超高層超長筏板大體積混凝土施工技術(shù)研究

王鑫

摘要：如今我國經(jīng)濟發(fā)展速度越來越快，城市超高層建筑的建設(shè)和發(fā)展速度也越來越快，超高層建筑筏板基礎(chǔ)的大體積混凝土技術(shù)應(yīng)用越發(fā)普遍。大體積混凝土施工是建筑工程施工中的難點和關(guān)鍵點，與整個建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性有關(guān)。在高層建筑施工中的基礎(chǔ)的穩(wěn)定性是施工中的重中之重，對施工中可能出現(xiàn)的問題要提前進行分析并做出相對應(yīng)的措施方案，以防出現(xiàn)裂縫影響整理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本文主要分析了大體積混凝土在施工中的一些控制措施，希望能對以后的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：超高層；筏板；大體積混凝土； 施工控制

1 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，超高層建筑不斷涌現(xiàn)，基本形式變得更加復(fù)雜和規(guī)?；?，在這些高層建筑中大體積混凝土的應(yīng)用也隨之增多。由于體積大，大體積混凝土在各種因素下容易產(chǎn)生裂縫，對建筑物的安全性和耐久性構(gòu)成嚴重威脅。大體積混凝土的施工質(zhì)量也與整個建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接相關(guān)。

2 大體積混凝土的定義及特征

依據(jù)GB 50496-2009 大體積混凝土施工規(guī)范：

最小幾何尺寸不小于1米的混凝土結(jié)構(gòu)或混凝土預(yù)計會由于混凝土中水泥材料水化引起的溫度變化和收縮而產(chǎn)生有害裂縫。

在超高層混凝土施工過程中，基礎(chǔ)筏板混凝土較厚，表面系數(shù)較小，水泥水化熱釋放較為集中，內(nèi)部溫升較快。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時，混凝土?xí)a(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全。如何通過有效的施工措施來減少混凝土的裂縫，保證筏板的質(zhì)量是本文研究的重點。

3 工程概況

高新NEWORLD項目位于陜西省西安市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，集辦公、商務(wù)、休閑、娛樂為一體的城市綜合體，總建筑面積208400㎡，由1#樓、2#樓、3#樓、裙樓及地下車庫5部分組成，其中3#樓為框架核心筒結(jié)構(gòu)、建筑高度193.5m，地下3層，地上39層，屬于超高層建筑。

3#樓筏板為筏型基礎(chǔ)加承臺基礎(chǔ)，砼等級為C40，摻復(fù)合纖維膨脹抗裂劑、抗?jié)B等級為P8。核心筒區(qū)域為筏型基礎(chǔ)、底板厚度為 3.0 m ，外框為承臺基礎(chǔ)、厚度為2.9m，局部底板電梯井處最厚處為5.32m。為了加快基礎(chǔ)階段施工，本工程取消了兩條伸縮后澆帶，筏板東西長56m，南北寬42m，總方量6252m3，澆筑時間約60小時，采用蓄水養(yǎng)護、養(yǎng)護時間15天、澆筑時間于5月中旬。.下面以本工程為例，提出了大體積混凝土施工控制措施，期望能給同類超高層建筑大體積混凝土施工技術(shù)提供技術(shù)參考。

筏板取消后澆帶示意圖

4 混凝土原材料的確定

在施工過程中一般使用低熱礦渣硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥來減少混凝土的水熱化。為了保證板坯混凝土的質(zhì)量，對原材料提出了更高的要求：需要特別注意早期的水化熱和混凝土的體積穩(wěn)定性的控制。

（1）采用低熱P.O42.5水泥；

（2）采用Ⅱ級粉煤灰；

（3）細集料采用中砂；

（4）粗集料選用5-25mm 優(yōu)質(zhì)連續(xù)級配碎石；

（5）外加劑采用緩凝型TSH-Ⅰ泵送劑，推遲水化熱峰值的出現(xiàn)；

（6）采用S95礦渣粉；

（7）采用HY-CC型復(fù)合纖維膨脹抗裂劑，能增強鋼筋與水泥表面的握裹力，有利于增強混凝土的抗裂性能、本工程筏板取消了兩道伸縮后澆帶，筏板長度達56m。

5 優(yōu)化混凝土配合比

減少混凝土用水量，控制水泥的最大用量；采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰作為混合材料，對控制混凝土水化熱，提高混凝土的體積穩(wěn)定性具有很好的用途。緩凝型TSH-I泵送劑的使用延遲了水化熱溫度升高的開始，延遲了水合反應(yīng)的進程，并控制了混凝土的早期水化反應(yīng)速率。為了達到控制水化熱早期升溫的目的，以60d強度的混凝土作為延長混凝土放熱時間的指標(biāo)。經(jīng)過多次試驗后，大體積混凝土配合比的最終測定結(jié)果如下表所示。

