深基坑底板大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

李東岳（恩平市二建集團(tuán)有限公司，廣東 江門 529400）

1 工程概況

某小區(qū)工程共3棟，其中12#及15#地上25.5層，13#樓地上28.5層，地下1層，總建筑面積為42306m2。工程結(jié)構(gòu)形式:主體采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為天然基礎(chǔ)，塔樓為整體筏基，其余為柱下獨立基礎(chǔ)。筏板基礎(chǔ)長87.2m，寬13.1m，厚1.8m，混凝土總量2261.5m3。

由于工程底板混凝土為厚大體積混凝土，極易產(chǎn)生溫縮裂縫，采取適當(dāng)措施，消除和控制溫度裂縫的產(chǎn)生成為工程質(zhì)量關(guān)鍵。

2 大體積混凝土裂縫的成因及主要機(jī)理

2.1 大體積混凝土微觀裂縫和宏觀裂縫

微觀裂縫也叫做肉眼幾乎不可能看到的裂縫，其裂縫寬度一般是在0.05毫米以下，一般情況下還沒有承受荷載的混凝土中都會存在一定數(shù)量的微觀裂縫，但混凝土中的微觀裂縫對混凝土的正常工作不會造成影響，同樣也可以承受一定的拉力，由于待裂縫的混凝土非常易產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成混凝土具有較低的抗拉強(qiáng)度。宏觀裂縫是肉眼可以看到且裂縫寬度大于0.05毫米的裂縫，從混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性和正常使用等要求，我國最新規(guī)范規(guī)定，實際工程中在最嚴(yán)格控制的條件下允許裂縫寬度0.1毫米。

2.2 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

1）混凝土內(nèi)約束裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

深基坑大體積混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑后由于體積很大其水泥的水化熱非常大，導(dǎo)致在混凝土內(nèi)部聚集的水泥水化熱很難散發(fā)出去，引起大體積混凝土內(nèi)部溫度顯著升高。然而在大體積混凝土表面散熱較快，這樣導(dǎo)致混凝土整體形成比較大的內(nèi)外溫差，使深基坑大體積混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力，其表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。如果在大體積混凝土的表面存在的溫度梯度較大的話，其表面就會引起較大的表面拉應(yīng)力，此時如果大體積混凝土的齡期也非常短的話，其整體的抗拉強(qiáng)度也就很低，如果大體積混凝土由于溫差而產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力，超過了大體積混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，就會導(dǎo)致在大體積混凝土表面產(chǎn)生不同程度的表面裂縫。這種因為大體積混凝土表面和內(nèi)部溫差而導(dǎo)致的裂縫，被稱做內(nèi)約束裂縫。這種類型的裂縫一般在混凝土澆筑早期產(chǎn)生，其裂縫形狀一般是不規(guī)則狀態(tài)，裂縫深度比較淺。在大體積混凝土表面裂縫處很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致大體積混凝土表面裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。

2）混凝土外約束裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

在大體積混凝土降溫過程，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量逐漸散發(fā)出去，由于混凝土外邊的溫度不斷的下降致使大體積混凝土很容易產(chǎn)生收縮，同時，在混凝土硬化的過程中由于多余水分被不斷的蒸發(fā)以及碳化等原因也能導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生一定的收縮變形，在深基坑內(nèi)如果在混凝土收縮過程中受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），阻礙其自由變形，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)兩種應(yīng)力進(jìn)行疊加后超過了大體積混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時，則在大體積混凝土中產(chǎn)生一定數(shù)量的收縮裂縫，此裂縫稱為外約束裂縫。這種裂縫具有以下特征：裂縫沿著交接面向上不斷的延伸，靠近基底的裂縫寬度最大而在上部裂縫寬度較小，嚴(yán)重的情況下還會產(chǎn)生貫穿混凝土的破壞性裂縫，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、整體性、防水性以及穩(wěn)定性等，受到嚴(yán)重的影響，致使其不能正常使用，產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

