摘要:本文結(jié)合工程實(shí)例,闡述了基礎(chǔ)大體積混凝土施工在高層基礎(chǔ)中的應(yīng)用,設(shè)置合理的混凝土強(qiáng)度評定齡期,優(yōu)化混凝土的材料結(jié)構(gòu),降低水泥用量,試驗(yàn)測定該配合比的絕熱溫升，為溫度建模分析和制定溫控措施提供依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞:建筑工程,地基基礎(chǔ),大體積混凝土,施工技術(shù)
　　
　　1工程概況
　　浙江某建筑物地下二層,裙房三層,主樓三十層組成。總建筑面積為51195.2m2,其中:地下室二層暫時(shí)為人防工程,平時(shí)地下二層為自行車車庫、設(shè)備用房,地下室一層為停車庫。一三層為商業(yè)用房,四五層為寫字樓,六至十一層為賓館,十二層至三十層為住宅樓,三十一層為電梯機(jī)房,三十二層為水箱間,十一與十二層之間有一個(gè)轉(zhuǎn)換層,建筑總高度為108.9m。
　　2基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)
　　2.1基礎(chǔ)工程概述
　　工程基礎(chǔ)為天然地基滿堂筏板,四周基礎(chǔ)埋深-11.03m,中心筒體部位基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深-11.65m。基礎(chǔ)底板為菱形,東西長70.50m,南北寬47.40m,厚度為1.80m和2.40m二種,混凝土體積約5500m3。混凝土為C45P12防水混凝土。
　　2.2基礎(chǔ)大體積混凝土溫度應(yīng)力控制難點(diǎn)
　　本工程是具有一系列大體積混凝土的施工難題:如溫度應(yīng)力控制、水平施工縫和豎向后澆帶的處理、混凝土輸送過程中離析和坍落度的控制等。
　　(1)基礎(chǔ)混凝土配筋率低,抗拉強(qiáng)度低,裂縫對拉應(yīng)力敏感,相對溫度控制、應(yīng)力控制尤為重要,須將溫度應(yīng)力控制在較小的范圍。在產(chǎn)生拉應(yīng)力的部位須采取措施,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),嚴(yán)格控制拉應(yīng)力低于混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度。
　　(2)由于施工要求盡量不采用冷卻水管,為此應(yīng)相應(yīng)減小澆筑層的厚度,降低混凝土內(nèi)部溫度峰值。澆筑層厚度的減小會相應(yīng)增加水平施工縫層數(shù),因此應(yīng)優(yōu)化大體積混凝土分層和分塊施工方案,既滿足溫度應(yīng)力控制的要求,又盡量減少水平施工縫和豎向后澆帶,采取合理的施工縫和后澆帶施工方法,提高施工效率。
　　(3)本工程基坑深,混凝土塊體厚度大,澆筑底層混凝土離析和坍落度較難控制,因此應(yīng)采取合理的混凝土配合比和輸送方案,在保證混凝土和易性的基礎(chǔ)上,減小單方混凝土水泥漿量,降低坍落度,防止混凝土離析。
　　(4)基礎(chǔ)混凝土施工時(shí)環(huán)境溫度為-10℃～20℃,應(yīng)根據(jù)環(huán)境采取相應(yīng)的施工措施(如混凝土配合比,混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)保溫層厚度和混凝土原材料降溫等)。
　　2.3基礎(chǔ)大體積混凝土配合比的選用
　　(1)混凝土配合比
　　對于大體積混凝土,水泥水化產(chǎn)生的水化熱會引起溫度上升,若不同部位混凝土溫差過大,溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,會導(dǎo)致混凝土的開裂。大體積混凝土的溫控措施應(yīng)全面考慮,合理的配合比設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)。基礎(chǔ)大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)中主要考慮降低水化熱,減小混凝土的絕熱溫升。本工程采用的配合比主要從五個(gè)方面考慮。
　　1)在保證強(qiáng)度和耐久性的同時(shí)盡量降低單位水泥用量,水泥用量與大體積混凝土的最高升溫有直接關(guān)系,降低水泥用量是最有效的溫控措施。
　　2)選用對大體積混凝土溫度控制最有利的外加劑NF型緩凝高效減水劑。緩凝型外加劑能有效延緩水化熱的釋放時(shí)間,降低水化熱放熱峰值,使混凝土水化熱釋放比較平緩,避免中心部位混凝土溫度急劇上升而導(dǎo)致溫差增大。用NF型配制的C45P12混凝土的絕熱溫升延緩,對大體積混凝土溫度的均勻性有利。
　　3)摻粉煤灰。粉煤灰可以使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放,對于大體積混凝土的溫控極為有利;還可以增加混凝土的后期強(qiáng)度,使混凝土的強(qiáng)度保證率提高;另外摻加粉煤灰可以改善混凝土的施工性能。
