模擬地震振動臺基礎(chǔ)大體積混凝土施工質(zhì)量控制

康建軍 （安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230001）

1 概述

安徽建科院抗震檢測實驗室，位于合肥市蜀山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。地震模擬系統(tǒng)振動臺是實驗室的主要設(shè)備之一，該設(shè)備為一套臺面尺寸3m×3m的三向六自由度振動臺。振動臺通過8個激振作動器與預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)里的作動器連接件相連接。振動臺基礎(chǔ)采用開口箱形固定基礎(chǔ)，外形幾何尺寸為11m×4.8m×7.5m，混凝土強度等級C30，混凝土總用量約1300m。根據(jù)《大體積混凝土施工標準》（GB50496-2018）相關(guān)條款，本工程屬于大體積混凝土基礎(chǔ)范疇?；A(chǔ)見圖1、圖2所示。

圖1 基礎(chǔ)平面圖

圖2 基礎(chǔ)剖面圖

大體積混凝土由于厚度尺寸較大，混凝土內(nèi)部水泥水化產(chǎn)生的熱量較難散發(fā)，內(nèi)部和外部溫差導(dǎo)致的溫度變形不一致，從而在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。溫差大到一定程度，混凝土表面拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強度時，在混凝土表面會產(chǎn)生有害裂縫，有時甚至?xí)a(chǎn)生貫穿裂縫。

而振動臺基礎(chǔ)屬于動載基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承受振動臺工作時傳遞的動荷載，如果振動臺作動器連接預(yù)埋件與混凝土基礎(chǔ)之間出現(xiàn)裂縫，將極大地破壞振動臺基礎(chǔ)的整體剛性，作動器無法傳遞激振力。因此采取有效措施控制混凝土的溫度應(yīng)力和收縮力，從而防止混凝土裂縫，成為該振動臺基礎(chǔ)施工質(zhì)量的一個重要控制點。

2 原材料選擇及配合比設(shè)計

2.1 原材料

①為降低混凝土中?水泥的水化熱，采用外摻法配置混凝土。使用海螺P042.5低熱普通硅酸鹽水泥，混凝土中摻加適量粉煤灰，在保證膠凝材料總量前提下，降低了水泥用量，從而能降低混凝土水化熱，并且改善混凝土的和易性、可泵性、粘聚性等性能。使用前必須對水泥的強度、安定性、凝結(jié)時間、水化熱等性能指標進行復(fù)驗。

②細骨料采用中砂，細度模數(shù)為2.5，含泥量為 1.1%，級配區(qū)間Ⅱ區(qū)中砂。

③粗骨料粒徑級配為5㎜～16㎜：16㎜～31.5㎜=1:3，試驗含泥量0.1%，且為非堿活性粗骨料。

④粉煤灰選用F類二級。外加劑采用高效緩凝、減水型，為江蘇蘇博特PCA-I型；膨脹劑為江蘇蘇博特HME-Ⅲ型。

2.2 配合比設(shè)計

經(jīng)試驗室技術(shù)人員多次試配，根據(jù)各種混凝土配合比的性能及強度試驗報告，最終確定采用的配合比如下表。

3 澆筑工藝

①根據(jù)振動臺基礎(chǔ)尺寸及振動臺作動器預(yù)埋件安裝工藝要求，混凝土擬分四次澆筑完成。第一次：-7.5m至-6.2m，高度1.3m，混凝土約 211m；第二次：-6.2m至-3.38m，高度2.82m，混凝土約469m；第三次：-3.38m至-1.6m，厚度1.78m，混凝土約 229.8m；第四次：-1.6m至0m，厚度1.6m，混凝土約207m?；炷练执螡仓蟠鬁p低混凝土收縮產(chǎn)生裂縫，每次混凝土澆筑間隔20d左右。見圖2所示。

②每次混凝土澆筑前重點處理施工縫界面，使混凝土結(jié)合密實牢固。根據(jù)混凝土每次澆筑體量、運輸混凝土?xí)r間及混凝土初凝時間，采用整體分層連續(xù)式澆灌混凝土澆筑方式，每層混凝土厚度為400mm。振搗從澆筑層的下端開始，逐漸上移，以保證混凝土施工質(zhì)量。見圖3所示。

圖3 混凝土澆筑斜面分層示意圖

配合比設(shè)計表

③現(xiàn)場采用的是電動插入式振搗器，振搗時，振搗棒應(yīng)呈45°斜插，快插慢拔，插點間距一般在300mm～450mm，插點應(yīng)均勻排列，逐點移動，循序漸進；振搗時間宜為10s～30s，以混凝土表面泛漿和不冒氣泡為準。在混凝土初凝前，進行復(fù)振，將振動棒插入混凝土中，排出混凝土中多余的水分。待混凝土表面收水后，用磨光機或木抹搓平，防止混凝土干縮裂縫出現(xiàn)。

4 混凝土內(nèi)外溫差控制措施

4.1 降低混凝土的攪拌出機溫度及入模溫度

①除水泥水化熱外，考慮到本工程基礎(chǔ)混凝土澆筑時間恰逢合肥市5月份，攪拌站對骨料可進行噴淋冷水預(yù)冷（但注意做好骨料含水率的測定及施工配合比用水量的調(diào)整），亦可進行覆蓋或設(shè)置遮陽裝置避免日光直曬。

