超長(zhǎng)、超寬、超厚大體積筏板基礎(chǔ)混凝土無(wú)縫施工技術(shù)應(yīng)用與研究

來(lái)峻岳　林文強(qiáng)　趙文麗

摘要：文章結(jié)合洛陽(yáng)正大國(guó)際城市廣場(chǎng)暨市民中心項(xiàng)目——東地塊7號(hào)樓筏板基礎(chǔ)大體積混凝土無(wú)縫施工實(shí)例，為確保施工中溫控指標(biāo)及裂縫控制達(dá)到工程要求，混凝土強(qiáng)度采用60d強(qiáng)度，優(yōu)化混凝土配合比，采取粉煤灰與礦粉雙摻、減少水泥用量來(lái)降低水化熱峰值并滯后釋放水化熱，采用外保溫等措施控制混凝土里表溫差以進(jìn)行裂縫控制。經(jīng)施工后實(shí)測(cè)，各項(xiàng)溫控指標(biāo)及裂縫控制均達(dá)到規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)、超寬、超厚大體積混凝土；優(yōu)化配合比；60d強(qiáng)度；外保溫；電子測(cè)溫

中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）02-0051-04

1 工程概況

洛陽(yáng)正大國(guó)際城市廣場(chǎng)暨市民中心項(xiàng)目——東地塊7號(hào)樓為洛陽(yáng)市在建最高的商業(yè)辦公綜合樓，位于洛陽(yáng)市洛龍區(qū)開元大道以南，西臨開元湖。工程建筑類別為一類超高層公共建筑，工程為鋼管混凝土框架——混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為8度，地下3層，地上51層，建筑總高度211.75m，總建筑面積為114952.9m2。

本工程基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)占地面積5653m2，南北長(zhǎng)84.75m，東西寬66.7m，采用C50P8抗?jié)B混凝土，筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)厚度分別為2m、3.3m、4.2m。該基礎(chǔ)已于2012年10月21日施工完畢。

本工程筏板基礎(chǔ)為超長(zhǎng)、超寬、超厚的大體積混凝土，施工時(shí)采用無(wú)縫施工，取消伸縮縫、沉降縫、抗震縫、溫度后澆帶及沉降后澆帶，實(shí)現(xiàn)完全無(wú)縫施工，施工時(shí)優(yōu)化配合比，取消混凝土內(nèi)部冷卻水管，采用外保溫。

本文中所用符號(hào)不再進(jìn)行解釋，詳見《大體積混凝土施工規(guī)范》及《建筑施工手冊(cè)（第四版）》中相關(guān)符號(hào)，只進(jìn)行取值。

2 筏板大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)

為確保溫控指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求，該工程在施工前對(duì)混凝土設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用粉煤灰與礦粉雙摻，增加粉煤灰用量，減少水泥用量，取消膨脹劑，使用聚羧酸減水劑，減小混凝土坍落度控制在140±20mm，混凝土配合比強(qiáng)度設(shè)計(jì)與強(qiáng)度評(píng)定采用60d強(qiáng)度，混凝土配合比見表1：

表1 混凝土配合比表

設(shè)計(jì)

強(qiáng)度 C50P8 材料種類 水泥

（P.O42.5） 中砂 碎石

（5～30） 水 外加劑

（ZW-PCA

-HNY-Ⅱ） 摻合料1

（粉煤灰） 摻合料2

（礦粉）

水膠比 0.35 材料用量

（kg/m3） 240 765 1056 150 4.5 150 35

砂率 42% 配合比 1 3.19 4.4 0.625 0.019 0.625 0.146

3 筏板基礎(chǔ)大體積混凝土溫度計(jì)算及實(shí)測(cè)

在筏板基礎(chǔ)施工前，應(yīng)對(duì)施工階段大體積混凝土澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進(jìn)行試算，并確定施工階段澆筑體的溫升峰值、里表溫差及降溫速度的控制指標(biāo)，制定相應(yīng)的溫控技術(shù)措施。

3.1 混凝土最高水化熱的絕熱溫升

10月份洛陽(yáng)的混凝土入模溫度按25℃考慮，按規(guī)范要求則澆筑體溫升不宜大于75℃。根據(jù)《大體積混凝土瞬態(tài)溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)值分析》的結(jié)論，混凝土最大溫度峰值會(huì)出現(xiàn)在第3～6d。代入公式為：

Th＝W·Q/c·ρ＝425×348.75/0.96×2400＝64.33℃ （1）

Q＝K·Q0＝0.93×375＝348.75kJ/kg （2）

式中：K按下式計(jì)算（K1、K2按大體積混凝土施工規(guī)范表B.1.3取值），K＝K1＋K2－1＝0.93＋1－1＝0.93；Q0取375kJ/kg；W＝240＋150＋35＝425 kg/m3；c取0.96kJ/（kg·℃）；ρ取2400kg/m3。