　　4)改善混凝土的體積穩(wěn)定性,提高混凝土的抗裂性能。保證一定的粗骨料含量可以有效地改善混凝土的抗裂能力,在滿足強(qiáng)度和施工性的前提下,采用盡量低的砂率。
　　5)選用對溫控有利的原材料。
　　考慮以上各種因素,對基礎(chǔ)混凝土配合比進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。確定的原材料類型如下:42.5級普通水泥;Ⅱ級粉煤灰;中砂,MX=2.5,級配合格;碎石粒徑為531.5,級配合格,針片狀含量、含泥量合格;緩凝高效減水劑NF,膨脹劑采用HPE低堿型混凝土膨脹劑。混凝土配合比經(jīng)試配后作了適當(dāng)調(diào)整,見表1
　　                                   表1C45P12混凝土施工配合比單位:kg

                       
　　                                                  　C45P12混凝土試配主要技術(shù)參數(shù)
　                　　
　　                                           注:1、混凝土坍落度設(shè)計(jì)為:150～170mm。
　　2、其中f7d、f28d、f60d、f90d分別為混凝土試配7d、28d、60d、90d齡期強(qiáng)度代表值。
　　2.4基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)
　　(1)基礎(chǔ)大體積混凝土分塊施工,并埋設(shè)冷卻水管是否采用冷卻水管,對厚度影響很大,采用冷卻水管,可降低混凝土內(nèi)部溫度峰值,延緩升溫速度。根據(jù)本工程特點(diǎn),基礎(chǔ)底板C45P12混凝土厚度1.8m,局部厚度2.4m,整塊混凝土體積5500M3,經(jīng)過熱工計(jì)算若要將其溫度降低10℃,則需要用水300t,要在50小時(shí)內(nèi)完成降溫,設(shè)計(jì)移流量應(yīng)該為15L/S。應(yīng)將整個(gè)降溫系統(tǒng)分為2個(gè)區(qū)域進(jìn)行。地下水直接排入下水道。為了保證有良好的降溫效果,保證降溫在混凝土內(nèi)部平穩(wěn)進(jìn)行,不出現(xiàn)大的溫度不均勻現(xiàn)象,我們采用De20管徑的PEX交聯(lián)管做為降溫支管,PEX交聯(lián)管可以滿足熱工計(jì)算要求。更因?yàn)樗�具有比較好的耐熱性和低廉的價(jià)格,以及更小的阻力系數(shù),使得運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì),安裝非常方便。管路系統(tǒng)我們分為2個(gè)系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)由一臺泵和分水器以及降溫支管組成。2個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)備用泵,和一個(gè)水箱(矩形鋼板水箱),泵的揚(yáng)程為H=40m、流量=30t/h、N=7.5kw。對于周邊死角部位,降溫階段加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù),延緩降溫速度,同樣能達(dá)到冷卻水管作用,且可免去冷卻水管的施工費(fèi)用和冷卻水調(diào)溫的繁瑣施工程序。埋設(shè)冷卻水管的方法是在基礎(chǔ)底板上、下約中間部位,具體為距底板面800mm,距頂面1000mm中間布置冷卻水管,綜合考慮,在混凝土澆注24h后,立即開始循環(huán)水降溫,使混凝土中心最高溫度控制在40℃左右,確保混凝土在每一個(gè)斷面上溫差小于20℃～25℃。
　　(2)混凝土輸送
　　由于基坑深達(dá)11.65m,縱向凈長70.5m,根據(jù)本工程自身特點(diǎn),考慮多種因素,基礎(chǔ)大體積、采用泵送混凝土,首先優(yōu)化配合比,摻入減水劑、保證混凝土出機(jī)和入倉時(shí)的質(zhì)量要求。試驗(yàn)人員根據(jù)砂石的含水情況及時(shí)對施工配合比作相應(yīng)調(diào)整,混凝土的拌制時(shí)間控制為60秒,試驗(yàn)人員對混凝土坍落度和和拌合溫度必須嚴(yán)格控制。泵送現(xiàn)場實(shí)測混凝土坍落并保持在160mm～180mm之間;澆筑溫度在6.7℃～8.6℃之間,混凝土工作性能良好。根據(jù)施工要求每小時(shí)向工地輸送混凝土約60m3。混凝土初凝時(shí)間大于6h,在澆筑過程中不形成施工縫。整個(gè)澆筑任務(wù)在95個(gè)h內(nèi)順利完成。
　　(3)混凝土澆筑
　　混凝土采用斜面分層法澆筑,每層的厚度不超過600cm,斜面坡度為混凝土振搗時(shí)自然流淌形成的坡度。混凝土的澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行、間歇時(shí)間盡量縮短,并不超過混凝土的初凝時(shí)間,次層混凝土應(yīng)在前層混凝土初凝前澆筑完成。
