景德镇陶溪川大剧院施工关键技术

张振礼

（上海建工二建集团有限公司，上海 200080）

0 引言

剧院建筑作为文化传播的集中载体，通常是地方的标志性建筑，起到增添城市的文化氛围和艺术定位的作用。景德镇陶溪川大剧院是由德国大卫·奇普菲尔德建筑事务所主创设计，整体采用千年瓷都的传统建筑文化特征搭配现代化建筑简约风格。本文依托项目施工经验，将施工中遇到的一些共性及特性技术成果进行总结，为同类型剧院工程施工提供一定的经验分享。

1 工程概况

项目位于江西省景德镇市珠山区，朝阳路与陶溪川路交叉口东侧，总建筑面积105635m2，由大、小剧院及3栋附属商业楼组成，整体设两层地下室，普遍区域基坑开挖深度-10.1m。其中大剧院地上建筑面积24432m2，地上七层，总高度36.0m；小剧院建筑面积7147m2，地上四层。建筑整体将城市历史文化风格与现代简约风格相结合，遵循清水设计理念，外墙大面积设置清水砖，室外连廊选用清水混凝土结构，如图1所示。

图1 大剧院实景

剧院主体结构整体采用钢混框架结构体系，局部悬挑和大跨混凝土结构部位设置预应力混凝土梁，大剧院主舞台及观众厅上空设置钢结构屋面。

2 工程重、难点分析

2.1 灰岩地质条件下深基础

本工程基坑面积约2.8万m2，局部深坑挖深达-17.2m，基坑支护采用大直径灌注桩排桩+预应力锚索悬臂式支护。工程地处喀斯特地貌分布区域，基底分布岩面起伏、局部平均厚度约2m、岩层强度达38MPa的石灰岩层，地下岩溶发育较发达，桩基、深坑高强度岩层开挖施工难度大。

2.2 混凝土主体结构

大剧院东、南、北侧舞台及小剧院主舞台上方设有高空大跨度预应力混凝土梁。大剧院观众席由马蹄形曲面踏步结构，2～4层为平面弧形悬挑楼座，悬挑主梁为预应力结构。异型结构分布较多，模架搭设、测量定位难度大。

2.3 清水混凝土结构

前厅5700m2清水混凝土连廊采用连续双层空腔板夹梁-柱结构，其中框架柱柱帽为漏斗桩轴线对称双曲面结构，其模版选型和设计、拼缝处理、施工工艺优化是确保成品效果的重点、要点，前厅连廊局部效果如图2所示。

图2 前厅连廊局部效果

2.4 超重大跨度钢结构

大剧院屋面钢结构设置在建筑中部核心区域，其中主舞台屋面钢架最大单件重量约20t，观众厅屋面钢桁架最大单榀重量近30t，主舞台区域自屋面（+36.0m）至基础设备坑（-17.0m），观众厅区域自屋面（+23.1m）至首层结构均为超高空腔区域，吊装设备选择、吊装点设置、吊装施工难度极大，大剧院屋面钢结构模型如图3所示。

图3 大剧院屋面钢结构模型

2.5 舞台机械设备

大剧场为经典的品字型舞台结构，由主舞台、左右侧舞台和后舞台组成，其中主舞台台面至栅顶净高约29m，下部设备深坑深17m。舞台机械功能多、设备复杂、安装精度要求高，驱动系统的降噪措施很关键。

2.6 建筑声学装饰

大剧院观众厅前场墙面大面积采用曲面造型GRG+实木木皮，双曲面GRG板块为基层，表面贴实木皮的反射装饰结构，拦河内外GRG构件装饰在预应力悬挑板构件上。结构设计对构件重量有限定需求，为保证声学效果，需实验优化原材配比，在满足声学性能要求的前提下实现轻量化。

2.7 超重异型弧形玻璃幕墙

前厅水连廊区域幕墙采用6m+3m超白大玻璃幕墙体系，支撑系统采用T型钢支撑体系，转角位置为90°弧形大玻璃，上部6m高弧形玻璃单片重量达1.5t，无法采用常规吊装工艺或吸盘系统安装，需对安装装置进行专项设计和研制。

