高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工技術(shù)探討

黃敦堅 廣州融創(chuàng)實業(yè)投資有限公司工程師

張 剛 廣東建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司工程師

目前，我國房建事業(yè)發(fā)展迅猛，全國建筑工程逐漸向高層、實用、安全等方向發(fā)展，可極大滿足人們的住房和休閑需求。基礎(chǔ)底板作為高層建筑的重要組成部分，其施工質(zhì)量尤其重要，大體積混凝土技術(shù)應(yīng)運而生。大體積混凝土技術(shù)具備很多的優(yōu)勢，但是同時也存在很多問題，比如混凝土在拌制中需要用到水和水泥，而水和水泥之間會產(chǎn)生水化熱，這些產(chǎn)生的熱量會聚集在混凝土內(nèi)部無法散發(fā)，最終導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，影響其外表的美觀度和整體性，還會大大降低建筑結(jié)構(gòu)的安全和耐久性，從而影響到建筑整體質(zhì)量和使用壽命[1]。本文將結(jié)合工程實踐，針對建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工技術(shù)進(jìn)行研究探討，闡述大體積混凝土工程特性，重點對高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工工藝流程和原材料設(shè)計進(jìn)行研究，并在具體建筑工程中進(jìn)行應(yīng)用。

1 工程概況

某建筑項目總共有43 層，地上41 層，地下2 層。根據(jù)工程設(shè)計，該建筑結(jié)構(gòu)為全現(xiàn)澆框架剪力墻筒中筒。基礎(chǔ)底板作為該建筑的重要組成部分，工程師根據(jù)建筑實際情況設(shè)計其厚度為2.5 m，并且基礎(chǔ)底板采用大體積混凝土技術(shù)進(jìn)行施工。施工縫的存在是大體積混凝土技術(shù)應(yīng)用中比較常見的情況，但是為了提高基礎(chǔ)底板的剛度和其外表的平整，本次工程對于基礎(chǔ)底板施工要求必須一次澆筑完成，以免澆筑中斷而產(chǎn)生施工縫。

2 大體積混凝土施工工程特性

2.1 工程特點

與普通混凝土相比，大體積混凝土面積相對較大，其截面尺寸通常大于2 m。另外，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑量也遠(yuǎn)大于普通混凝土，從而對整體施工工藝要求較高。由于大體積混凝土的面積和體積相對較大，受熱作用時，其結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大，長時間影響下混凝土?xí)霈F(xiàn)裂縫，直接影響混凝土的使用壽命和整體質(zhì)量。同時，大體積混凝土為高層澆筑的主體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，且通常埋至地下，會產(chǎn)生一定的滲漏。高層建筑的基礎(chǔ)大多為大體積混凝土承臺或筏板，以確保高層建筑的整體性。另外，由于各區(qū)域的溫度、氣候、濕度等均存在較大差異，因此大體積混凝土的結(jié)構(gòu)也有具體的要求。例如，當(dāng)入模基礎(chǔ)溫升值低于50 ℃時，其降溫速率不得大于2 ℃，外側(cè)溫度差也需低于25 ℃，同時大氣溫度和外側(cè)溫度之間的差異需低于20 ℃，以確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度和安全，同時預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

2.2.1 材料要求

高層建筑大體積混凝土施工應(yīng)確保其材料的質(zhì)量滿足設(shè)計規(guī)范要求，這會直接決定和影響高層建筑的使用效果和整體質(zhì)量。大體積混凝土質(zhì)量保證的關(guān)鍵為混凝土配比，直接影響混凝土的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及抗?jié)B透能力，因此需要進(jìn)行科學(xué)有效的混凝土配合比設(shè)計。結(jié)合大體積混凝土使用特征來選擇合適的水泥型號，通常采用低熱礦渣酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥，可較好地適用于高層建筑施工。必要時應(yīng)向材料內(nèi)摻入適量的外加劑，合理設(shè)計骨料級配，提高混凝土密實度的同時減少離析現(xiàn)象的產(chǎn)生。另外，拌和用水的溫度需合理控制，避免溫差過大而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.2.2 澆筑技術(shù)

大體積混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一為澆筑技術(shù)，通常按分層連續(xù)澆筑的方式進(jìn)行，可確?；炷潦┕さ恼w性。一般順序為沿一側(cè)方向由低向高進(jìn)行澆筑，也可采取多點澆筑的方式，時間間隔應(yīng)低于2 h。

2.2.3 測溫技術(shù)

