1、鑒定材料之三國家大劇院結構工程施工技術研究總結報告目 錄1 工程概況11.1 工程概況11.2 設計特點21.3 本工程需研究的技術難點22 項目研究背景33 項目研究的內容和技術創新點53.1項目研究內容53.2項目研究技術創新點214 施工技術研究成果及應用前景分析224.1 施工技術研究成果224.2成果應用前景分析225 經濟效益和社會效益分析235.1 經濟效益分析235.2 社會效益分析246 項目研究總結25國家大劇院結構工程施工技術研究總結報告1 工程概況1.1 工程概況國家大劇院工程位于天安門地區，東臨人民大會堂，與人民大會堂相距僅50米，北靠西長安街，與中南海新華門隔街相望

2、，地理位置特殊。國家大劇院工程是中國政府面向二十一世紀投資興建的大型文化設施，工程建成后將成為中國最高藝術表演中心以及具有世界一流水平的大型藝術殿堂。國家大劇院工程由橢圓穹形結構的主體建筑（202區）及南北兩側（201區、203區）的地下通道、車庫及其它附屬配套設施組成，總占地面積8萬余平方米，總建筑面積19萬平方米。202區中心主體建筑由建筑外部圍護結構和內部的歌劇院、戲劇院、音樂廳、小劇場、公共大廳及配套用房所組成。建筑外部圍護結構為鋼結構橢球殼體，平面投影橢圓東西向長軸長度212.20m，南北向短軸長度143.64m。國家大劇院工程占地面積11.89萬m2，總建筑面積19.4萬m2,由北

3、側地下停車場(201區)、南側設備及辦公用房(203區)及中心主體建筑(202區)三部分組成，北側地下停車場能容納951輛機動車和1420輛自行車，既作為國家大劇院的配套設施，又是天安門地區的公共設施。202區主體建筑外形為超橢球型殼體，座落于人工湖中央，建筑平面呈橢圓形，由戲劇院、歌劇院、音樂廳三大劇場以及公共劇務用房等組成。歌劇院主要演出歌劇、舞劇、芭蕾等，設有觀眾席位2416個。音樂廳主要演出交響樂、民族樂等，設有觀眾席位2017個。戲劇場主要演出話劇、京劇等地方戲劇，設有觀眾席位1040個。本工程建設單位為北京市、建設部、文化部等部門聯合組成的國家大劇院工程業主委員會，建筑設計方案由法

4、國巴黎機場公司設計，清華大學配合完成，設計師為法國著名建筑師保羅安德魯，施工圖的國內設計單位是北京市建筑設計研究院，施工單位由北京城建-香港建設-上海建工組成的總承包聯合體。工程于2001年12月13日正式開工，計劃2004年底竣工。1.2 設計特點國家大劇院工程202區中心主體建筑占地面積25500m2，大部分基礎埋深在-26.0m，歌劇院臺倉基礎埋深-32.5m，戲劇院臺倉基礎埋深-29.1m，音樂廳基礎埋深-27.0m，各種通道和入口也均設在地下。工程室內設計建筑標高0.00=44.75m，室外自然地坪標高為46.00m左右。202區主體建筑單層建筑面積約為3.5萬m2，總建筑面積15.

5、72萬m2，外圍護墻體周長達599米，為超大超寬結構。結構內曲線構建多，內、外墻體由多個曲面方程定位，如外圍護墻為超級橢圓曲面，內部戲劇院、歌劇院、音樂廳隔墻及樓梯為曲率半徑為0.12m100m的圓弧曲面，獨特的曲面構造為國內首見。工程主體結構形式為框架剪力墻結構，箱形基礎，鋼管混凝土柱、勁性柱和大截面梁等形成了大跨度、高凌空的空間，如歌劇院上部結構凈空高達62.6m。結構樓板厚度局部達800mm 1.6m厚；墻體高度變化大，最高達9.12m；墻體厚度為200mm900mm，局部墻體厚度達1.0m；梁跨度大，梁跨最長達26.0m、35.0m，其梁高分別為2.0m和3.2m。1.3 本工程需研究

6、的技術難點國家大劇院工程由于其特殊的地理位置和舉世矚目的影響力，總承包部在開工前就提出了“確保結構長城杯，爭創國優工程魯班 獎”的質量目標，制定了高于國家驗收規范標準的結構施工內控質量標準。工程結構形式復雜，質量標準高，給施工提出了較高要求。施工特點、難點主要體現在以下幾方面：1、該工程為全國最大的劇院，建筑形式復雜，設計裝修等級高。單層面積大，202區、203區單層面積共約4萬m2。平面呈超級橢圓狀布局，結構曲線墻體面積占墻體總面積70%以上，各種曲線都有，有圓曲線、橢圓曲線和2.2次方的超級橢圓曲線等。其中圓曲線半徑跨度大，半徑從0.2m201.35m，僅202區戲劇院、歌劇院、音樂廳和2

7、03區就有112種之多。弧形墻曲率半徑從0.12m至100m不等，曲線變化復雜，給測量定位、模板選型均帶來了較大困難。2、平面布置復雜，分界、分層不規則，基礎結構超長、超寬，不利于混凝土施工平面分區流水，對混凝土的施工質量提出了更高的要求；3、基礎埋設較深，基礎結構常年處在有高承壓水的中間，對不設防水層的地下混凝土底板和外墻結構的混凝土質量提出了更高的要求。4、結構上部有大跨度、大凌空高度、大截面混凝土梁板結構，且懸挑結構分布較多，工程特殊的結構型式對模板支撐體系提出了特殊的要求；5、三大劇場功能廳舞臺臺倉為高大空間，且該部位結構墻體錯綜復雜，最大高度為62.50m，對模板施工安全性提出較高要