3 影響大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的各環(huán)節(jié)、各要素分析

根據(jù)大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，項目部組織有關(guān)工程技術(shù)人員對大體積混凝土施工各要素、各環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生裂縫進(jìn)行分析，其結(jié)果見圖1。

圖1 大體積混凝土裂縫分析圖

4 控制深基坑大體積混凝土裂縫采取的技術(shù)措施

4.1 材料、配合比方面措施

1）水泥：選用低水化熱的32.5級礦渣硅酸鹽水泥，目的是降低混凝土中水泥產(chǎn)生的水化熱，控制其溫度收縮。

2）摻加摻和料（粉煤灰）：粉煤灰具有一定的活性，因此摻入一定量的粉煤灰，可生成硅酸鹽凝膠，其密實度和強(qiáng)度就會有所增加，收縮變形就會有所降低。當(dāng)拌合大體積混凝土單位用水量一定的條件下，可以非常顯著的改善大體積混凝土的和易性。用粉煤灰替代部分水泥，可以降低水泥的用量，進(jìn)而就降低了水泥水化產(chǎn)生的熱量。如果保持混凝土拌合物的流動性，優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水量比較小，混凝土的單位用水量就會降低，從而提高混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)而防止裂縫的產(chǎn)生。

3）摻加外加劑—高效緩凝減水劑和UEA微膨脹劑

（1）摻高效緩凝減水劑

在深基坑大體積混凝土中摻加一定量的緩凝減水劑，能夠在保持大體積混凝土本身的工作不變的前提下顯著減少拌和水的用量，降低水灰比，改善大體積混凝土的和易性，使水泥在水化過程中水化較充分，進(jìn)而提高大體積混凝土的強(qiáng)度。在保持大體積混凝土強(qiáng)度不變的條件下，可節(jié)約10%的水泥用量，進(jìn)而降低了水泥的水化熱，同時也可以延緩水化熱釋放的速度。

（2）摻UEA微膨脹劑

在混凝土中摻加一定量（約10%）的UEA微膨脹劑，可以抵消一部分混凝土在硬化過程中的收縮，且使混凝土內(nèi)部更加密實，可以防止或減少混凝土收縮裂縫的出現(xiàn)。

4）粗骨料：選用5～30mm級配均勻機(jī)碎石，含泥量不大于1%。碎石粒徑越大，表面積越小，水和水泥用量越小。

5）細(xì)骨料：為減小混凝土的后期收縮，宜采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.5～3.0，不使用人工砂。砂的含泥量不得大于3%。

6）拌和水：采用潔凈地下水，地下水溫度較低，有利于降低混凝土澆筑溫度。

7）配合比：配合比計量必須準(zhǔn)確，各種材料用量允許偏差須符合規(guī)范要求。水膠比控制在0.45以下，坍落度控制在180～210mm范圍，砂率控制在40%以內(nèi)。

4.2 混凝土攪拌、運輸、澆筑方面措施

1)混凝土攪拌必須充分，不得有生料出倉。

2)攪拌前，應(yīng)做好各種材料的降溫措施。如：外加劑、砂石等必須覆蓋，不得露天存放，避免陽光直射，并在拌合前2d將碎石灑水降溫；拌合水預(yù)先加冰塊降溫；散裝水泥提前進(jìn)料降溫等。

3)根據(jù)混凝土方量合理安排罐車運輸，運輸能力必須保證混凝土連續(xù)澆筑。罐車等待下料時間不宜過長，混凝土一旦出現(xiàn)初凝現(xiàn)象應(yīng)做廢料處理。

