給“奧運(yùn)之鳥”安個家——記國家體育場“鳥巢”混凝土結(jié)構(gòu)工程施工

    當(dāng)春天的腳步悄悄降臨大地時，鳥兒們結(jié)伴飛回北方，重新筑起自己的鳥巢。當(dāng)鳥兒們忙得不亦樂乎的時候，一個更大的“鳥巢”也在緊張施工，它就是2008年北京奧運(yùn)會建設(shè)項目的旗艦工程——國家體育場?；蛟S是因為它的外形酷似鳥巢，人們也親切地稱它“鳥巢”。
    有人說，血燕的巢是由海藻、貝殼和著自己吐出的鮮血做成的。將設(shè)計大師圖紙上的線條變成現(xiàn)實，負(fù)責(zé)國家體育場修建的工程技術(shù)人員們也正像是一只只血燕，嘔心瀝血，筑造著這只巨大的“鳥巢”。


承載：“鳥巢”承受之重


    2006年9月17日，這一天是“鳥巢”的生日。從臨時搭建的78個支撐塔架完全撤離“鳥巢”的那一瞬間開始，“鳥巢”由被外力支撐的狀態(tài)，變成完全靠自身結(jié)構(gòu)支撐，這就是全世界關(guān)注的“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)卸載。
    熟悉建筑結(jié)構(gòu)的人可能都會知道，有“卸載”就有“承載”。如果把“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)工程看做是一棵大樹的樹枝和樹干，離開外力支撐，整體卸載后這4.2萬噸“樹枝和樹干”之所以能夠紋絲不動，除了其自身良好的整體性之外，與承載其重量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)“樹根”始終堅如磐石，密不可分。試想如果鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐撤除后，任何一個支撐其重量的鋼筋混凝土承臺或斜柱發(fā)生位移，其后果不堪設(shè)想。而要想把這一龐大的鋼筋混凝土“樹根”鑄造得堅如磐石，甚至比磐石還要堅固，其難度同樣可想而知。
    在“承載”的建造者中，北京城建建設(shè)工程有限公司承擔(dān)了其中最難的工程。北京城建建設(shè)工程有限公司總工程師楊軍霞介紹說：“我們所承擔(dān)的工程包括體育場的核心工程——B2區(qū)。這個區(qū)域包括了主席臺，所以位置相當(dāng)重要，同時這部分工程的地下基礎(chǔ)也最深、地上檐高最高、施工難度最大?！?
    “鳥巢”工程超前的設(shè)計理念和奇特的結(jié)構(gòu)形式給施工造成了罕見的難度。在國際上沒有現(xiàn)成的參考方案，只有依靠自己的科技創(chuàng)新獨立解決。正如北京市2008工程建設(shè)指揮部顧問萬嗣銓所說：“奧運(yùn)場館的原始創(chuàng)意雖然大多來自中外聯(lián)合設(shè)計，但他們只給了我們一份初步設(shè)計。從完善設(shè)計方案、進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算、再到形成創(chuàng)新的施工工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所有方面都主要是中國人自主完成的?！薄霸儆驳墓穷^也要敲碎它！”建設(shè)公司的設(shè)計施工人員牢牢抓住了科技這把“金鑰匙”，攻克了一道道施工難關(guān)。