　　(4)混凝土振搗
　　采用插入式振動(dòng)棒振搗混凝土。根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然流淌和振搗時(shí)形成的坡度分前、中、后三段布置振動(dòng)棒,前面為泵管出料口布置1臺,中間布置1臺,后面為坡腳處布置2臺。振動(dòng)棒作業(yè)時(shí),要使振動(dòng)棒自然沉入混凝土,且插入到下層尚未初凝的混凝土中510cm,以使上下層相互結(jié)合。注意將振動(dòng)棒上下抽動(dòng)510cm,以保證混凝土均勻密實(shí)。
　　(5)混凝土的養(yǎng)護(hù)
　　基礎(chǔ)底板混凝土采用內(nèi)降外保的養(yǎng)護(hù)工藝,當(dāng)混凝土表面溫度驟降時(shí),啟用內(nèi)部降溫系統(tǒng)。混凝土于終凝前開始收平表面后開始養(yǎng)護(hù),并及時(shí)用塑料薄膜覆蓋,再加蓋雙層草袋。對塑料薄膜無法蓋到的地方用三層濕草袋覆蓋并經(jīng)常保持濕潤,以避免混凝土因失水過快而產(chǎn)生干縮裂縫。由于該底板混凝土澆筑期在冬期施工階段,考慮氣溫驟降、表面失水等不利影響,對基礎(chǔ)底板表面的覆蓋養(yǎng)護(hù)保持了28d以上。經(jīng)多方觀察,混凝土表面未出現(xiàn)明顯的可見裂縫。
　　(6)混凝土施工縫處理方法
　　混凝土施工縫按設(shè)計(jì)要求需留置縱橫二道后澆帶,留置起來施工很困難,為了解決此矛盾,經(jīng)與設(shè)計(jì)、建筑科研院、業(yè)主、施工單位四方研究,決定配制等強(qiáng)膨脹混凝土進(jìn)行技術(shù)處理,并一次性澆筑,解決了混凝土由溫度引起的內(nèi)應(yīng)力。實(shí)踐證明該項(xiàng)技術(shù)處理經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,施工便捷,符合混凝土變形要求。
　　2.5基礎(chǔ)大體積混凝土溫度測試方法
　　(1)測試儀器
　　溫度測試采用液晶數(shù)字顯示電子測溫儀。
　　(2)測溫點(diǎn)布置
　　測點(diǎn)的布置應(yīng)具有代表性,做到既突出重點(diǎn)又兼顧全局,在滿足檢測要求的前提下以盡可能少的測點(diǎn)獲得所需的檢測資料。布點(diǎn)時(shí),從澆筑高度看應(yīng)包括底面、中間和表面三種情況;從平面尺寸考慮,則包括邊緣和中間兩種情況。
　　本工程根據(jù)澆筑塊的對稱性和溫度與應(yīng)力分布的一般規(guī)律,每一澆筑層,測點(diǎn)要布置在每一澆筑塊相互垂直的兩個(gè)對稱面上。測點(diǎn)豎向按基礎(chǔ)底板厚度的-0.2m、-0.4m、-0.9m、-1.2m、-1.35m、-1.6m、-1.9m、-2.2m布置,平面按37.5h左右布置一個(gè),共設(shè)89個(gè)測點(diǎn)。
　　(3)溫控方法和措施
　　澆筑混凝土期間每隔2h測1次溫度。混凝土蓄熱養(yǎng)護(hù)期間每隔4h測1次溫度。測溫時(shí)同時(shí)測量環(huán)境溫度。溫度裂縫控制采用外蓄內(nèi)降的方法,外蓄為兩層塑料薄膜夾100mm草簾覆蓋蓄熱保溫,內(nèi)降為在1.8m厚的筏板中部設(shè)一層,在2.4m厚的筏板中設(shè)二層塑料管用循環(huán)水降溫。降溫利用地下水(水溫14℃左右)進(jìn)行循環(huán),控制循環(huán)水速度調(diào)節(jié)混凝土溫度。控制混凝土中心溫度與表面溫度之差<25℃。混凝土邊角的保溫厚度增至大面部位的23倍,插筋處的保溫在其外側(cè)用巖棉被堆角,并用400mm寬巖棉條鋪在鋼筋中間。混凝土出機(jī)溫度控制<10℃。混凝土澆筑溫度控制<8℃,每輛混凝土運(yùn)輸車到現(xiàn)場后必須進(jìn)行溫度測定,>8℃的混凝土不許澆筑。混凝土初凝時(shí)間為350min,施工人員可據(jù)此安排施工及混凝土養(yǎng)護(hù)。
　　2.6測溫結(jié)果分析
　　(1)1.8m厚及2.4m厚C45P12底板混凝土中心4d最高溫度達(dá)到35.5℃,21d后溫度冷卻至17.6℃,混凝土溫度表面4d最高溫度為35.6℃,基礎(chǔ)25℃的控制范圍。
　　(2)筏板混凝土分段逐日平均降溫:
　　Ⅰ段日平均降溫0.84℃
　　Ⅱ段日平均降溫0.93℃
　　Ⅲ段日平均降溫0.79℃
　　整塊筏板日平均降溫0.86℃
　　(3)C45P12底板混凝土的最大溫度應(yīng)力為0.884N/mm2;抗裂安全度K=2.04,小于1.15滿足抗裂要求因此混凝土在施工中不會產(chǎn)生溫度裂縫。
　　3.結(jié)語
　　針對高層建筑施工難題:如溫度應(yīng)力控制、水平施工縫和豎向后澆帶的處理、混凝土輸送過程中離析和坍落度的控制等,采用冷卻水管的方法解決了復(fù)雜的大體積混凝土的溫控問題,效地降低了成本,提高了效率。