高層建筑大體積混凝土施工的關(guān)鍵點是穩(wěn)定性控制，可有效避免裂縫的產(chǎn)生，最主要的影響因素為溫度。因此高層建筑大體積混凝土施工過程應(yīng)采用合理的測溫技術(shù)，對混凝土溫度進(jìn)行有效的監(jiān)控，預(yù)防高層建筑底板基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫。測溫技術(shù)中，溫度傳感器主要應(yīng)用電阻型溫度計，先采集點位并編號，再分別進(jìn)行測量和記錄。另外，在測量過程中應(yīng)將鋼筋與測溫線之間盡可能合理接觸，以提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

2.2.4 養(yǎng)護(hù)、構(gòu)造及振搗技術(shù)

進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工過程中需有效養(yǎng)護(hù)混凝土，即進(jìn)行混凝土的保濕、保溫，且整個養(yǎng)護(hù)周期最低應(yīng)大于14天，同時保持連續(xù)性，確保混凝土表面具有一定的濕潤度，避免出現(xiàn)干裂。結(jié)構(gòu)中還需保留一定的變形裂縫，避免因溫差變化引發(fā)變形，破壞大體積混凝土整體結(jié)構(gòu)。施工過程應(yīng)對混凝土振搗技術(shù)進(jìn)行合理控制，盡量降低混凝土與鋼筋之間的裂縫和氣泡，提升兩者之間的粘合性?；炷恋臐仓嫔弦M(jìn)行二次抹壓，預(yù)防收縮裂縫出現(xiàn)。

3 混凝土原材料的選定和配合比控制

3.1 原材料的選定

原材料直接關(guān)系到建筑工程底板基礎(chǔ)大體積混凝土的施工質(zhì)量，為此除了要嚴(yán)格按照施工設(shè)計要求進(jìn)行施工外，還要結(jié)合本次建筑工程實際情況進(jìn)行原材料的選定工作。本次建筑基礎(chǔ)底板施工中所用的混凝土，其拌制原材料具體包括52.5R 水泥、粗集料碎石、中粗砂、Ⅱ級粉煤灰以及外加劑，其中外加劑添加一般為混凝土泵送劑以及膨脹劑。

3.2 配合比的確定和控制

水熱化是混凝土施工過程必須要解決的問題之一。若沒有控制好水熱化，很容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過大，而這種過大的溫度差異就會引發(fā)一系列不良后果，如溫度變形和溫度應(yīng)力，混凝土裂縫由此產(chǎn)生[2]。為了減少混凝土裂縫的出現(xiàn)，可以采用以下幾種方法。

一是采用高強(qiáng)度水泥來代替低強(qiáng)度水泥，降低每立方米混凝土中水泥用量，這是一種有效的解決措施。為此，本次工程摒棄R28 齡期水泥，采用R60 齡期水泥，以降低混凝土拌制原材料配合比中水泥的含量比例。

二是添加外加劑。外加劑的添加對于混凝土的拌制質(zhì)量也非常關(guān)鍵。比如減水劑。減水劑作為一種外加劑，其具備的化學(xué)特性可以有效減少混凝土拌制中的水含量。水含量減少，就能夠減緩水跟水泥在拌制混凝土過程中產(chǎn)生的水熱化情況，從而達(dá)到預(yù)期的緩和效果，混凝土出現(xiàn)裂縫的情況就能得到改善。

三是摻入粉煤灰。目前在拌制混凝土過程中還可以添加粉煤灰，該材料的加入不會對混凝土拌制質(zhì)量造成不良影響，并且還能降低水泥的摻量，從而緩解混凝土產(chǎn)生水熱化。摻入粉煤灰也是一種有效措施，在很多相關(guān)工程實踐中得到了論證。

4 熱工計算

運用熱工計算準(zhǔn)確測算出混凝土內(nèi)部的最高溫度來幫助控制混凝土的溫升，是非常有必要的。水泥水熱化是造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量熱源的根本原因，為此工程人員在測算其內(nèi)部最高溫度時，除了要考慮混凝土澆筑溫度、混凝土散熱溫度，還要將混凝土中水泥水熱化溫升一起考慮進(jìn)去。本次工程各齡期混凝土的絕熱溫升與最高溫度值如表1 所示。

表1 各齡期混凝土的絕熱溫升與最高溫度

5 混凝土的澆筑與振搗

5.1 混凝土供應(yīng)

為達(dá)到本次施工設(shè)計要求，施工單位會安排2 家混凝土供應(yīng)廠以及3 臺混凝土輸送泵，確保不會出現(xiàn)澆筑中斷情況。

5.2 混凝土澆筑

混凝土的澆筑是建筑底板工程的一個重要施工環(huán)節(jié)，施工人員必須嚴(yán)格按照施工設(shè)計要求，按照泵送混凝土自然流淌坡度，由東向西、一層接著一層進(jìn)行澆筑，直至到頂[3]。施工人員應(yīng)注意控制好每層混凝土澆筑厚度，不得超過400 mm。這種澆筑方式可以有效提高泵送效率，降低混凝土出現(xiàn)泌水情況的概率。圖1 為基礎(chǔ)底板混凝土分層澆筑示意。