3.2 混凝土各齡期中心計(jì)算溫度

T1（t）＝Tj＋Th·ξ（t） （3）

式中：Tj取25℃；由3.1計(jì)算Th＝64.33℃；ξ（t）

為t齡期降溫系數(shù)，查《建筑施工手冊(cè)（第四版）》表10-83。

混凝土澆筑3d后中心計(jì)算溫度（厚度按4m

計(jì)算）：

T1（3）＝25＋64.33×0.74＝72.6℃

其余每隔3d各齡期中心計(jì)算溫度分別為：71.96℃；71.32℃；66.81℃；60.38℃；54.59℃；48.80℃；44.30℃；41．08℃；40.44℃。

3.3 各階段混凝土中心溫度溫升差值

混凝土澆筑后3～6d混凝土中心溫度溫升差值：

ΔT1（3-6）＝72.6－71.96＝0.64℃

其余每隔3d各階段混凝土中心溫升溫差分別為：0.64℃；4.51℃；6.43℃；5.79℃；5.79℃；4.5℃；3.22℃；0.64℃。

3.4 混凝土各齡期中心計(jì)算溫度與實(shí)測(cè)溫度對(duì)比

混凝土各齡期中心計(jì)算溫度與實(shí)測(cè)溫度對(duì)比表見表2：

表2 各齡期混凝土中心計(jì)算溫度與實(shí)測(cè)溫度對(duì)比表

齡期t/d 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

中心實(shí)測(cè)溫度℃ 73.6 72.8 71.03 67.2 60.7 55.9 51.4 47.5 45.2 42.5

中心計(jì)算溫度℃ 72.6 71.96 71.32 66.81 60.38 54.59 48.80 44.30 41．08 40.44

4 混凝土收縮變形值的當(dāng)量溫度計(jì)算

4.1 混凝土各齡期收縮的相對(duì)變形值計(jì)算

εy（t）＝ε0y（l－e-0.01t）M1·M2·M3…M11 （4）

式中：ε0y取3.24×10-4；M1取1.0；M2取1.0；M3取0.925；M4取1.2；M5＝1.09（3d），M5＝1.02（6d），M5＝0.97（9d），M5＝0.95（12d），M5＝0.93（14～30d）；M6取1.0；M7取0.65；M8取0.92；M9取1.3；M10取0.89；M11取1.0。

則：

M1·M2·M3·M4·M6·M7·M8·M9·M10·M11

＝1×1×0.925×1.2×1×0.65×0.92×1.3×0.89×1＝0.768。

混凝土澆筑后3d收縮的相對(duì)變形值：εy（3）＝3.24×10-4×（l－e-0.03）×0.768×1.09＝0.08×10-4mm。

其余每隔3d各齡期收縮的相對(duì)變形值分別為：0.148；0.208；0.267；0.322；0.381；0.438；0.494；0.548；0.6（×10-4mm）。

4.2 混凝土各齡期收縮的相對(duì)變形值的當(dāng)量溫度計(jì)算

Ty（t）＝εy（t）/α （5）

式中：α取1×10-5（mm/℃）。

混凝土澆筑3d后當(dāng)量溫度Ty（3）＝εy（3）/α＝0.08×10-4/1×10-5＝0.80℃。

其余每隔3d各齡期收縮的當(dāng)量溫度分別為：1.48℃；2.08℃；2.67℃；3.22℃；3.81℃；4.38℃；4.94℃；5.48℃；6℃。

4.3 各階段混凝土收縮的當(dāng)量溫度差值

混凝土澆筑后3～6d收縮的當(dāng)量溫度差值：

ΔTy（3-6）＝Ty（6）－Ty（3）＝1.48－0.80＝0.68℃。

其余每隔3d各階段混凝土收縮的當(dāng)量溫度差值分別為：0.6℃；0.6℃；0.55℃；0.59℃；0.57℃；0.55℃；0.54℃；0.52℃。

4.4 各階段混凝土單位綜合溫差

混凝土澆筑后3～6d的綜合溫差ΔT（3-6）＝

ΔT1（3-6）＋ΔTy（3-6）＝0.64＋0.68＝1.32℃。

其余每隔3d各階段混凝土的綜合溫差分別為：1.24℃；5.11℃；6.98℃；6.38℃；6.36℃；5.05℃；3.76℃；1.16℃。

5 混凝土彈性模量計(jì)算

混凝土各齡期的彈性模量可按下式計(jì)算：

E（t）＝βE0（1－e-0.09t） （6）

式中：β按下式計(jì)算（β1·β2按大體積混凝土施工規(guī)范表B.3.2取值），β＝β1·β2＝0.97×1.01＝0.98；E0在C50為3.45×104N/mm2。