3 关键施工技术

3.1 深坑岩层爆破施工

舞台台仓深坑区域为整体式中风化石灰岩块岩，属较硬岩，面积约700m2，石方量约5000m3。为实现快速破岩，采用电子雷管爆破技术，需控制好爆破对基坑围护结构的扰动及对周边环境的影响。结合施工条件及工期要求，采用预裂爆破+深孔爆破结合的松动控制爆破方案，将块岩分隔成破裂带，将爆破冲击力分散降低且始终控制在深坑范围内。爆孔分预裂孔、辅助孔、主爆孔三种类型，均采用φ90mm孔径深孔爆破，根据计算确定每种炮孔单孔装药量，为减少爆破夹制作用，采用多段微差起爆，合理选取微差间隔和爆破参数。图4、图5为爆孔的平面和剖面布置。

图4 爆孔平面布置

图5 爆孔剖面布置

（1）外围预裂孔横向间距50mm，采用不耦合装药结构，预先起爆将块岩与周边岩石隔断。

（2）预裂孔内侧辅助孔二道和主爆孔一道同步爆破。孔底应用复合消能装药结构，应用柔性垫层及用于能量反射的球形效能垫块，阻断爆破冲击波向下传递，强化向上反射波，实现保护基面不受严重扰动和损伤、确保爆破基面平整的目的。

（3）坑内其余区域按方案要求满布辅助孔及主爆孔，最后同步起爆完成深坑岩层爆破。

3.2 特殊部位结构施工

3.2.1 观众席马蹄形踏步施工

大剧院观众席由马蹄形曲面踏步组成，2层以上为悬挑楼座，最大悬挑长度4.13m，主梁截面为500mm×1000mm，池座踏步高度100~150mm，楼座踏步高度有385mm、480mm及525mm。

模架采用钢管扣件脚手架体系，立杆环向设置在踏步中心、逐层对应，各层模架保留至预应力张拉完成。踏步立面模板在板底设置φ14对拉螺栓、上口设置10#铁丝与底模拉结固定。观众席踏步模架剖面图如图6所示。

图6 观众席踏步模架剖面图

3.2.2 预应力结构施工

本工程多个大跨结构部位设有预应力梁，采用后张法有粘结预应力技术，如表1所示。

表1 预应力结构分布统计

（1）预应力施工采用一端张拉，一端锚固的形式，大剧院观众厅楼座原设计张拉端设置在外侧高悬空部位，张拉施工较为困难。为便于施工，将预应力张拉端调整至楼座内侧，同时尽可能利用已有结构孔洞作为张拉端，减少二次开洞，固定端做法如图7所示。

图7 固定端做法节点示意

（2）预应力梁采用内凹式张拉端，在结构中部张拉时设置混凝土加腋。专门用于预应力张拉的孔洞，待预应力张拉结束后浇筑封堵。

3.3 400T履带吊基础胎架加固

大剧院核心区主舞台及观众厅上空外盖为大跨度钢结构屋面，最大跨度36m，单品桁架最大重量27.8t。钢结构的中心点到结构外轮廓最近距离约39m，屋面相对标高为34.5m。主舞台下部为设备深坑，观众厅下部为阶梯楼板，承载能力较低，难以采用整体提升技术安装。

因钢结构分布区域距地下室边界距离较大，且钢结构构件较重，在塔吊起重能力不足情况下，经过方案比选最终选用400t履带吊适当调整吊装工作半径于地下室顶板上吊装。履带吊停放吊装设置在地下顶板消防登高区域，顶板板厚250mm，主梁截面为500mm×800mm和500mm×1000mm，顶板设计承载力难以满足要求，需进行加固处理[1]。

（1）履带吊停放及行走区域地下室顶板经验算分析采用φ609×10钢管柱支撑主梁和次梁方式加固，共设置4排5列，自顶板至底板设置，将顶板荷载传递至底板，如图8所示。

图8 顶板加固平剖面布置

（2）顶板反梁区域采用碎石+素土分层回填压实，连接顶板和外部场地。履带中线间距7.5m、顶板主梁间距7.2m，沿履带中线、主梁轴线布置6m×3m×0.15m路基箱，履带就位点须在主梁上。

