給“奧運之鳥”安個家——記國家體育場“鳥巢”混凝土結構工程施工

    當春天的腳步悄悄降臨大地時，鳥兒們結伴飛回北方，重新筑起自己的鳥巢。當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年北京奧運會建設項目的旗艦工程——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。將設計大師圖紙上的線條變成現實，負責國家體育場修建的工程技術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)，變成完全靠自身結構支撐，這就是全世界關注的“鳥巢”鋼結構卸載。
    熟悉建筑結構的人可能都會知道，有“卸載”就有“承載”。如果把“鳥巢”鋼結構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構“樹根”始終堅如磐石，密不可分。試想如果鋼結構臨時支撐撤除后，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，北京城建建設工程有限公司承擔了其中最難的工程。北京城建建設工程有限公司總工程師楊軍霞介紹說：“我們所承擔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，所以位置相當重要，同時這部分工程的地下基礎也最深、地上檐高最高、施工難度最大?！?
    “鳥巢”工程超前的設計理念和奇特的結構形式給施工造成了罕見的難度。在國際上沒有現成的參考方案，只有依靠自己的科技創(chuàng)新獨立解決。正如北京市2008工程建設指揮部顧問萬嗣銓所說：“奧運場館的原始創(chuàng)意雖然大多來自中外聯合設計，但他們只給了我們一份初步設計。從完善設計方案、進行結構計算、再到形成創(chuàng)新的施工工藝和質量標準，所有方面都主要是中國人自主完成的。”“再硬的骨頭也要敲碎它！”建設公司的設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。


斜柱： 交織的美


    “鳥巢”的外罩由不規(guī)則的鋼結構構件編織而成，里面的混凝土結構與鋼結構相互獨立，建筑師在混凝土看臺和鋼結構外罩之間的空間里，設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構要求，又能不影響“鳥巢”的整體美觀？ 
    幾經論證，一個兩全其美的方案誕生了。先像其他混凝土結構一樣綁扎好鋼筋籠，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到59度，鋼柱的最大自轉角度超過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，已經是個不小的挑戰(zhàn)，何況鋼管內部還密布著鋼筋網格，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，最多只能伸進三根手指，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?！拔覀兘涍^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，但結果卻非常理想。頂升混凝土不僅提高工效一倍多，而且質量好，比預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”，已經正式向國家知識產權局申請發(fā)明專利。


承臺：穩(wěn)重的美


    根據設計要求，“鳥巢”鋼結構的重量主要由24個大承臺承擔，承臺的建筑質量直接關系到整個鋼結構是否牢固。
    了解混凝土施工的人都明白，混凝土在拌和以后，由于化學反應等因素，其內部會產生大量的熱量。像“鳥巢”鋼結構承臺這樣體積龐大的構件，即使采取分步施工的方法，其內部仍然會產生大量的熱量。混凝土在澆注完成以后，由于其內部的熱量不能及時排出，溫度將持續(xù)保持最高可達90℃。由于施工時正值寒冬季節(jié)，如果不采取相應措施，外部混凝土尚未凝固到相應強度，就會被凍裂。同時，如果內外溫差過于懸殊，承臺將可能產生裂縫，果真如此的話，整個承臺將報廢，其后果不堪設想。
    為確保承臺質量，在沒有現成經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，周密計算……終于，辦法有了！給承臺搭設加溫棚，在內部設立加溫點，并通過電子設備，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行24小時監(jiān)控，他們不顧加溫棚內蜂窩煤所產生煙氣的熏蒸，密切注視著每一個數字的變化。在他們眼里，這時的承臺已經不再是冷冰冰的鋼筋混凝土構件，儼然一個襁褓中的嬰兒，只有加倍呵護，才能茁壯成長。工夫不負有心人，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，工程質量一次達標。
    除了斜柱和承臺，在超大型轉換梁、清水混凝土看臺等一系列難題上，善于啃“硬骨頭”的北京城建建設工程有限公司的施工人員不負眾望，硬是把一個個難題拿了下來，交上了令人滿意的答卷。
    如今，當來自世界各地的人們驚訝于“鳥巢”鋼結構所展示出來的形象時，可能很少有人會想到肩負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”，更是建設者的辛勤勞動，是整個中國的脊梁。