混凝土澆筑3d后彈性模量：E（3）＝0.98×3.45×104×（1－e-0.09×3）＝0.8×104N/mm2。

其余每隔3d各齡期的彈性模量分別為：1.411；1.877；2.233；2.504；2.712；2.87；2.991；3.083；3.154。

6 溫度應(yīng)力計(jì)算

6.1 在外約束條件下產(chǎn)生的拉應(yīng)力計(jì)算

σx（t）＝[α/（1-?）]ΔT2i（t）×Ei（t）×Hi（t，t1）×Ri（t） （7）

式中：α為1×10-5（mm/℃）；?取0.15；ΔT2i（t）見上述計(jì)算；Ei（t）見上述計(jì)算；Ri（t）取0.5；Hi（t，t1）詳見表3。

表3 混凝土各齡期應(yīng)力松弛系數(shù)

齡期t（d） 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

應(yīng)力松弛系數(shù) 0.193 0.209 0.213 0.232 0.259 0.286 0.301 0.435 0.57 1

混凝土澆筑后3～6d外約束應(yīng)力：

σx（3－6）＝[α/（1－?）]×ΔT（3－6）×[E（3）＋E（6）]/2×[H（3）＋H（6）]/2×Ri（t）

＝1×10-5/（1－0.15）×1.32×（0.8＋1.411）×104/2×（0.193＋0.209）/2×0.5＝0.017MPa

其余每隔3d各階段混凝土的外約束應(yīng)力分別為：0.025MPa；0.137MPa；0.239MPa；0.267MPa；0.306MPa；0.32MPa；0.338MPa；0.167MPa。

經(jīng)計(jì)算可知：

σx＝σx（3-6）＋σx（6-9）＋σx（9-12）＋σx（12-15）＋σx（15-18）＋σx（18-21）＋σx（21-24）＋σx（24-27）＋σx（27-30）＝1.817MPa。

6.2 因里表溫差的增量產(chǎn)生的自約束拉應(yīng)力計(jì)算

σz（t）＝α/2×ΔT1i（t）×Ei（t）×Hi（t，t1） （8）

式中：α為1×10-5（mm/℃）；Ei（t）見上面計(jì)算；Hi（t，t1）見表3。

計(jì)算混凝土澆筑體各齡期里表溫差：

T1i（t）＝T0＋2/3×T1（t）－Ty（t）－Th （9）

式中：T0取25℃；T1（t）見表2；Ty（t）見上述計(jì)算；Th取20℃。

T1i（3）＝25＋2/3×72.6－0.8－20＝52.6℃

其余每隔3d各階段混凝土的里表溫差分別為：51.49℃；50.47℃；46.87℃；42.03℃；37.58℃；33.15℃；29.59℃；26.91℃；25.96℃

混凝土澆筑后3～6d的里表溫差增量：

ΔT1i（3－6）＝T1i（3）－T1i（6）＝52.6－51.49＝1.11℃

其余每隔3d各階段混凝土的里表溫差增量分別為：1.03℃；3.60℃；4.84℃；4.45℃；4.43℃；3.56℃；2.69℃；0.95℃

混凝土澆筑后3～6d自約束應(yīng)力：

σz（3－6）＝α/2×ΔT1i（3－6）×[E（3）＋E（6）]/2×[H（3）＋H（6）]/2＝1×10-5/2×1.11×（0.8＋1.411）×104/2×（0.193＋0.209）/2＝0.012MPa。

其余每隔3d各階段混凝土的自約束應(yīng)力分別為：0.018MPa；0.082MPa；0.141MPa；0.158MPa；0.181MPa；0.192MPa；0.205MPa；0.116MPa

經(jīng)計(jì)算可知：σz＝σz（3-6）＋σz（6－9）＋σz（9－12）＋σz（12-15）＋σz（15－18）＋σz（18－21）＋σz（21-24）＋σz（24-27）＋σz（27－30）＝1.105MPa。