（3）为确保吊装过程中支撑胎架体系和结构安全，吊装期间应对履带吊倾斜、支撑体系变形情况进行实时检测。

3.4 异型清水混凝土柱施工

前厅连廊区域清水混凝土结构设有53根异型清水混凝土柱，柱高9.15m，下部直径0.65m圆柱段高约7m，柱顶装饰柱帽为漏斗桩轴线对称双曲面结构，直径由0.65m弧线过度至4.8m，其模板支撑体系选型和深化设计、细部接缝处理和施工工艺控制是本工程的难点和重点。

3.4.1 模架体系选型和验算

经对木模板、钢模板、铝合金模板、树脂类模板和玻璃钢模板等多种模板体系调研，综合经济效益、施工质量和效率等多种因素对比比选，最终选用定制加工组合钢模板及支撑体系。面板选用3mm厚304不锈钢板，龙骨及法兰选用12mmQ235钢板制作和法兰螺栓固定；柱帽区域等间距设置水平龙骨4道、竖向龙骨8道，支撑选用φ159×6无缝钢管+φ14缆风绳，下部圆柱等间距1m设置水平龙骨、竖向龙骨4道。

应用MIDASGENS有限元计算软件对模架体系进行计算分析，验证模板侧向变形能否满足清水混凝土平整度要求，同时验证柱帽部分竖向撑杆能否满足稳定性要求，如图9所示。

图9 异型清水柱模架构造及计算分析

3.4.2 双曲面模板深化设计和加工

柱帽模板结合结构构件特征应用计算机仿真技术进行3D建模构架分解成11块，通过电脑放样应用大族激光G4020F切割机进行激光切割下料。首先在特制模具多次压制至弧面没有棱角，制成R3416单弧面板并检查其尺寸是否符合要求，然后在特制曲面的三芯卷板机上反复压制完成符合设计尺寸规格要求的双曲面板并进行编号，最后根据板件编号完成柱帽模板、龙骨的拼装、焊接和打磨成型[2]，如图10所示。

图10 双曲面模板加工制作

3.4.3 施工质量控制要点

（1）现场拼装前应确保模板无污染、无锈蚀、无变形，涂刷LBT-2061水性乳化型氟素脱模剂，防止混凝土与磨具内胆黏连和成型后表面气泡甚至蜂窝麻面。

（2）模板拼缝采用高密度汽车腻子原子胶高压喷射填充，防止拼缝处漏浆，确保拼缝处成型质量。

（3）模板底部设置可调托座，吊装过程中采用全站仪进行定位、垂直度和标高控制，混凝土浇筑过程中做好动态检测。

3.5 大剧场舞台机械施工技术

大剧场舞台区由主舞台、左右侧舞台和后舞台组成，其中宽深尺寸主舞台28m×21m、左右侧舞台18.4m×21m、后舞台深19.9m×18.6m。舞台机械功能多，设备复杂，安装精度要求高。

3.5.1 测量放线、预埋件检查

根据舞台总体设备布置图在机坑中心线上找出中间一块双层升降台台面中心“+”字位，采用经纬仪向上投影找出舞台中心线，利用几何法复验并修正舞台中心线，根据修正后的舞台中心线在舞台机坑面和墙地面上弹出墨线，并在两端作出不被覆盖的永久性标记。

3.5.2 驱动装置安装

将驱动系统各部件分别吊装至安装支架上，按所划的传动轴中心线用经纬仪或拉线法确定减速机、转动轴、换向器安装位置。按柔性齿条啮合箱中心线用经纬仪或拉线法确定安装位置，用框式水平仪校正安装水平，并确保换向器输出轴与啮合箱输入轴同轴度在联轴器规定允差范围内。以啮合箱齿块导槽出口为参照，安装齿块储存箱，装入齿块链，要求啮合箱导槽与储存箱导槽平滑过渡，齿块通过无异响、无卡阻现象。

3.5.3 升降台导轨安装

导轨吊装定位后，采用吊线锤或激光水准仪校准两个方向的垂直度，要求导轨全长铅垂度≤2mm，校正导轨后，将联接板点焊在侧钢架上。待导轨就位后，再复核确认导轨的垂直度，导轨间的平行度，导轨安装间距等均符合要求，再对连接板进行满焊固定。将导靴套在导轨上，与导轨顶部间隙控制在1.5～2.0mm，侧面间隙0.5～1.0mm，将导靴焊接在侧钢架上。