表1 C40筏板混凝土配合比

6 大體積混凝土澆筑方法

大體積混凝土遵循澆筑本工程大體積混凝土澆搗采用“斜面分層、薄層澆注、一次到頂”的澆注方法，每層澆注高度應(yīng)控制在500mm左右，坡度取1：6 ～1：7。層間最長的間歇時間不應(yīng)大于混凝土的初凝時間?；炷翝仓从傻偷礁叩脑瓌t澆

筑，沿長邊方向自一端向另一端進行。由于本工程場地狹窄，場區(qū)內(nèi)泵車位置和行車路線受到限制，按照澆筑方向“由遠及近，由低到高”的原則，確定大體積澆筑方向為由東向西順序澆筑。

筏板平面布置圖

澆筑順序圖

7 混凝土收面

在最終冷凝之前，混凝土板幾乎沒有強度，或者強度非常小。毛細管中的大的負壓導(dǎo)致混凝土迅速收縮，并且混凝土的強度不能承受混凝土本身的收縮，因此容易產(chǎn)生裂縫。為減少裂縫的產(chǎn)生，采用如下施工工藝：

澆筑混凝土面層—用鐵抹子初步收面整平，并覆蓋塑料薄膜—終凝前揭開薄膜，磨光機收面，人工抹子收面—混凝土表面拉毛—覆蓋塑料薄膜及保溫棉—蓄水養(yǎng)護。

由于混凝土大面積坍塌，大體積混凝土采用二次擠壓處理工藝，在混凝土初凝后或混凝土預(yù)浸后，及時覆蓋塑料薄膜，可有效避免過度潮濕控制混凝土表面非結(jié)構(gòu)性細裂紋的發(fā)生和發(fā)展。

8 混凝土泌水處理

大流動性混凝土在澆筑和振搗過程中，大部分上涌的泌水和浮漿順混凝土坡面流到坑底，并匯集到澆筑方向的一側(cè)，由軟軸抽水機抽走泌水；少量來不及排除的泌水隨著混凝土推進而被趕至基坑頂部，由模板頂部排出。

當(dāng)混凝土大坡面的坡腳接近頂端模板時，改變混凝土澆筑方向，即從頂端往回澆筑，與原斜坡相交成一個積水坑，另外有意識地加強側(cè)板處的混凝土澆筑強度，這樣積水坑逐步在中間縮小成水潭，并將水及時排除。采用這種方法基本上排除了最后階段的所有泌水。澆筑過程中砼的泌水要及時處理，免使粗骨料下沉，砼表面水泥砂漿過厚致使砼強度不均和產(chǎn)生收縮裂縫。

當(dāng)混凝土斜坡的坡度接近頂部模板時，改變混凝土澆筑方向，即從頂部后傾，并與原始斜坡相交，形成一個水坑。另外，有意識地加強側(cè)板的混凝土澆筑強度，使水坑逐漸收縮到中間的水池中，并要及時清除水。該方法基本上消除了最后階段的所有出血。在澆注過程中，應(yīng)及時處理砼的泌水，以防止粗骨料下沉，砼表面的水泥砂漿過厚，從而產(chǎn)生強度不均勻和收縮裂縫。

9 混凝土養(yǎng)護

采用分區(qū)蓄水法養(yǎng)護，初凝后先進行收面，收面完成后先覆蓋一層塑料薄膜，且宜使塑料布緊貼混凝土表面，塑料布之間的搭接不少于 100mm，遇有鋼筋頭周圍再覆蓋一層塑料布。

混凝土終凝前，在塑料薄膜上覆蓋一層棉氈，棉氈用水濕潤，確保塑料薄膜不被風(fēng)刮起，另可補充水分，防止混凝土表面失水，產(chǎn)生溫度裂縫。同時在該區(qū)域砌筑磚胎膜，高度12cm，內(nèi)側(cè)要進行抹面，封嚴，確保不漏水。

混凝土終凝4小時之后，在磚模內(nèi)澆溫水，從而實現(xiàn)蓄水養(yǎng)護，蓄水深度不小于8cm。具體養(yǎng)護天數(shù)以溫度監(jiān)測為準(zhǔn)，一般不少于14 天，混凝土內(nèi)外溫差在表面養(yǎng)護結(jié)束后不超過15℃為宜。時刻檢測大體積混凝土內(nèi)部與表面溫差，若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部與表層溫差大，需采用增加保溫層厚度方式縮小溫差。

嚴格控制大體積混凝土溫度

a 混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于 50℃；

b混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25℃；

c 混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃；

d 混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

e混凝土中心最高溫度的降溫速率不宜大于 2℃/d

9 測溫控制

布置要求：沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置頂面、底面和中心溫度測點，其余測點宜按測點間距不大于600mm布置；