4)混凝土車在等待下料期間，可用地下水沖澆罐體，有利于降低混凝土澆筑溫度。

5)混凝土場內(nèi)運輸輸送泵管用一層麻袋包裹并經(jīng)常灑水保持濕潤，降低混凝土入模溫度。

6)混凝土入槽前，對基坑槽內(nèi)四壁及槽底灑水降溫。

7)混凝土澆筑程序：采用薄層推移，每層澆筑厚度500mm以內(nèi)，且控制混凝土均勻上升，避免過大高差一次到頂，充分利用表面散熱。

8)混凝土應(yīng)保證振搗密實，不得漏振，同時，上一層振搗要插入下一層內(nèi)10cm內(nèi)，以消除兩層之間接縫。

9)混凝土表面處理：混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時用鋁合金刮尺將表面泌水刮走；混凝土初凝時，用鋁合金刮桿將表面刮平，并用木、鐵抹子進(jìn)行抹壓，混凝土初凝后、終凝前再進(jìn)行一次抹壓，使混凝土面層再次充分達(dá)到密實，與底部結(jié)合一致，以消除混凝土由初凝到終凝過程中由于收縮硬化而產(chǎn)生表面裂縫的最大可能性，整個抹壓應(yīng)控制在混凝土終凝前完成。

10)施工縫、后澆帶處理：為減少混凝土收縮引起的附加應(yīng)力,工程中設(shè)置施工后澆帶。施工后澆帶在相鄰板塊澆筑完兩個月后再澆注混凝土，后澆帶宜采用快易收口網(wǎng)模板,強(qiáng)度等級較原設(shè)計提高一級的微膨脹混凝土,且澆注時溫度宜低于主體混凝土澆注時的溫度。

4.3 混凝土養(yǎng)護(hù)及溫度控制方面措施

1）混凝土養(yǎng)護(hù)：采用薄膜和草墊對混凝土進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天。保溫保濕養(yǎng)護(hù)覆蓋時間以混凝土表面終凝為宜，使混凝土處于封閉似高溫濕熱養(yǎng)護(hù)條件下，提高其早期抗拉強(qiáng)度，減少混凝土基礎(chǔ)內(nèi)溫度梯度，降低混凝土中心與表面溫差和降溫速度，充分發(fā)揮混凝土自身抗裂能力。利用混凝土應(yīng)力松弛特性，使混凝土內(nèi)部因溫差產(chǎn)生的抗拉應(yīng)力值小于混凝土本身同期抗拉強(qiáng)度，以達(dá)到防止產(chǎn)生裂縫效果。

2）溫度控制與測溫：應(yīng)根據(jù)工程平面形狀尺寸、厚度等不同情況布設(shè)測溫點，同時測混凝土中心、表面及大氣溫度，溫度上升階段每2～4h測一次，降溫階段每8h測一次，根據(jù)溫度記錄，增減保溫材料厚度或?qū)訑?shù)，確保控制大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差及表面溫度與環(huán)境溫度之差小于25℃。當(dāng)大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差超過25℃時，可增加保溫材料厚度或?qū)訑?shù)；表面溫度與環(huán)境溫度之差超過25℃，可適當(dāng)減少保溫材料厚度或?qū)訑?shù)，反之亦然。當(dāng)混凝土中心溫度低于入模溫度后可停止測溫。

4.4 其他方面措施

如根據(jù)氣候條件影響，采取防雨、防臺風(fēng)等措施保證混凝土澆筑質(zhì)量，從而提高混凝土抗裂性能。

5 結(jié)語

深基坑大體積混凝土要從各環(huán)節(jié)來控制混凝土質(zhì)量，但最重要應(yīng)該從材質(zhì)和保溫保濕養(yǎng)護(hù)著手，這二個環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題，大體積混凝土將不可避免產(chǎn)生裂縫，但其它環(huán)節(jié)也不可忽視。

通過以上各項措施的落實，大體積混凝土的施工滿足了設(shè)計和規(guī)范要求，減少了因出現(xiàn)有害裂縫面必須處理的費用，得到甲方和監(jiān)理方的肯定。

[1]李克江,丁紅巖,姚曉東.大體積混土溫度裂縫分析與工程應(yīng)用[D].天津大學(xué),2009.

[2]朱伯芳,王同生,等.水工混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力和溫度控制[M].北京:水利水電出版社,2008

[3]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M],北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010