4月底,由工程总承包部承建的城市副中心三大建筑之一的大运河博物馆(首都博物馆东馆),率先实现主体结构封顶,“运河之舟”骨架已成,即将扬帆起航。
大运河博物馆坐落于北京城市副中心“市民文化休闲组团”南侧,设计理念源于古运河图景中的船、帆、水三个元素,以运河为线索,将历史文化融入建筑。建筑南侧神似高高扬起的巨帆,北侧形如坚实厚重的船身,整个建筑宛如徜徉在城市林海中的“古韵风帆”。
项目于2019年10月破土动工,2020年12月跃出地面, 2021年4月,主体结构在三大建筑中率先实现封顶,比计划工期整整提前了6天。
项目经理贾成亮介绍说,大运河博物馆是特大型综合类博物馆,总建筑面积9.97万平方米,由主楼和观众共享大厅组成,两栋建筑通过架空连廊和地下通廊连接,建筑最高点48米,建筑设计造型独特、结构施工技术复杂。自工程启动以来,项目部克服了施工时间短、疫情等诸多挑战,特别是不降水实现基坑“无水”施工、最大限度保护馆藏文物、高大空间结构施工这“三大挑战”至今仍让贾成亮记忆犹新。
“无水”作业贯彻绿色理念
由于城市副中心三大建筑及共享配套设施工程基坑采取一体化施工,基坑总面积32万平方米,基坑最大深度34.53米,是特大型基坑工程。而工程场区位于潮白河冲洪积扇中下部,基坑开挖深度范围内地下水十分丰富,如何保护地下水资源,在不降水前提下实现基坑干槽施工是挑战之一。
为了最大限度保护地下水资源,在不降水前提下实现基坑干槽“无水”施工。通过多轮方案反复论证,最终确定采取止水帷幕法进行止水,在基坑四周设置一道帷幕与地下隔水层共同将基坑围成一个形状类似“盆”状,把基坑外的水源阻断。这样在基坑开挖前,只需要将“盆”内的水疏干就可以达到干槽施工条件。由于工程基坑很深,止水帷幕的深度需要达到55米才能满足完全隔断水的需要,以往的施工工艺和设备能力满足不了此工程的要求,如此深的止水帷幕在北京地区尚无应用先例。
为此,项目部对国内外各项先进工艺进行充分考察,通过现场试验段施工,最终采用了TRD工法,在地面上垂直插入链锯型刀端口,连接刀链锯,在其侧面移动的同时,切割出沟体并注入固化液使之和原位土混合,并进行充分搅拌,形成等厚的水泥土地下连续墙,起到止水的功能,再插入H型钢等芯材,形成刚性挡土墙,起到挡土的功能。此工法在北京地区是首次应用,且如此大体量的TRD止水帷幕施工在国内也属首次。另外,项目部成功研制了泥浆取样器,有效确保帷幕里水泥土的均匀性,该取样器申请发明专利1项、实用新型专利3项。止水帷幕施工法,实现减少抽排地下水上约1000万立方,有效保护了地下水资源,同时也节省用电2000万千瓦小时,节能减排效能显著。
为文物打造最安全的家
首都博物馆东馆对标国际一流博物馆,对馆藏文物安全保护措施等级要求很高,项目抗震设防等级为8度。因此,在建设中最大限度降低地震的破坏力,保障馆藏文物安全是挑战之二。
博物馆按照罕遇地震设防要求进行设计,采用了先进的隔振技术,通过对建筑物的上部和基础之间加设“隔震层”进行减震,即在博物馆的地下二层设置了隔震层,通过满布在结构柱上的242个隔震支座,将博物馆上部结构和下部基础分离开,在发生地震时,支座能很好地隔断地震波导致的基础位移对上部结构的影响,保障上部结构内的馆藏文物不发生破坏。此外,通过设置隔震层,将地震设防烈度从规范规定的8度降低到6.5度以下,从而大大增加了博物馆抗震能力。作为隔震核心成员隔震支座施工质量尤为重要,它将直接影响到博物馆隔震功能的发挥和在地震作用下的安全。
由于隔震支座安装施工的精度要求非常严格,而可借鉴的隔震支座施工技术较少,施工难度很大。为确保隔震支座的施工质量,项目部对施工过程中每个环节进行严格把控,编制施工专项方案,对每个隔震支座每一个细部节点的施工做法都有明确清晰的描述,并组织技术和施工人员召开专题会议,对隔震支座安装施工过程中的具体要求及遇到的困难进行细化分解,使施工更具操作性和针对性。通过多措并举,242个隔震支座施工优质高效完成。
高科技手段破解“高大上”难题
项目结构形式复杂,既有现浇混凝土框架剪力墙、钢柱、钢木,又有劲性钢骨和预应力等多种结构,高大空间多,序厅屋面跨度大,如何保证安全精准安装施工是挑战之三。
大运河博物馆主楼及共享大厅屋盖采用钢结构屋盖,总用钢量高达9900吨,序厅屋盖最大跨度40米,采用弧形三角形管桁架,主楼北立面6根两头尖中间宽像梭子一样的支撑柱标高随着屋盖而变化,梭形柱单根重量达54吨,最高处达60米,且无侧向支撑。为了确保施工安全和安装定位精准度,项目部制定了高大空间结构施工专项危大方案、钢结构安装方案、塔吊与大型履带吊装方案等,实施三级安全技术交底制度,开展自检互检与专项检查相结合的检查验收工作,并针对不同施工阶段、不同施工季节制定相应的安全技术保证措施。
同时,项目部应用BIM技术,对结构施工全过程进行仿真模拟分析,全面了解结构施工过程中不同时段人、工、料、法、环的演化规律,解决各专业冲突问题,确定各个施工阶段控制目标,并通过图纸对比进一步深化结构施工做法,再进行专家论证。针对超高超重梭形柱的安装,梭形柱柱身设置了高低不同的胎架进行支撑,利用三维建模定义梭形柱坐标保证分段梭形柱对接安装角度,再精确定位支撑胎架位置和高度,保证梭形柱的安装精度和稳定性。针对超大跨度钢梁及桁架安装,通过分点定位、分段组拼、钢梁预起拱等方式,有效控制超大跨度钢梁与桁架的吊装变形,并做好吊机施工计划,确定每台吊机每天工作内容,划分作业区域和时段,每台吊机都配置两名人员,一人负责操作,一人负责监测,各专业使用吊机时由吊机指挥人员统一协调,有效地避免了因专业交叉施工造成的吊机作业冲突。
大运河博物馆工程建设过程中先后采取30余项绿色施工措施,重点推广应用“建筑业10项新技术”中的51个子项,自主攻关和创新10项新技术,凝聚了全体建设者的心血和汗水,彰显了北京城建的智慧和力量。