7 大體積混凝土抗裂驗(yàn)算

混凝土防裂性能可按下列公式判斷：

λ·ftk（t）/σz≥K （10）

且λ·ftk（t）/σx≥K （11）

式中：K取1.15；λ按下式計(jì)算（λ1、λ2按《大體積混凝土施工規(guī)范》表B.7.2-1取值）：λ＝λ1·λ2＝0.95×1.06＝1.007。

ftk（t）＝ftk（1－e-γt） （12）

式中：ftk在C50為2.65MPa；γ取0.3。

則ftk（30）＝2.65×（1－2.718-0.3×30）＝2.6497MPa。

代入公式（10）、（11）計(jì)算：

λ·ftk（30）/σz＝1.007×2.6497/1.105＝2.415≥K＝1.15

λ·ftk（30）/σx＝1.007×2.6497/1.817＝1.468≥K＝1.15

經(jīng)驗(yàn)算，累計(jì)外約束應(yīng)力和自約束應(yīng)力抗裂系數(shù)均大于抗裂安全系數(shù)1.15，滿足抗裂要求。

8 混凝土表面保溫層厚度計(jì)算

由上述計(jì)算可知，筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑3d后里表溫差為52.6℃，大于規(guī)范要求里表溫差為25℃的規(guī)定。為了降低混凝土的內(nèi)外溫差，本工程采取混凝土上鋪一層塑料薄膜，上面覆蓋一層帶鋁箔的玻璃絲棉，按下面公式計(jì)算玻璃絲綿厚度：

δ＝0.5h·λx（T2－Tq）Kb/[λ·（Tmax－T2）] （13）

式中：h為4.2m；λx為0.038；T2＝Tmax－25＝72.6－25＝47.6℃；Tq取20℃；λ取2.33W/（m·K）；Tmax＝72.6℃；Kb取1.3。

代入公式δ＝0.5×4.2×0.038×（47.6－20）×1.3/[2.33×（72.6－47.6）]＝0.049m＝4.9cm

經(jīng)計(jì)算可知，本工程采取混凝土上鋪一層塑料薄膜，上面覆蓋一層5cm厚帶鋁箔的玻璃絲棉能滿足要求。

混凝土上表面覆蓋保溫材料后各齡期實(shí)際測(cè)量溫度見表4，混凝土里表溫差未超過25℃，滿足規(guī)范要求。

表4 各齡期混凝土實(shí)際測(cè)量溫度表

齡期t/d 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

上表面溫度℃ 48.9 48.2 46.2 44 42.5 40.2 38.5 35.7 32.4 30.3

中心溫度℃ 73.6 72.8 71.03 67.2 60.7 55.9 51.4 47.5 45.2 42.5

下表面溫度℃ 53.4 52.7 52 50.5 48.8 47.6 46.1 43.9 40.6 37.8

9 大體積混凝土測(cè)溫方案

9.1 溫度監(jiān)測(cè)的方法

采用在混凝土中心、上表層、下表面埋設(shè)溫度傳感器，用上海同漢建筑科技服務(wù)有限公司的手持式數(shù)字溫度儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)期間對(duì)埋設(shè)在基礎(chǔ)混凝土中心和上、下表面的溫度傳感器實(shí)施定時(shí)的監(jiān)測(cè)。每天及時(shí)提供各測(cè)點(diǎn)的溫度值，以利于施工技術(shù)部門進(jìn)行定量和定性分析。

9.2 測(cè)點(diǎn)布置方案

根據(jù)基礎(chǔ)形狀、厚度等臨界條件以及混凝土澆筑的順序，我們?cè)诨A(chǔ)的不同厚度部位布置測(cè)溫組。測(cè)溫點(diǎn)分布如下：筏板澆筑時(shí)設(shè)9個(gè)測(cè)溫組，其中01、02測(cè)溫組為4.2m區(qū)域；05、06測(cè)溫組為3.3m區(qū)域，03、04、07、08、09測(cè)溫組為2.0m區(qū)域。各測(cè)溫組的具體布設(shè)位置略。

9.3 監(jiān)測(cè)制度

監(jiān)測(cè)期以基礎(chǔ)混凝土開始澆搗起至混凝土中心溫度進(jìn)入安全區(qū)為止，起始測(cè)溫每3h記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一次，自第3d起每6h記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一次。

10 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土施工前進(jìn)行優(yōu)化配合比，并進(jìn)行混凝土溫升、抗裂等數(shù)據(jù)的驗(yàn)算，對(duì)施工中控制大體積混凝土裂縫作用較大；通過各種數(shù)據(jù)的計(jì)算能有效地預(yù)測(cè)混凝土各種峰值數(shù)據(jù)，對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)工序起到指導(dǎo)作用；混凝土澆筑后的溫度檢測(cè)對(duì)指導(dǎo)混凝土養(yǎng)護(hù)、預(yù)防裂縫的產(chǎn)生效果明顯。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：來(lái)峻岳（1974-），男，河北邯鄲人，河北建工集團(tuán)有限責(zé)任公司高級(jí)工程師，研究方向：施工技術(shù)應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：周 瓊）