8、求；6、施工場地相對狹小，垂直運輸能力緊張，給大規模模板施工組織帶來困難；針對上述具體情況我們對國家大劇院工程的地下、地上結構工程的混凝土技術和圓弧曲線模板技術以及復雜曲線測量技術進行了研究。2 項目研究背景隨著社會的進步，城市建設已經在迅猛發展，人們對城市建筑藝術效果的欣賞欲望變得越來越強烈。現代建筑不得不向縱深和殼體藝術方面發展，超長、超橢圓結構及復雜曲線測量控制定位技術以及異形多曲面弧形模板體系研究技術已成為國內外同行們共同面臨的新課題。地下空間的開發和利用給結構工程常年處在高承壓水中的混凝土帶來了新的難題，也成為當前工程界正在探索的重要課題。針對國家大劇院工程的特殊性、重要性以及超前衛

9、的設計構思，成功地解決好面臨的技術難題是本項目研究的目的，并為解決同類工程問題提供經驗和依據。1、國家大劇院工程所處地理環境位置的特殊性和重要性，要保證國家大劇院工程按質、按期、安全可靠的完成，選擇適合的控制測量技術是很關鍵的。所選擇的控制測量方式，要充分考慮場區地下管網復雜的現場限制條件，既能滿足基坑和結構工程施工簡便、工程成本低廉的要求，又能保證基坑和結構工程本身質量安全，其施工難度不僅在北京地區是空前的，而且在全國也是罕見的。原擬采用的以橢圓弧上的極座標點控制測量的方案，不論從施工現場的條件還是從測量人員的工作強度來看，都有很大的技術難度，還有不能滿足結構模板施工的精度要求，而且成本費用

10、高，可實施性較差。因此，需要我們進行進一步的方案設計和方案比選，確定工程成本、施工可操作性和安全的最佳平衡點，以確定可實施的最佳方案。2、異形多曲面墻體給模板支撐體系滿足結構工程達到清水混凝土的效果提出了較高要求。混凝土澆灌過程中的側壓力及易造成異形多曲面模板支撐體系的移位和脹模。又使得模板板面、龍骨及支撐體系的配制和控制以滿足其異形多曲面墻體曲率半徑、矢高及墻體垂直度成為圓弧結構墻體施工的技術難題。由于設計考慮圓弧結構墻體垂直度控制在1/1000以上且5mm，而且，由于大劇院結構墻體呈復雜的超橢圓形曲線，也給墻體的流水段劃分、施工縫的連接方式及墻體垂直度控制等增加了難度。另外，根據國內外的經

11、驗，對于我們常用的模板工法是以直代曲，本工程為復雜的不規則的超級橢圓方程，目前國內尚缺乏在這類復雜的不規則的超橢圓弧形曲線墻體的施工經驗。3、對常年處在高承壓水中又不做防水要求的混凝土結構工程，國內尚無類似條件下的成熟技術，在處于無承壓水條件下的混凝土結構工程，已經對混凝土的抗滲要求很高，國內工程需有少量工程在處于滯水層中的結構采用了剛性防水，基本上是頭年施工第二年堵漏，而且在混凝土里面加入的外加劑量相當大而且價格很高，像國家大劇院工程對處于高承壓水水頭達16.0m的混凝土自防水結構在國內還是頭一回。且并無絕對把握解決好高承壓水狀態下的混凝土滲漏問題。因此，混凝土的密實性問題是混凝土結構抗滲漏

12、施工技術的保證。所以，在高承壓水狀態下，針對不同的混凝土性能，成功實現地下結構自防水施工工藝具有較好的應用前景。圓弧結構工程施工，國內外并不少見，但像國家大劇院工程這樣大、多的超級橢圓方程曲線又相當的復雜，不僅在北京地區，在全國乃至世界上都是罕見的。經建設部科技信息研究所查新檢索國內外18個科技情報數據庫，查閱相關文獻22篇，均為圓弧曲線結構工程方面的文章，但其曲線數量多少的程度普遍小于國家大劇院工程超大型、多的超級橢圓方程曲線復雜的難度，所見報道的最多的結構曲線數量，也遠小于國家大劇院結構工程曲線的數量。而對常年處在高承壓水條件下的混凝土結構工程方面的文獻尚少見有類似技術報道。3 項目研究的

13、內容和技術創新點3.1項目研究內容復雜曲線測量技術研究1、確立大面積場區、施工周期長條件下的場區首級控制網。2、建立施工單層面積大、異型曲線多、標高變化大、沒有標準層、結構形式復雜條件下的建筑物控制方法。3、選擇高效、快速、準確的曲線數據計算、處理方法和檢驗較核方法。4、選擇滿足精度要求的測量儀器和現場放樣方法。A、研究途徑廣泛收集研究國內外大型工程的測量控制技術經驗及相關的曲線實體控制和放樣技術，從理論上研究曲線計算數學模型的建立和曲線計算方法，收集比較各種計算軟件，了解測量儀器的精度和發展狀況，以組織討論、現場測放比較和結合理論分析的形式確定控制方案、計算和放樣方法以及儀器的選用。B、測量

14、方案的設計1、測量控制網的設計場區控制的設計a、平面控制： 首級控制網形比選表3.1控制網形式優點缺點備注三角網、三邊網網形好，點位精度均勻受現場條件影響大，視線易受遮擋受儀器功能限制邊角網、多邊形網形好，點位精度均勻受現場條件影響大，視線易受遮擋導線網布設方便，施測靈活網形弱，點位誤差不均勻經過以上對比，為保證施測速度決定選取導線網，為保證質量，我們又對導線網的精度進行估計選定，如表3.2。導線網精度對比表3.2導線網形式導線網指標點位精度備注一級導線測角中誤差：5邊長相對中誤差：1/300004.1mm計算公式：二級導線測角中誤差：8邊長相對中誤差：1/200006.3mm三級導線測角中誤