②水泥生產(chǎn)出廠后，應(yīng)停置冷卻一周時間后方可使用。

③盡量縮短混凝土的運輸時間，運輸罐車如具備條件，也應(yīng)設(shè)置避陽設(shè)施。

④使用冷水?dāng)嚢?，摻加相?yīng)的緩凝型減水劑。

4.2 加強施工中溫度控制

①在混凝土澆筑完，表面處理好之后，立即用塑料薄膜及土工布覆蓋。塑料薄膜及土工布具有很好的保溫作用，同時對混凝土還具有明顯的保濕效果。這樣混凝土表面可以持續(xù)保持濕潤狀態(tài)，緩慢降溫，混凝土徐變特性得到充分發(fā)揮，從而降低溫度應(yīng)力。采用表面覆蓋隔熱保護的方法，避免表面降溫過大，起到了降低內(nèi)外溫差防止裂縫的作用。

②鑒于混凝土表面有豎向鋼筋，無法放置板材保溫材料，混凝土澆筑后采用蓄水保溫。根據(jù)《大體積混凝土施工標準》（GB50496-2018）計算蓄水保溫的厚度，安排專人進行管理。混凝土養(yǎng)護時間不少于14d，并延遲側(cè)模拆除時間，側(cè)模拆除時間不早于7d，采用帶模養(yǎng)護，降低混凝土降溫時間和速度，充分利用混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。

③進行混凝土溫度測量，根據(jù)混凝土測溫數(shù)值變化情況，適時調(diào)整蓄水保溫層厚度，控制混凝土表面溫度，從而降低混凝土里表溫差，減小溫度梯度。確?；炷晾锉頊夭羁刂圃?5℃以內(nèi)，表面溫度與環(huán)境溫差均控制在20℃以內(nèi)，保持降溫速率2℃/d，控制混凝土溫度陡降不超過10℃。通過加強測溫和溫度監(jiān)測管理，以有效遏制有害裂縫出現(xiàn)。

④嚴格按照混凝土澆筑施工工藝，安排各施工工序，確?；炷猎跐仓^程中能分層分段進行，便于散發(fā)混凝土水化熱，降低溫升峰值。

4.3 提升混凝土的極限拉伸強度

①精選混凝土粗骨料，嚴格控制其含泥量，骨料級配良好。通過加強混凝土的振搗，提高混凝土密實度，增加抗拉強度，減小收縮變形。

②混凝土拌制采取二次投料法、澆筑采取二次振搗法，排除混凝土因泌水形成的空隙，提高握裹力，增強混凝土抗裂性；澆筑后及時排除混凝土表面泌水，加強早期養(yǎng)護，提高混凝土早期抗拉強度及彈性模量。

5 溫度測量與數(shù)值結(jié)果分析

5.1 溫度測量

①結(jié)合振動臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)幾何特點以及混凝土分層澆筑施工情況，在待澆筑混凝土中布置測溫點位。以第二次澆筑基礎(chǔ)混凝土為例，混凝土澆筑厚度2.82m，測溫位布置平面圖，見圖4所示。每個測位沿混凝土澆筑體厚度方向布置5個測溫點，分別為混凝土上、中、下部及上中、下中部位，上、下部傳感器分別距混凝土上、下表層50mm～100mm，測點豎向間距不宜大于500mm，見圖5所示。溫度傳感器采用熱敏電阻性，與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體隔離，固定牢固。此外還在混凝土表面及保溫層內(nèi)，用水銀溫度計測量混凝土表面溫度及距混凝土面1.5m高的大氣溫度。

圖4 測溫位布置示意圖

圖5 測溫傳感器分布圖

②根據(jù)現(xiàn)場實際情況，入模溫度測量，每臺班不少于2次。采用直接測溫法測量混凝土豎向上、上中、中、中下、下部溫度，將溫度測試儀的測溫接口與溫度傳感器導(dǎo)線連接，分別測量各測點的溫度，并作記錄。測溫次數(shù)為：混凝土澆筑后每15min～60min測溫一次并記錄。當(dāng)降溫速率大于2℃/d或每4h降溫大于1℃，表里溫度大于25℃時應(yīng)報警，及時調(diào)整優(yōu)化溫控措施。當(dāng)混凝土內(nèi)部最高溫度與外界環(huán)境溫度之間差值連續(xù)3d小于25℃時，且混凝土溫度降低速率小于2℃/d時，且表里溫差小于25℃規(guī)定，停止測溫。

5.2 數(shù)值結(jié)果分析

測溫結(jié)束，進行數(shù)據(jù)整理，繪制各測點溫度變化曲線，編制溫度監(jiān)測報告。從混凝土基礎(chǔ)表里溫度變化曲線可以看出，澆筑完2d～3d后，中部測溫點溫度上升速度明顯加快，達到溫度最高點，而后期溫度則緩慢降低。從圖6可知，3#測溫位混凝土內(nèi)部最高溫度73℃，此測溫位里表溫差達25℃，7d區(qū)間混凝土里表溫差變化范圍15℃～25℃。從圖7可以看出，5#測溫位混凝土內(nèi)部最高溫度達72℃，此測溫位里表溫差達24℃，其混凝土里表溫差7d區(qū)間變化范圍20℃～25℃。均符合《大體積混凝土施工標準》(GB50496-2018)的要求。通過以上混凝土測溫度里表溫差數(shù)值結(jié)果分析可以看出，采用一系列控制裂縫措施，可以有效地控制大體積混凝土的里表溫差。

圖6 3#位溫度變化曲線（單位℃）

圖7 5#位溫度變化曲線（單位℃）

6 結(jié)束語

對于大體積混凝土施工裂縫質(zhì)量控制，應(yīng)根據(jù)工程特點，綜合采取一系列措施，諸如混凝土原材料的選取、配合比及澆筑工藝設(shè)計、溫度控制與監(jiān)測、保濕養(yǎng)護等，完全能控制大體積混凝土的施工質(zhì)量。經(jīng)觀察，混凝土設(shè)備基礎(chǔ)未出現(xiàn)裂縫，混凝土質(zhì)量控制適宜有效，滿足設(shè)計要求，可為類似工程施工提供參考借鑒。