效果良好。準確得出基巖性能參數，提高了基巖的設計承載力，并反饋給設計。設計通過更新基礎設計參數，對筏板進行重新設計，節省了約1 000 t鋼筋（圖4）。

圖4 基巖浸水平板載荷試驗

3 設置擋土墻兼作模板

筏板施工存在工期緊張、5 m高筏板單側支模難度較大、筏板邊緣作業面狹窄等問題。為解決上述問題，項目部在筏板外側澆筑一道擋土墻，擋土墻既作為筏板澆筑時的模板，又可將防水等后置工序提前，加快施工進度，同時通過將回填工序前置為后續施工創造作業面。

在筏板進行局部開挖、墊層施工及平面防水施工的同時，擋土墻同時進行分段施工，如圖5（a）所示。在筏板底筋綁扎完成30%時，擋土墻已經完成，如圖5（b）所示。此時立刻開始擋土墻外圍的紅土回填工作，確保在混凝土澆筑之前，完成基礎外側5 m高的紅土回填工作，既保障了筏板澆筑期間模板的安全，又為后續工作提供充足的作業空間和便利，如圖5（c）所示。經綜合測算，考慮工期成本，與單側支模相比，擋土墻總體節約費用約30萬，并且為筏板的快速成功澆筑及后續工作的順利推進打下了基礎。

4 筏板鋼筋高精度安裝技術

超厚筏板一般存在基礎鋼筋量大、鋼筋層數多、安裝周期短、安裝難度大等問題[6-7]。Iconic Tower超厚筏板基礎則存在鋼筋量大（4 600 t）、層數多（底部34層、頂部10層）、精度要求高（8 mm），豎向抗剪鋼筋安裝量大（22 600根）、難度高等困難。筏板鋼筋采用的是直徑32 mm的鋼筋，鋼筋間距200 mm；豎向抗剪鋼筋長度4.89 m，端部焊有直徑120 mm的端板。在筏板水平鋼筋搭接區域，水平鋼筋的定位容許偏差僅有8 mm，否則會導致豎向抗剪鋼筋難以安裝。項目通過技術攻關，以筏板頂部鋼筋的支撐架系統為突破口，采用螺栓連接的型鋼支撐體系并對體系進行優化，選用合理的支撐立桿間距和立桿型號，選用HEB120工字鋼梁作為支撐架立桿，支撐架在主要受力方向的跨度為4 200 mm，另一方向根據平面形狀調整，為200 mm的模數，如圖6所示。

圖6 支撐架定位控制系統

定位系統以支撐架作為一級控制網，在支撐架水平梁上標識出二級控制點，鋼筋的安裝按照二級控制點進行定位。同時制作簡易工具對鋼筋凈距進行復核，保證后期抗剪鋼筋的順利安裝。通過合理的規劃、設計、定位，以及施工順序優化和精度控制措施，完成了最密集處達17層雙向配筋的筏板底筋施工。水平鋼筋的安裝效果如圖7所示。通過高精度定位安裝，有效控制了安裝誤差，保證了水平鋼筋間距，使得22 600根抗剪鋼筋在3 d之內順利安裝，抗剪鋼筋在筏板鋼筋搭接區域的安裝效果如圖8所示。

圖7 水平鋼筋安裝效果

圖8 抗剪鋼筋安裝效果

通過采用上述技術措施，在28 d內高效完成了4 600 t筏板鋼筋的安裝。

5 高性能混凝土配制

根據大體積混凝土施工經驗和溫度控制技術[8]，結合沙漠地區高熱、高溫差的氣候條件以及筏板鋼筋密集的特點，提出Iconic Tower筏板C45混凝土應具有低水化熱、高擴展度、3 h保擴性能和高流態的性能。特別是3 h保擴性能指標，指的是要求混凝土在3 h內混凝土擴展度損失在5%以內。

在配合比研發和篩選中，采用低熱性能材料比選、正交設計及試配試驗等方法，配制出低水化熱、大流淌度C45混凝土以應對沙漠地區干燥、高溫的氣候特點。在正式澆筑之前，利用有限元數值模擬分析和5 m×5 m×5 m同配比模型試驗檢驗配合比的可靠性、穩定性和溫控措施的有效性。模型試驗如圖9所示。

圖9 5 m×5 m×5 m模型試驗

6 筏板澆筑施工組織

針對當地混凝土攪拌站普遍較小、單個攪拌站生產能力有限的混凝土供應情況，以CBD項目自建攪拌站為核心，聯合當地6家混凝土攪拌站，共計12條生產線，協同進行Iconic Tower超厚筏板的澆筑。為保證混凝土質量，對屬地攪拌站采用統一配合比，統一原料供應，并提前對屬地攪拌站進行了前期考察、備料檢查，澆筑時采取人員駐場監督、混凝土現場檢測、統一調度等措施。同時根據攪拌站的生產能力安排澆筑點位，設置公共澆筑點位，采用多生產多澆筑等措施充分調動了當地攪拌站的積極性，有效保障了筏板混凝土的順利澆筑。

施工前根據沙漠高溫差氣候條件的特點，確定了超厚大體積混凝土連續無縫快速澆筑的施工方法，并對施工前準備、現場施工組織、混凝土澆筑施工、混凝土測溫及養護等內容進行重點研究。

通過科學合理的現場施工組織，充分利用現場場地優勢，采用“溜槽＋汽車泵＋地泵＋自卸＋串筒”多種方式結合的澆筑方法，進行整體斜面分層推移式澆筑，如圖10所示，實現了埃及建筑史上最大的超長、超大（厚5 m、直徑70 m、面積3 700 m2）混凝土筏板的無縫連續一次性澆筑。

7 筏板混凝土養護

針對沙漠干燥、白天高溫、晝夜溫差大的氣候特點，采用薄膜覆蓋保水、晚上棉被覆蓋保溫、白天揭開棉被散熱、及時澆水等方式進行混凝土養護，如圖11所示。通過及時可靠的保溫養護和溫度監控措施，有效降低混凝土的內外溫差。經測量，筏板核心的最高溫度為64.8 ℃，筏板核心和表面最大溫差為38.5 K，溫度梯度為15.4 K/m。數據表明，混凝土配比良好，養護措施合理，筏板施工質量良好。

圖10 筏板澆筑現場

圖11 筏板養護

8 結語

項目從設計優化入手，創新施工方案，細化鋼筋安裝技術，優化混凝土配比，多措并舉地高效完成筏板混凝土澆筑，在埃及一舉創造了中東及非洲建筑史上的三項紀錄：單次澆筑最大體量筏板（18 500 m3）、超大型基礎筏板的澆筑最快紀錄（38 h）、高峰期單小時最大混凝土澆筑量（785 m3/h）。Iconic Tower厚5 m超大筏板的成功建造，充分展現了中國建筑企業從設計、施工到管理的強大綜合建造能力，為中國建筑企業在當地樹立了良好形象，為中國建筑企業“走出去”奠定了扎實基礎。