15、差：12邊長相對中誤差：1/1000011.6mm經過對比選取二級導線，能完全滿足建筑物定位的絕對誤差要求，能進行局部放樣，精度易控制。b、高程控制：考慮到使用方便，高程控制網點的位置布設同現場導線控制網點的位置，經過精度對比，如表3.3，考慮到大劇院工程的重要性，精度應適當提高，結合這兩方面內容，現場首級標高控制按二等水準測量精度要求布設。高程控制網精度對比表3.3標高控制等級形式控制等級指標標高精度備注二等水準每公里全高中誤差2mm最弱點標高誤差0.6mm共測15站，邊長按100m考慮三等水準每公里全高中誤差6mm最弱點標高誤差1.7mm四等水準每公里全高中誤差10mm最弱點標高誤差2.8

16、mm建筑物控制網的設計a、平面控制：根據擬建建筑物的形狀和設計圖紙的坐標系的位置，將建筑物的控制布設成十字主控線，選擇建筑物的主軸軸、軸為十字主控線， 以十字主控線為大劇院建筑物控制的基礎，根據分部分項工程需要逐步建立各分部分項工程控制網。基樁位應盡量遠離沉降區。基礎施工準備階段地下連續墻的控制設計、定位用十字主控線為控制基線，放出其他的控制點，網形布設成中點多邊形。地連墻定位：根據曲線放樣中的地下連續墻的計算方法計算出地下連續墻槽段點的坐標。根據所布設的控制點，用極坐標法放出地下連續墻各槽段點（導墻墊層上）。導墻做完后，用相同的方法放出導墻50cm控制線，以檢查導墻施工的精度。 基礎結構施工

17、階段控制網的設計-12.5m以下結構的平面控制：根據建筑物主控線做成軸線方格網形式，為了作業面放線方便，邊長取35m左右，點位做在地下連續墻導墻的平臺上。-12.5m以上結構的平面控制：形式同上，為了放樣視線不受軸線上豎起鋼筋的遮擋，控制網做成了偏軸，點位做在0.00m基坑邊上。主體結構施工階段控制網的設計主體結構控制方案的比選表3.4測量控制方法適應范圍優點缺點備注內控法施工場地狹小，建筑物高度高，有標準層，各層間梁板變化小點位固定，投測精度高，影響誤差因素相對少受建筑物沉降影響，受現場施工干擾因素大，點的使用率較低，儀器不安全外控法施工場地相對開闊，建筑物高度較低，各層建筑設計變化大，無標

18、準層點位設置靈活，現場放線方便，受施工干擾因素小，使用率高，誤差積累因素多，測量環節較多要求人員儀器固定根據這兩種方法的優缺點并結合本工程的特點，決定選用外控法。用十字主控線為依據放出外控點。考慮到通視情況受現場各種因素干擾和向作業面放線方便，部分點位選在周圍已有建筑物上。在擬建建筑物首層和現場周圍分別布置成兩個閉合導線，南北連在一起。各點之間相對點位誤差不超過3mm。整個控制網點形成一個立體空間網，使用起來非常方便。b、高程控制設計基礎施工準備階段：開槽前，根據現場首級高程控制網向作業面導引標高。成槽后，從現場首級高程控制網向槽內導引標高，并附合到另一個已知點上。測點做在護坡樁、土釘墻或地下

19、連續墻上，間距70m。可作成半永久性標高控制點。考慮邊坡穩定情況，應定期復查各標高控制點。都按三等水準測量要求做。基礎結構施工階段：從槽壁上標高控制點向結構作業面導引標高，附合到另一控制點上進行檢核。在結構作業面上應測放出結構50線。拆模后每50米測定一控制標高，用紅漆標定清楚，并及時用墨線彈出建筑1m線，以備安裝和裝修控制。主體結構施工階段在首層結構拆模后，從首級標高控制點向結構內導引結構控制標高，每個流水段不少于3個點，隨著結構層數的增加，從電梯井、采光井、樓梯間等處用鋼尺往上傳遞標高。各層標高控制點均需用紅漆標定清楚。在結構作業面上放出結構50線，豎向結構拆模后彈出建筑1m線。作業前后所

20、測點都應閉合檢查，各流水段之間、各作業區之間必須相互校核檢查。2、現場主要放樣方法的確立放樣方法原理優缺點直角坐標法先放出截弧段的軸線平行線，然后在平行線上量出弧段上另一坐標值，放出弧段上一點，同理可放出其它點。受現場條件影響大，效率低，精度相對較低。但操作簡單。極坐標法將經緯儀或全站儀架在控制點上，后視另一控制點，輸入數據，定距定向放出弧段一點。同理，可放出其余點。靈活，放線覆蓋范圍較大，速度快。后方交會法可做臨時控制點用。架儀器于作業面上，照準兩個已知控制點，可測出測站點坐標。不方便。鋼尺交會法用兩已知點量距，交出第三點。小范圍內放樣，可提高效率，但需其他方法進行檢查。操作簡單，受現場條件

21、制約大，精度不高。經過以上優缺點的對比，最后，現場放線主要采用極坐標全站儀法，條件限制可用其他方法補充。3、全站議的選用全站議儀器精度點位精度備注測角測距現場放樣邊長按最大估算300m11+1PPm1.9mm22+2PPm3.9mm23+2PPm4.6mm建筑物的相對精度要求非常高，是測量放線控制的關鍵。規范要求細部點精度要求為5mm，考慮到還有其他誤差的影響，決定選用精度：2+2PPm的全站儀進行現場大量放線，用1+1PPm進行局部控制點的測設和檢查驗收。C、實施效果國家大劇院工程是一個極其復雜的工程，但是在全體測量人員的不懈努力下，工程土建結構主體完成，控制點精度控制在5mm之內，細部點控