3.5.4 升降台钢架安装

制作若干个临时等高钢架，调整好水平后，将工厂分片制作的构件按各自组装位置吊装至等高架上；按要求拼装钢架，拼装焊接过程在要防止结构变形，焊缝长度超过60mm、宽度超过6mm要分段分层焊接，避免热量过度集中引起结构变形。

3.6 双曲面反射装饰结构施工

大剧院前场墙面应用以双曲面GRG板块为基层，实木皮为面层反射装饰结构，最小折角达到25°，对于板块制作和安装精度要求极高。为保证装饰效果和质量，还应做好GRG板块接缝处理、木皮粘贴工艺和潮湿环境下含水率控制。

3.6.1 “BIM+三维扫描”技术应用

通过三维扫描仪将现场数据1:1还原至电脑软件中，为后期高精度模型调整做基础信息支撑。通过设计方案的二维图纸不断调整模型，修改关键性收口节点处，以达到满足设计要求的方案。将已调整后的模型与现场点云模型进行复核碰撞，完善基层钢架结构及重点区域，进行方案模拟，如图11所示。

图11 三维扫描及BIM方案模拟

模型调整确定后结合种类、分层进行分组拆解，对同类型模具进行编号确认，导出下单图纸[3]。同时应完善模具翻边，明确预埋点设置，为后期基层钢架的施工提供基层数据，如图12所示。

图12 BIM模型模具拆解

3.6.2 GRG构件原材配比优化

针对GRG构件原材料配比通过对多组不同膨胀颗粒或膨胀剂改性产品试样进行试验对比，纪录其对密度的影响，并进行强度和声学效果测试，经过多组试验确定最终配比，在满足声学性能的前提下将密度下降至12~13kg/（m2/cm），实现了材料的轻量化，如表2所示。

表2 GRG构件配比检验

3.6.3 GRG板块接缝处理

GRG板块接缝处理墙首先应清除缝隙内的灰尘、砂浆等杂物，然后依次进行掺加玻璃纤维填缝材料打底填缝，接缝处玻璃纤维带处理，固化时表面填缝材料批平等三道接缝处理工序。填缝材料固化后先后批三道加胶腻子进行表面修整，并用细砂纸打磨至平整顺滑。

3.6.4 实木皮施工含水率控制

实木皮粘贴施工前基层含水率应小于12%，并用硝基清漆进行表面封闭处理。为满足雨季基层含水率要求，采取鼓风机加空调系统分区域试运行使用方式，按施工流水分区域分阶段进行排风抽湿措施，保持木皮施工区域空气湿度恒定。

3.7 超重弧形玻璃幕墙安装

清水连廊区域超大弧形玻璃幕墙体系安装工艺经方案比选宜采用电动吸盘配合提升设备进行安装，但常规吸盘装置为平面骨架，针对大圆弧异型玻璃构架仅通过骨架角度调整既无法保证吊装期间吸盘内的真空度，又会产生吸盘受力不均，局部甚至超过吸盘承载能力。

3.7.1 吸盘装置深化设计

结合超大玻璃面板特征，本工程通过拟合面板弧度、分段深化设计同弧度吸盘装置骨架，龙骨与吸盘间角度可调，通过该装置保证圆弧吸盘中心轴、龙骨与吸盘接触点垂线、吸盘与大玻璃接触面中心点垂线在同一直线上，提高电动吸盘装置利用效率，吊装过程中无须调整吸盘和骨架间角度即可保证吸盘中心对称轴与玻璃接触点切面垂直。

装置系统由24个吸盘分三段组装，硅胶吸盘直径300mm，每个吸盘配有独立开关实现独立控制，额定承重2400kg，如图13所示。

图13 吸盘装置平面布置

3.7.2 玻璃吊装施工控制

玻璃现场吊装可根据玻璃面板规格进行多重花式组合，分段间通过沿电动吸盘宽度方向等间距设置5道M30螺栓连接。同时选用大功率真空蓄能器提高最大真空蓄力，1s内即可达到吊装所需真空率，避免吸气时间过长导致出现漏气。