圖1 分層澆筑示意圖

為提高混凝土澆筑質(zhì)量，混凝土初凝時間要在6 h 以上，從拌制到澆筑，時間必須要控制在4 h 以內(nèi)，以免影響到澆筑質(zhì)量。

5.3 混凝土振搗

混凝土的振搗作業(yè)是跟混凝土澆筑作業(yè)同步進(jìn)行的，施工人員必須一邊澆筑混凝土，一邊利用機(jī)械及人工方式嚴(yán)格進(jìn)行振搗。為了讓混凝土振搗密實度滿足本次工程設(shè)計要求，需要在每個澆筑帶的前后各自設(shè)置2 道振動器（每道有2臺）。施工人員在振搗混凝土過程中，應(yīng)先振搗出料口，之后再進(jìn)行全面振搗，注意每個振搗時間應(yīng)控制在30 s 左右。

5.4 泌水處理

混凝土在澆筑過程中，久而久之，其表面的浮漿以及上涌的泌水因流動的物理特性會匯流至坑底堆集，從而影響混凝土的成型質(zhì)量。為此，做好這些浮漿和泌水的排水工作非常重要。施工人員在搭設(shè)模板時，需要在筏板外模底部每隔10 m 留設(shè)一個排水口，同時在混凝土澆筑方向的末端預(yù)留集水井，將這些排出的水集中并運用潛水泵排出。

5.5 表面處理

澆筑好的混凝土表面需要運用長刮尺進(jìn)行刮平處理，之后用木槎板反復(fù)對其進(jìn)行槎壓，直至其密實度滿足設(shè)計要求。澆筑好的混凝土表面在外界室溫下，很容易因水分揮發(fā)過快而出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，為了避免此問題的出現(xiàn)，施工人員在混凝土初凝之前需要運用鐵抹子對其表面進(jìn)行壓光。

6 混凝土的測溫、保溫及養(yǎng)護(hù)

6.1 測溫

6.1.1 測溫方法及儀器

首先在測溫套管的不同高度放置測溫元件，之后按照設(shè)計要求將其預(yù)埋在指定位置，將測溫元件收集的數(shù)據(jù)通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，得到混凝土內(nèi)部溫度。

6.1.2 測溫點的布置

測溫點的布置關(guān)系到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，為此，施工人員在布置測溫點過程中，需要盡量將測溫點布置在溫度變化快的邊緣區(qū)?；炷了疅峄瘻囟鹊淖罡唿c為中心區(qū)距離邊緣5 m以上的區(qū)域，此處也需要布置測溫點。

6.1.3 混凝土溫度監(jiān)測結(jié)果

本次工程，基礎(chǔ)底板所用的混凝土在澆筑后的1 h 測得溫度在25 ～29 ℃，在等至12 ～18 h 后，測得其溫度為40 ～47 ℃。跟前者相比可以發(fā)現(xiàn)，混凝土入模后升溫速度平均為1.39 ℃/h，然后等至25 ～30 h，其溫度達(dá)到最高點，之后就慢慢下降。

本次工程采用的測溫系統(tǒng)為一個自動巡檢系統(tǒng)，巡檢周期為2 min。該自動測溫系統(tǒng)可以將每次測溫得到的結(jié)果顯示、記錄在電腦中，方便施工人員觀測了解任何一個測點的具體溫度情況。通過該測溫系統(tǒng)對混凝土的檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本次建筑基礎(chǔ)底板混凝土入模后最高溫度產(chǎn)生在第3、4 天。

6.2 保溫及養(yǎng)護(hù)

建筑基礎(chǔ)底板混凝土澆筑完成后的保溫及養(yǎng)護(hù)工作不容輕視，直接關(guān)系到混凝土施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。施工人員需要在混凝土初凝時灑水保持其表面濕潤度，之后使用塑料薄膜覆蓋，同時還要在薄膜上面再蓋上麻袋進(jìn)行保溫，以確保其不會因外界溫度降溫過快而出現(xiàn)裂縫。

7 結(jié)語

本文結(jié)合工程實踐針對建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝施技術(shù)進(jìn)行研究探討，詳細(xì)闡述了大體積混凝土的工程特性，重點對高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工工藝流程和原材料設(shè)計進(jìn)行研究，并在具體建筑工程中進(jìn)行應(yīng)用。經(jīng)過相關(guān)部門的驗收，本次建筑底板基礎(chǔ)工程質(zhì)量合格。實踐證明，大體積混凝土技術(shù)的應(yīng)用可以使混凝土強(qiáng)度滿足本次工程設(shè)計要求，混凝土表面不存在任何因水泥水熱化溫度差造成的裂縫，因此本次建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工效果非常好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。