22、制在7mm之內，各層標高控制精度3mm之內，全高標高累計精度不超過5mm，滿足規范要求。3.1.2 異形模板支撐體系技術研究A、研究內容1、弧墻曲率段劃分及不同弧段模板方案的設計研究2、可調曲率弧形模板背部緊伸器設計研究3、弧墻模板體系活動角模設計研究4、弧墻曲率調節及現場檢測控制方法5、弧墻模板體系受力分析B、研究路線1、廣泛收集國內外弧形墻體、雙曲面樓板、弧形樓梯及其他異形構件的設計施工方案；明確異形模板計劃達到各項經濟技術指標、質量目標及混凝土成型效果，以觀摩比選、理論計算及專家論證會等多種形式初步確定各類異形構件模板設計方案。2、對初步選定的方案及所使用的面板、支撐構件性能進行針對性現

23、場試驗3、按既定的方案組織實施，加強異形模板支設及混凝土成型質量的檢測，不斷進行模板節點優化。C、設計方案1、弧墻曲率段劃分及不同弧段模板方案的設計研究設計方案比選設計方案性能應用以直代曲方案本方案通用性較好，加工和應用簡單。但模板寬度直接制約了所能支設弧墻的曲率半徑部分隱蔽部位的大曲率弧形墻體可予以采用以節省模板投入。定型曲率鋼模板適用于曲率半徑小的墻體，周轉性差曲率半徑小于3m的弧形墻體曲率可調模板體系工藝復雜，周轉性好對曲率半徑大于3m的弧形墻采用可調式弧形模板體系。2、可調曲率弧形模板背部緊伸器設計研究項目試驗階段，在現場用三種模板體系分別支設了曲率半徑R=25m、高3.5m、寬3.6

24、m的弧形墻體，對混凝土成型質量效果、各項經濟技術指標進行了比較：NO.構造簡圖適用范圍成型效果操作性周轉性造價方案一R3m不太理想不太方便較差較低方案二R3m成型效果良好迅捷、方便可周轉812次較高方案三R25m成型效果良好迅捷、方便可周轉710次較低最終確定方案二為曲率半徑3mR25m弧形墻體模板施工體系；方案三為曲率半徑R25m弧形墻體模板施工體系。3、弧墻模板體系活動角模設計研究本工程弧形墻體夾角以非直角居多，各劇場、各樓層差異很大，且存在不同體系弧形模板間相互連接問題。加工定型鋼角模不能適應這種結構形式，且利用率低，造價高。為此我們與專業廠家共同設計研制了鋼制活動角模。活動角模由6mm

25、厚鋼面板、100x 63x 6角鋼背肋和4芯軸等配件組成。可調角度43-135。活動角模與墻體模板的連接統一采用邊肋角鋼，邊肋角鋼螺栓孔大小及分布情況均保持一致。4、弧墻曲率調節及現場檢測控制方法模板曲率是通過調節可伸縮絲桿的長度（或背楔的厚度），改變木梁間的相對角度（面板與主龍骨間的間距），使面板彎曲而形成的。弧墻模板調節工序在模板進入工作面之前必須完成，避免在工作面上調節，減少人為因素對板面弧度的影響。由于調節器內部螺旋絲扣具有沿水平方向的自鎖性，使得模板在調節完弧度進入作業面及操作過程中，板面弧度不會改變。5、弧形墻體模板設計方案（1）曲率半徑R25m的弧形墻體曲率半徑R25m弧形墻體以

26、18mm厚木質膠合板（24401220mm）作為模板面板基本單元；100200mm木工字梁250mm、10# 雙槽鋼900mm組成縱橫背楞；模板標準尺寸為24403660mm、24401220mm、24402440mm等，通過接高達到墻體澆筑理想高度。在模板背面木工字梁和槽鋼背楞間加設不同厚度的楔形木墊塊，使模板板面呈要求的弧度，以此達到模板曲率調節的目的。以曲率半徑25米、弧長2440mm的圓弧內模為例，各楔形木墊塊的厚度由中間向兩邊依次為22mm、19mm、16mm等。（2）曲率半徑3mR25m的弧形墻體對于曲率半徑3mR25m的弧線墻體，主要采用曲線可調模板體系：該體系通過改變模板后部緊

27、伸器的行程可靈活、迅捷地調節模板曲率半徑，周轉性極強。其面板基本單元、主次龍骨規格及間距均同于R25m弧形墻體模板，標準板高度規格分為1.22m、2.44m、3.66m三種，通過接高達到墻體澆筑理想高度。（3）曲率半徑R3m的弧形墻體采用全鋼定型曲率大模板：面板及橫、豎肋均采用6mm厚鋼板加工（縱、橫肋點焊固定于面板上）；采用M22穿墻螺栓，按900900mm間距布置。6、其他曲線模板設計方案（1）內置型鋼圓柱模板內置型鋼圓柱模板統一采用無胎平板玻璃鋼模板（用不飽和聚脂樹脂作膠結材料，耐堿玻璃纖維布作骨架逐層粘裹而成），板厚3mm。在模板接口處，豎向垂直于柱身折出“L”形翻邊，在翻邊中心開孔，

28、用M10螺栓200緊固，通長角鋼做螺栓墊片。其成型是根據流體力學的基本原理：對于具有一定韌性的封閉勻質體，其在受到來自內部的液體脹力的作用下，模板截面內部會受到大小相等的法向拉應力，在液態脹力的作用下，材料本身必定會脹成標準的圓形柱面形狀。為保證模板的自由膨脹，模板通長范圍內不設柱箍。用8鋼絲拉筋直接拽拉主筋，通過花藍螺栓調節模板的垂直度，鋼絲拉筋為四個方向對拉，其交點在圓心上。在加工模板時應考慮模板在承受側壓力后，模板的橫斷面會膨脹，膨脹率根據試驗確定為2。所以，模板的直徑比圓柱的直徑小2。（2）異形橢圓柱模板異形橢圓柱模板采用全鋼定型模板，模板的面板及筋板均為4mm厚鋼板，法蘭板選用8mm