測溫線布置：測溫導(dǎo)線，6m、5m、3.5m、2m、0.5m五種規(guī)格。測溫線綁扎在φ12專用鋼筋上 ，每個測溫點位置分別設(shè)在筏板表面-5cm，筏板表面-60cm，筏板底面+5cm，筏板底面+60cm和筏板中心位置。測溫線測點插口高于混凝土頂面 100mm，由扎絲固定在預(yù)埋鋼筋支座上。測溫線安裝位置要準(zhǔn)確，固定牢固。

凝土澆筑完畢10小時后，開始測試，溫升階段每2小時測溫一次，降溫階段每4小時測溫一次，每個測區(qū)監(jiān)測結(jié)束一周內(nèi)提供正式報告。

大體積混凝土養(yǎng)護的降溫階段，如果混凝土溫度緩慢下降，徐變得以充分顯現(xiàn)，則混凝土中拉應(yīng)力能相應(yīng)減小，同時，混凝土齡期愈長，混凝土抗拉性能大于混凝土的收縮應(yīng)力，可避免和減少裂縫的產(chǎn)生。對于厚度為 3.0m、5.3m的混凝土，降溫一般需 11d～15d，保濕養(yǎng)護時間不得少于 14d。

最終，本工程筏板在混凝土養(yǎng)護15天后，中心溫度達到49.3℃，表面溫度達到26.5℃，里表溫差22.8℃，表面與大氣溫差小于10℃。養(yǎng)護完成。

10 混凝土熱工計算

10.1最終絕熱溫升

Th=W*Q/（c*ρ）

=430×314/（0.97×2400）

=57.9℃

Th：混凝土最終絕熱溫升（℃）；

W：每m3 混凝土的膠凝材料用量（kg/ m3）；

C：混凝土的比熱，取0.97〔kJ/（kg.℃）〕；

ρ：混凝土的重力密度，2400（kg/ m3）；

10.2混凝土中心計算溫度

該底板混凝土最厚處3.0m，查資料知齡期為3 d時中心溫度最高，查表得此時混凝土溫度系數(shù) ξ=0.68，則混凝土內(nèi)部中心溫度Tmax

Tmax=Tj+Th·ξ（t）

=23+57.9*0.68

=62.37℃

Tmax：齡期3天時混凝土中心計算溫度（℃）；

Tj：混凝土澆筑溫度（℃）；實測取23（℃）

ξ（t）：3天齡期降溫系數(shù)，取0.68

10.3混凝土表面溫度計算

（1）本工程采用蓄水養(yǎng)護

蓄水養(yǎng)護深度計算

hw=x·M（Tmax-T2）Kb·λw/（700Tj+0.28mc*Q）

=

=0.08m

hw：養(yǎng)護水深度、經(jīng)計算確定為8cm；

x：混凝土維持到指定溫度的延續(xù)時間，即蓄水養(yǎng)護時間（h）；

M：混凝土結(jié)構(gòu)表面系數(shù)（1/m），M=F/V；

F：與大氣接觸的表面積（m2）；F=2580

V：混凝土體積（m3）；V=5050

Tmax-T2：一般取20～25（℃）；

Kb：傳熱系數(shù)修正值；

700：折算系數(shù)[kJ/（m3·K）]；

λw：水的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.58[W/（m·K）]。

（2）混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數(shù)

β=1/[Σδi/δi+1/βq]

=1/ [0.08/0.58+1/23]

=0.55

δi：各保溫材料厚度（m）；

λi：各保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m·K）]；

βq：空氣層的傳熱系數(shù)，取23[W/（m2·K）]。

（3）混凝土虛厚度

h'=k·λ/β =0.28

k：折減系數(shù)，取2/3；

λ：混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33[W/（m·K）]。

（4）混凝土計算厚度

H=h+2h' =3+2*0.28=3.56

h：混凝土實際厚度（m）。

（5）混凝土表層溫度

Tb（t）=Tq+4·h'（H-h'）△T1（t）/H2

=25+4*0.28*3.28*44/3.562

=37.75（℃）

Tq：施工期大氣平均溫度取25（℃）；

△T1t經(jīng)現(xiàn)場實測為44（℃），

（6） 計算溫差

混凝土中心與表面溫度差

△T1 =62.37-37.75=24.62<25℃，滿足要求。

表面溫度與大氣溫度差

△T2 = 37.75-25=12.75 =<20℃滿足要求。

11 結(jié)語

超高層建筑大體積混凝土施工質(zhì)量的控制是保證整體建筑結(jié)構(gòu)完整性和耐久性的重要保證。施工時必須從原材料、配合比、澆筑方法、混凝土收面、泌水處理、養(yǎng)護及測溫控制各個方面嚴格把關(guān)。同時，有必要加強施工現(xiàn)場的管理能力，以便利用當(dāng)?shù)貤l件和工程條件在現(xiàn)場獲取材料。保護環(huán)境，節(jié)約資源，簡單快速施工，確保質(zhì)量。該項目完善，確保了基礎(chǔ)施工任務(wù)的順利完成，為超高層建筑的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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（作者單位：中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司）