斜柱： 交織的美


    “鳥巢”的外罩由不規(guī)則的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件編織而成，里面的混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相互獨立，建筑師在混凝土看臺和鋼結(jié)構(gòu)外罩之間的空間里，設(shè)計了很多傾斜的混凝土柱子來支撐整個建筑。124根鋼管柱、228根斜梁、600多根斜柱、112根Y型柱與空間曲形環(huán)梁相互交織。如何既保證這些混凝土柱子的結(jié)構(gòu)要求，又能不影響“鳥巢”的整體美觀？ 
    幾經(jīng)論證，一個兩全其美的方案誕生了。先像其他混凝土結(jié)構(gòu)一樣綁扎好鋼筋籠，然后再從上面一節(jié)一節(jié)套上方鋼管，鋼管連接好后再在鋼管里澆筑混凝土，形成與鋼管一體的混凝土柱。這樣一來看不到混凝土柱，既安全又美觀，卻加大了施工難度。 
    邊長一米的方鋼管被連接成120多根長短不同、傾斜角度多樣的鋼柱，70%以上都是雙斜柱，一根柱子在垂直面上扭轉(zhuǎn)兩次。最高的鋼柱全長21米，橫跨體育場一至四層，最傾斜的鋼柱和地面的夾角達(dá)到59度，鋼柱的最大自轉(zhuǎn)角度超過45度……要在這些高大傾斜看似雜亂的異型鋼管里澆筑混凝土，已經(jīng)是個不小的挑戰(zhàn)，何況鋼管內(nèi)部還密布著鋼筋網(wǎng)格，縱向排列著32根鋼筋，橫向每十厘米一排密集的箍筋。這樣密密麻麻的鋼筋網(wǎng)，最多只能伸進(jìn)三根手指，要按照傳統(tǒng)做法，通過振搗棒振搗密實混凝土，談何容易。
    起初，工程建設(shè)者只能試著從上口往鋼管里澆筑，每天從早到晚只能澆筑四五米，照這樣的速度勢必影響工期?！拔覀兘?jīng)過自主研究，提出了一個新方案：采用高流態(tài)自密實混凝土，采取高壓頂升、從鋼管底部注入混凝土，由底向上頂升逐步填充?！睏钴娤颊f，“這是一個從來沒有人用過的方法，我們算得上是第一個吃螃蟹的人，但結(jié)果卻非常理想。頂升混凝土不僅提高工效一倍多，而且質(zhì)量好，比預(yù)定的工期縮短了兩個月零兩天。”
    這項自主創(chuàng)新的工藝被命名為“超高矩形鋼管永久模板鋼筋混凝土斜扭柱施工工藝”，已經(jīng)正式向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請發(fā)明專利。


承臺：穩(wěn)重的美


    根據(jù)設(shè)計要求，“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)的重量主要由24個大承臺承擔(dān)，承臺的建筑質(zhì)量直接關(guān)系到整個鋼結(jié)構(gòu)是否牢固。
    了解混凝土施工的人都明白，混凝土在拌和以后，由于化學(xué)反應(yīng)等因素，其內(nèi)部會產(chǎn)生大量的熱量。像“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)承臺這樣體積龐大的構(gòu)件，即使采取分步施工的方法，其內(nèi)部仍然會產(chǎn)生大量的熱量?；炷猎跐沧⑼瓿梢院?，由于其內(nèi)部的熱量不能及時排出，溫度將持續(xù)保持最高可達(dá)90℃。由于施工時正值寒冬季節(jié)，如果不采取相應(yīng)措施，外部混凝土尚未凝固到相應(yīng)強(qiáng)度，就會被凍裂。同時，如果內(nèi)外溫差過于懸殊，承臺將可能產(chǎn)生裂縫，果真如此的話，整個承臺將報廢，其后果不堪設(shè)想。
    為確保承臺質(zhì)量，在沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒的情況下，施工者們又一次利用自己的智慧和毅力與困難挑戰(zhàn)。查資料，翻文獻(xiàn)，周密計算……終于，辦法有了！給承臺搭設(shè)加溫棚，在內(nèi)部設(shè)立加溫點，并通過電子設(shè)備，時時監(jiān)控混凝土各個部位的溫度變化情況。承臺澆注時，需要對各測溫點的溫度進(jìn)行24小時監(jiān)控，他們不顧加溫棚內(nèi)蜂窩煤所產(chǎn)生煙氣的熏蒸，密切注視著每一個數(shù)字的變化。在他們眼里，這時的承臺已經(jīng)不再是冷冰冰的鋼筋混凝土構(gòu)件，儼然一個襁褓中的嬰兒，只有加倍呵護(hù)，才能茁壯成長。工夫不負(fù)有心人，通過智慧加汗水的雙重努力，他們施工的主席臺一側(cè)雖然包括了鳥巢最大和最深的承臺，但是全部順利完成，工程質(zhì)量一次達(dá)標(biāo)。
    除了斜柱和承臺，在超大型轉(zhuǎn)換梁、清水混凝土看臺等一系列難題上，善于啃“硬骨頭”的北京城建建設(shè)工程有限公司的施工人員不負(fù)眾望，硬是把一個個難題拿了下來，交上了令人滿意的答卷。
    如今，當(dāng)來自世界各地的人們驚訝于“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)所展示出來的形象時，可能很少有人會想到肩負(fù)重任卻深埋地下默默支撐整個建筑的承臺和每一根斜柱。這些承臺和斜柱承載的不僅僅是“鳥巢”，更是建設(shè)者的辛勤勞動，是整個中國的脊梁。