29、厚鋼板。法蘭封口處用M12螺栓緊固，并在封口處加設密封條，以防止漏漿，以獨立（連墻）橢圓柱模板為例橢圓柱、連墻圓柱模板單節高度統一設計為1.2m，便于墻、柱一體的支撐設計和墻、柱模板的連接，保證墻、柱連接處的清水效果。橢圓柱、連墻圓柱模板自重輕，滿足整體吊裝和盲區的單節人工裝拆。（3）雙曲面樓板模板三大功能廳不同樓層看臺座椅下樓板多為雙曲面構件，曲率參數各不相同，總投影面積約為1690m2。由于雙曲面樓板曲率較小，且不規則，決定采用以平面代替曲面的模板施工方案：即用多塊木質膠合板連續拼接，控制各平板角點標高，使之接近雙曲面板底各相應點位置，以此代替雙曲面板的整體設計形狀。（4）曲線樓梯模板曲線

30、樓梯底面、側面均呈弧形，其模板面板采用15mm厚木質膠合板，按照1：1比例場外放樣加工制作；板底次龍骨采用50100mm方木250mm，沿踏步橫向布置；主龍骨用48鋼管按樓梯設計弧度彎曲成型，沿踏步垂向布置；支撐采用48鋼管穿踏步板布置（預埋55塑料套管），沿踏步垂向、縱向間距分別為600mm、1200mm。D、方案實施效果通過工程實際應用，模板設計所選擇的各類異形模板強度和剛度均達到了設計和規范要求。經現場實測實量：所有弧形墻體、圓柱、異形橢圓柱模板矢高、水平位移及垂直度均控制在3mm以內；所有雙曲面樓板、弧形梁、弧形樓梯模板測點標高均控制在+2-5mm間，模板矢高均控制在3mm以內。各異形

31、構件成型后混凝土截面尺寸均未超出5mm范圍、豎向構件垂直度及軸線偏差均控制在5mm以內；水平構件測點標高均控制在5mm間。混凝土構件外美內實，所形成的曲線圓滑、流暢、弧度準確；所形成的夾角規矩、角度精確；無漏漿、跑模、漲模、夾渣、蜂窩等質量缺陷。模板分項工程質量合格率達到100%，優良率達到了92.7%。本工程經北京市結構“長城杯”專家組兩次檢查，市質協領導復查，受到一致好評，成為創金杯候選工程。同時也得到了市質量監督站、監理及業主的充分肯定。3.1.3大體積底板及超長外墻混凝土自防水技術研究A、研究內容為了能夠有效的控制混凝土的裂縫以實現混凝土自身的良好自防水效果，我們對于混凝土的自防水施工

32、技術研究，主要從以下幾方面展開:1、從混凝土的原材料入手，通過試驗論證、優化混凝土配合比設計，改善混凝土自身的抗裂縫性能。2、分析、論證施工縫、后澆帶的處理方法，實現防水薄弱環節的改良。3、合理確定混凝土施工的組織、運輸、澆筑與養護等工藝，實現設計目標。4、通過工程質量評價以及工程應用的實際效果來檢驗技術研究的成果。B、技術路線纖維抗滲防裂混凝土研究的技術路線是：先將水泥、外加劑、摻合料、纖維對混凝土收縮的影響進行試驗，從中選出強度等級和工作性能相通、收縮值最低、抗拉強度和抗折強度最高的單因素配比，然后進行方案優化選擇出最合理的配比，經檢測各項主要力學性能指標滿足設計要求后再應用于實際工程。C

33、、技術方案為了得到最優的研究結果，我們采用單因素試驗方法優選，然后將各種因素綜合考慮，得到最佳配比。D、試驗方案及結論1、各種原材料對纖維抗滲防裂混凝土收縮性能的影響各種原材料對混凝土的使用功能、耐久性指標等均會產生直接影響。因此通過大量的試驗，優選出混凝土原材料及纖維的最佳摻量，是本研究的關鍵。2、水泥品種對纖維抗滲防裂混凝土收縮性能的影響我們分別使用普通硅酸鹽水泥（PO）、礦渣硅酸鹽水泥（PS）、粉煤灰硅酸鹽水泥（PF）、火山灰質硅酸鹽水泥（PP）采用同一種配合比配制混凝土，通過對收縮性能的對比優選出收縮較小的水泥品種用于本研究。通過實驗數據可知，無論是采用標準養護還是干燥環境下條件，采用

34、粉煤灰水泥和礦渣水泥的收縮值差別不大，火山灰質硅酸鹽水泥有明顯的收縮，普通水泥收縮值則較小。因此優先選用普通水泥。3、膨脹劑對混凝土收縮的影響采用膨脹劑可以提高混凝土在潮濕環境下的抗滲防裂能力。因此配制纖維抗滲防裂混凝土膨脹劑的最佳摻量我們進行了試驗。由試驗數據可知，干燥環境下混凝土收縮明顯比在標養條件養護下混凝土的收縮大。因此可以得出這樣的結論：對處于潮濕環境中的混凝土采用膨脹劑可以起到膨脹補償收縮，防滲抗裂的作用，且從隨著摻量的增加，膨脹值增大，且穩定性較好，其最佳的摻量為8%10%，而對于干燥環境中的混凝土則剛好相反，混凝土的收縮特別明顯，因此潮濕環境中工作的混凝土配制時選擇膨脹劑8%1

35、0%的摻量混凝土的剛性防水效果最優。4、防水劑對混凝土收縮的影響為了選擇合理的防水劑（FS）的摻量，以便找到最適合于工程應用的防水劑摻量。通過實驗數據可知，在兩種條件下，隨著防水劑摻量的增加，收縮值逐漸變小，超過2.5%后收縮值基本不變，因此我們認為摻加2.5%的防水劑，對于配制纖維防裂混凝土具有較理想的效果，使這種適應性很強的剛性防裂措施發揮作用。5、摻合料品種及摻量對混凝土收縮的影響為了滿足不同的施工需要，我們對礦渣粉、粉煤灰和復合摻合料三種材料對混凝土的收縮影響進行了試驗。通過實驗數據可知，當礦粉摻量隨著摻量的增加先由大變小后又有所增加，25%的摻量是轉折點，因此選擇20%30%的摻量比

36、較理想；用粉煤灰配制的混凝土其也有類似的規律，因此粉煤灰的摻量宜控制在15%40%； FK為礦粉與粉煤灰復合的產品，當FK摻量由20%50%變化時，混凝土的收縮值由大變小，當摻量超過40%時，混凝土在FK40%50%的范圍內收縮值趨于穩定，因此我們在配制防滲抗裂混凝土時，其摻量應在40%50%。6、纖維的選擇在現有試驗的基礎上，我們采用固定的混凝土配比，通過改變纖維品種和摻量來研究混凝土的主要力學性能的變化情況。本項目采用的纖維有玻璃纖維，聚丙烯纖維和鋼纖維。經過對以上三種抗滲防裂混凝土的實驗數據可知，抗堿玻璃纖維由于存在纖維較長，混凝土和易性差，攪拌不易均勻等缺陷；鋼纖維的價格昂貴，且在使用

37、剛度較大的纖維時，攪拌不方便，操作也很困難；而聚丙烯纖維由于其配制的混凝土和易性好，抗拉、抗折強度明顯提高，價格適中，防裂抗滲性能均勻穩定，而且對耐久性有明顯的改善，故在本研究中優選此種纖維來配制抗裂混凝土。7、聚丙烯纖維抗滲防裂混凝土性能檢測根據以上試驗結果，我們采用聚丙烯纖維制作了一批砂漿及C30、C50混凝土試樣送國家建筑材料測試中心、中國水利水電科學研究院工程檢測中心、國家建材局水泥基材料科學重點實驗室和北京市建設工程質量檢測中心第三檢測所，對摻加聚丙烯的纖維抗裂砂漿混凝土的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、極限拉伸等力學性能以及收縮性能、耐久性能和混凝土的亞微觀結構進行了檢測。（1）力學

38、性能從試驗數據可以看出，纖維混凝土比空白混凝土的抗拉強度和彈性模量增加10%以上，極限拉伸也有所增加，表明摻加纖維后混凝土的抗拉防裂性能有了明顯增加。（2）混凝土的收縮從試驗數據可以看出，纖維混凝土比空白混凝土的干縮減小10%左右。這增加了混凝土抗收縮裂縫的能力。（3）混凝土的耐久性由試驗數據可知聚丙烯纖維抗滲防裂混凝土的抗凍性能優于普通混凝土的抗凍性能。（4）混凝土的亞微觀結構可以看出，纖維混凝土28天C30的孔隙率為21%，而C50為17%，孔隙率隨著水灰比的減小而減小；隨著齡期的增加，混凝土的孔隙率變小。纖維混凝土孔徑分布中100nm的孔一般在5%以下，而一般認為100nm的孔為有害孔，

39、50nm的孔為無害孔，因此纖維混凝土的孔結構比較合理，這也是它的優良性能的內在原因。從SEM照片可以看出，纖維在混凝土不規則的亂向分布形成大量微配筋，吸收了混凝土的內應力；從纖維表面較多的水泥水化產物也說明了纖維與水泥膠體之間的粘結效果好；纖維在承擔剪切應力時其表面多發生蠕變變形，提高了混凝土的剪切強度。E、施工技術措施國家大劇院工程基礎底板屬于大體積混凝土，考慮到混凝土會由溫度收縮應力引起混凝土裂縫，設計上采用了留置后澆帶的方法來釋放溫度應力，同時為保證混凝土剛性防水的效果，在施工縫位置采用加設膨脹止水條，來達到施工縫防水。混凝土外墻連續長度560m，為防止溫度裂縫的出現，除與底板相應位置設

40、后澆帶外，另設若干施工縫。1、后澆帶設置基礎底板平面形式為橢圓形，其中長軸212.2m，短軸143.6m。根據我國現行鋼筋混凝土結構設計規范（GBJ10-89），現澆鋼筋混凝土連續式結構，處于室內和土中條件下的伸縮縫間距為55m的規定，并結合大劇院底板結構形式，考慮到底板混凝土剛性自防水的特點，在平面上共布置五條后澆帶，將底板分成六大施工區域，即T1、T2、O1、O2、C1、C2區。同時外墻也在后澆帶位置斷開。同時，考慮到底板的防水效果，保證國家大劇院工程的施工質量，將后澆帶設計成階形凹槽形式。后澆帶采用提高一個強度等級的微膨脹抗滲混凝土，在結構0.00m樓板施工完畢后統一進行澆筑。2、膨脹止

41、水條的使用（1）防水施工方法比較a、止水鋼板防水止水鋼板這種防水做法在工程實際應用當中用的比較多，止水鋼板只是起到一個隔水的作用而并不能完全而起到防水的作用，所以，在眾多的工程實際應用中，止水鋼板防水的這種防水施工效果還不是很理想。如果在大劇院工程采取這種防水做法，勢必會影響工程的整體防水效果。b、止水條防水止水條防水施工是目前應用比較廣泛，并且也被工程實踐證明是一種比較新型有效的防水施工工法。綜合比較國內外止水條的性能以及價格，我們選定了比利時DENEEF公司生產的遇水膨脹止水條（SJ止水條）。因為國內生產的止水條雖然價格便宜，但是其防水性能卻不盡人意，而DENEEF公司生產的止水條雖然價格

42、較貴，但是其防水性能卻非常理想，考慮到國家大劇院工程的重要性，所以所以選擇了比利時進口的止水條。（2）止水條施工止水條采用比利時DENEEF公司生產的遇水膨脹止水條（SJ止水條），它的規格為257mm，膨脹率600%，它除了膨脹率高還有一個顯著特點，就是遇水膨脹，水去收縮。安裝止水條要求基面干燥、平整，用射釘將止水條固定在平整的混凝土表面，射釘間距25cm。但當基面不平時，應使用SM膠（SM膠與止水條同種材料）將表面找平，然后把止水條粘在膠表面。施工過程中要避免止水條提前遇水。3、豎向墻體施工縫的留置為降低外墻混凝土收縮裂縫出現的可能性，外墻一次澆筑長度不得超過40m。在外墻560m周長范圍內

43、同底板共設置6條后澆帶（為平口方式，與底板后澆帶貫通），14道豎向施工縫。混凝土施工工藝通過對混凝土性能的調整，提高了混凝土的防水能力，但是，要發揮好混凝土的防水性能，加強對混凝土施工工藝的控制也顯得尤為重要。對于混凝土施工過程的控制，重點就是合理的安排組織施工以及做好混凝土的振搗、保溫和養護工作，以保證混凝土的澆筑質量，使得自防水混凝土的防水效果能夠得到最佳的發揮。F、施工準備國家大劇院工程地處人民大會堂西側、長安街北側，其地理位置的的重要性給混凝土的組織運輸帶來了一定的困難。大劇院的預拌混凝土由城建集團混凝土預拌單位統一供應。施工現場根據施工部位及現場平面布置圖劃定混凝土進出廠路線并設專人

44、指揮，確定混凝土拖式泵（汽車泵）位置及泵管布置，確保混凝土澆筑連續不間斷。同時安排施工現場準備混凝土保溫所需的材料設備。1、混凝土的運輸混凝土全部采用商品混凝土，由混凝土專用運輸車運至澆筑現場。為保證混凝土澆筑連續不間斷，每臺泵車均保證由足夠的混凝土運輸車供應。施工現場設混凝土拖式泵，以保證混凝土垂直和水平運輸。為方便施工，每臺混凝土拖式泵配備一臺布料桿，工作半徑15m。2、混凝土的澆筑基礎底板被后澆帶劃分為6個施工段，各段混凝土必須連續澆筑，不得留置施工縫。基礎底板混凝土按自然流淌坡度（1：5左右）采取斜面分層方式進行澆筑，每層澆筑厚度50cm，分兩次澆完。澆筑過程中盡量充分將混凝土暴露，以

45、利于降低混凝土的內部溫度。計算上下層混凝土澆筑的咬合時間間隔，在混凝土澆筑時控制好混凝土的間隔時間，以防止出現施工冷縫。同時，在混凝土的澆筑過程中，還加強對混凝土的振搗。混凝土澆筑過程中所產生的泌水要及時進行處理，以避免由于粗骨料下沉，表面水泥漿過厚而影響混凝土表面強度，并因此而產生收縮裂縫。控制混凝土的入模溫度不得低于6。3、混凝土養護底板混凝土的養護通過混凝土熱工計算，覆蓋一層塑料薄膜和雙層草簾，為防止混凝土表面失水過快，在混凝土澆筑完畢后，先覆蓋一層塑料布做保水之用。墻體混凝土澆筑完畢后，覆蓋雙層阻燃草簾。支撐間先豎向掛滿草簾，再在支撐處多鋪一層。拆完模板以后，先于墻體表面覆蓋一層塑料布

46、，再加蓋一層草簾。混凝土的保溫養護時間不少于14天。4、混凝土溫度控制底板大體積混凝土在養護期間必須嚴格控制其內外溫差，確保不出現有害裂縫，以保證混凝土的質量。控制指標：a、混凝土內外溫差不得大于25。b、混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應大于25。混凝土養護溫度的測定從混凝土入模開始，直至達到受凍臨界強度拆除保溫，或混凝土溫度降到0為止，至少每隔6h測量一次。摻防凍劑的混凝土在強度未達到受凍臨界強度前每隔2h測量一次，達到受凍臨界強度以后每隔6h測量一次。G、實施效果經過對自防水混凝土的施工技術研究，并且通過國家大劇院工程的實際應用，證明本次研究對于工程質量的影響非常顯著。混凝土供應期間混凝

47、土的工作性能良好，坍落度穩定，泵送效果良好，28天標準養護強度達設計強度的115%以上，拆模后混凝土表觀質量好。大劇院地下室底板及外墻到目前為止幾乎沒有發生過地下水滲漏現象。3.2項目研究技術創新點隨著工程的進度，根據現場情況，分階段建立施工控制網的措施3.2.2圖形曲線數據計算的研究3.2.3弧形墻體模板、內置型鋼圓柱模板、異形橢圓柱模板、雙曲面樓板模板、曲線樓梯模板設計方案的研究纖維抗滲防裂混凝土研究4 施工技術研究成果及應用前景分析4.1 施工技術研究成果 復雜曲線測量技術研究（1）控制網的建立突破常規思維，隨著工程的進度，根據現場情況，分階段建立施工控制網使現場放樣的速度及精度大為提高

48、。（2）實現了內業計算程序化，曲線實體放樣的數字化。（3）研究總結出了一套科學實用的工程曲線放樣方法，創建了大型總承包工程的測量控制體系和相應的管理模式，并對全站儀的工程應用進行了積極的探索。4.1.2異型模板及支撐體系技術研究（1）在現場試驗和技術改進的前提下，首次將平板玻璃模板大量應用于內置型鋼的圓柱，為該項新技術進一步開發和推廣提供了經驗。（2）超常規雙曲面樓板模架的設計及成功實踐為大面積水平異形構件模架體系研究提供了一條新的思路。（3）針對不同曲率弧形墻體設計出與之相適應的模板施工方案。大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工技術研究采用纖維抗滲防裂混凝土及相關防水技術實現了大體積底板及超

49、長外墻混凝土結構自防水的效果，為今后類似的施工提供了成功有效的經驗，同時也為今后進一步開展混凝土自防水領域的研究奠定了堅實的基礎。4.2成果應用前景分析4.2.1復雜曲線測量技術研究隨著城市建設的蓬勃發展，建筑物結構形式愈加復雜。這對測量技術的要求也隨之提高。對國家大劇院測量技術的研究，包括對測量控制網的研究、對數學模型的研究、對新型測量儀器的研究為今后復雜測量施工打下了堅實的基礎。4.2.2異型模板及支撐體系技術研究隨著國民經濟的穩健發展，展現個性化、風格化造型設計的大型公共建筑與日俱增，為保證建筑物使用功能及滿足視覺、聽覺效果要求，其構件設計呈由方形向圓弧形、異形曲線形發展趨勢。國家大劇院

50、建筑設計具有顯著的上述特征，對異型模板及支撐體系技術的研究對今后類似施工有很大的借鑒和指導意義。4.2.3大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工技術研究隨著施工技術的發展和新材料的應用,在當代建筑施工中,混凝土應用技術與施工工藝已有很大的提高與改進,但混凝土裂縫現象和滲漏問題依舊困擾著設計、施工與用戶。尤其是在地下室結構底板和外墻部位，或多或少都存在著混凝土結構裂縫和滲水現象,嚴重影響了結構的使用功能、使用壽命和安全性。對大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工技術的研究有助于解決混凝土裂縫問題。5 經濟效益和社會效益分析5.1 經濟效益分析 復雜曲線測量技術研究（1）在內業計算上我們采用自主編制的

51、針對性程序，與傳統手工計算相比大大提高了計算效率、質量。（2）在外業測放上我們針對國家大劇院工程的結構特點，采用了先進的全站儀，與傳統測放儀器相比效率、質量高且受現場障礙影響小。（3）從以上對比可以看出新技術主要節約了工期，進而間接節約了機械、材料租賃費，工作人員工資等。（4）由于我們針對國家大劇院這種超大規模弧形結構工程的特點采用了針對性的內、外業方案，直接節約工期約25+30=55天，間接為本工程節約成本407.5+489=896.5萬元人民幣。因此我們可以看到我們采用的高效測量內外業措施不僅為工程按時完工打下了堅實的基礎，并且為工程的成本控制做出了重大貢獻！5.1.2異型模板及支撐體系技

52、術研究工程共使用背部緊伸式可調曲率模板4010m2，背楔式可調曲率模板3850m2，玻璃鋼圓柱模板300m2，鋼制活動角模1140個。在以直代曲方案無法保證施工精度及工期要求的前提下，同定型鋼模板作經濟技術對比，經綜合成本分析，異形模板累計節約資金達395.69萬元，且大部分模板及支撐體系經改造后可繼續應用于其他工程。5.1.3大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工技術研究纖維抗滲防裂混凝土采用國產改性聚丙烯纖維，它比國外同種纖維具有分散性能好，價格低等優勢，單方混凝土造價比基準混凝土增加32元，與摻加膨脹劑或防水劑的混凝土造價基本接近，不須額外增加費用。但防裂效果、適用范圍明顯改善和增加，施工

53、養護中可節省人工費35元/m3，因此具有明顯的技術經濟效益。5.2 社會效益分析5.2.1復雜曲線測量技術研究對國家大劇院復雜曲線測量技術的研究，使我們總結出了一套科學實用的工程曲線放樣方法，使我們能夠針對不同的實際情況靈活運用先進的測量技術，使我們能夠將高新科技運用到測量施工中。5.2.2異型模板及支撐體系技術研究（1）研究、總結出一整套適用于大型劇場工程施工的異形模板施工技術，對今后類似工程具有廣泛的、可靠的指導作用和參考價值。（2）加速國外先進技術的引進、吸收，使之國產化，從而為降低異形構件模架施工成本提供了可以借鑒的經驗。5.2.3大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工技術研究通過該項研

54、究，不但為我們今后類似的施工提供了成功有效的經驗，同時也為我們今后進一步開展混凝土自防水領域的研究奠定了堅實的基礎。國產改性聚丙烯纖維在纖維抗滲防裂混凝土中的成功應用，體現了國產化道路的優勢所在。6 項目研究總結國家大劇院結構工程施工技術研究自2000年4月開始立項、組織實施研究以來，經過多種方案的比選、確定，并經多次專家論證會進行論證、完善，確定了最優的測量控制方案、異形多曲面模板支撐體系方案、大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工方案。經過現場進行測量放線、異形多曲面模板支撐體系、特種混凝土的試驗，確定適合施工現場的施工儀器設備和合理施工工藝方法，進行了實際工程的實施。經過現場進行測量放線、異形多曲面模板支撐體系、特種混凝土的試驗，確定適合施工現場的施工儀器設備和合理施工工藝方法，進行了實際工程的實施。保證了放樣的精確性，混凝土曲線構件的成型質量以及混凝土外墻及底板的抗滲性。可以看出，通過對國家大劇院結構工程施工技術研究成果的成功應用，使和結構工程施工得以順利實施，保證了周圍重要建（構）筑物的安全及質量，填補了國內在復雜曲線測量技術研究、異型模板及支撐體系技術研究、大體積底板及超長外墻混凝土自防水施工技術研究等方面的空白，形成了一整套該種場區條件下成熟的施工工藝，使中國在該項施工技術方面能夠達到國外同行的先進水平。由此可見國家大劇院結構工程施工技術的研究是成功的，效果是顯著的。