建筑施工中的大體積混凝土澆筑技術(shù)探析

呂 健

（寧國(guó)市自然資源和規(guī)劃局，安徽 宣城 242300）

1 工程概況

某科研中心大樓位于合肥市蜀山區(qū)高新區(qū)創(chuàng)新大道的交匯處，建筑總面積約23.85萬(wàn)m2，建筑工程為特級(jí)。其中：塔樓的建筑面積約11.36萬(wàn)m2，地下3層，地上45層，高度為194.56m。塔冠總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)高度為208.50m，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用混合結(jié)構(gòu)，即：鋼管混凝土柱+鋼框架+鋼筋混凝土核心筒。塔樓基礎(chǔ)采用筏板形式，混凝土滿足60d標(biāo)養(yǎng)抗壓強(qiáng)度，本次工程的筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑量：施工屬于典型的大體積混凝土施工工程。筏板基礎(chǔ)總長(zhǎng)度：75.6m，總寬度：68.9m，總澆筑量約為 1.58萬(wàn)m3。經(jīng)工程設(shè)計(jì)，通過(guò)原材料優(yōu)選和混合料優(yōu)化配比后采用無(wú)縫施工技術(shù)，一次完成澆筑而不留后澆帶，詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 塔樓筏板基礎(chǔ)厚度分區(qū)示意圖

2 施工技術(shù)難點(diǎn)分析

為確保1.58萬(wàn)m3的混凝土能夠滿足澆筑質(zhì)量，在進(jìn)行施工中，如何根據(jù)具體情況改進(jìn)水泥混凝土的原材料，提高混凝土的砂漿配比。同時(shí)，筏板混凝土的有效性及其對(duì)摻混凝土膨脹劑的相關(guān)方法也是施工過(guò)程中亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。筏板基礎(chǔ)選用混凝土必須要滿足其抗?jié)B要求，在施工中，進(jìn)行科學(xué)配比控制，確保混凝土澆筑后不會(huì)出現(xiàn)收縮縫和溫差，是本次工程施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。

3 施工技術(shù)方案

3.1 混凝土配合比的研發(fā)

為更好地保證1.58萬(wàn)m3的大體積混凝土筏板基礎(chǔ)的整體一次性澆筑的施工質(zhì)量，經(jīng)分析通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)整體澆筑的施工質(zhì)量。

①通過(guò)減少混凝土用量，降低混凝土水膠比等，解決了大體積混凝土因溫度過(guò)高引起的周?chē)鷾夭顔?wèn)題。

②拆除后沉降澆筑區(qū)后，大體積混凝土凝固過(guò)程中，要保證足夠的塑性可以處理引起的自收縮和溫差變形現(xiàn)象。

③筏板基礎(chǔ)澆筑的混凝土含水膨脹率約為2/10000；為此，要確保澆筑的混凝土具有極強(qiáng)的粘結(jié)性，否則難以滿足施工要求。為此，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度計(jì)劃將混凝土初凝時(shí)間設(shè)置為8 h～10h。因此，針對(duì)本項(xiàng)目應(yīng)用的混凝土的具體特性，進(jìn)行了混凝土配比材料的研發(fā)。

3.2 原材料優(yōu)化選擇

通過(guò)多方面的分析和試驗(yàn)研究，同時(shí)對(duì)市場(chǎng)供應(yīng)的原材料進(jìn)行質(zhì)量全面排查，最終明確本工程項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)澆筑的混凝土的原材料。

①水泥。選用吉林亞泰公司所產(chǎn)的42.5P.O水泥。該混凝土對(duì)混凝土外加劑和引氣劑具有優(yōu)良的適應(yīng)性。

②粗骨料。選用吉林亞泰產(chǎn)的5mm～25mm砂石原料和牡丹江產(chǎn)的5mm～31.5mm河卵石進(jìn)行混合，保證施工過(guò)程中5mm～31.5mm的連續(xù)配合比，并含粉量應(yīng)為0.8%。

③細(xì)石料。為保證粉料含量不超過(guò)1.0%，經(jīng)過(guò)對(duì)西安周邊砂石廠的考察，明確選用了牡丹江粗砂，粒度為2.6，可以降低混凝土攪拌需水量。

④外加劑。經(jīng)分析，使用大唐洛南洛河發(fā)電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95級(jí)粒鐵高爐煤灰粉。摻入上述礦渣粉及粉煤灰，可以有效控制混凝土可能出現(xiàn)的收縮值，且抗?jié)B性能較為穩(wěn)定。

⑤減水劑。經(jīng)調(diào)查分析，陜西創(chuàng)新科技開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系列產(chǎn)品具有優(yōu)良的外加劑性能。

⑥抗裂劑：在對(duì)多種抗裂劑進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比和篩選后，能夠較好地滿足含水膨脹率和抗?jié)B、抗裂要求，故選用山東聯(lián)祥所產(chǎn)的SY-T抗裂劑，以期提升混凝土的致密性。

⑦水。選用可食用的普通自來(lái)水，并將用量控制在180kg/m3內(nèi)。

3.3 砂漿配合比的優(yōu)化及試驗(yàn)

某科研中心大樓的筏板基礎(chǔ)進(jìn)行混凝土澆筑施工的時(shí)間為2019年5月上旬，為確保本次工程的無(wú)縫施工技術(shù)要求，工程部經(jīng)過(guò)6個(gè)月的時(shí)間歷經(jīng)上百次的試配試驗(yàn)，確保工程應(yīng)用的混凝土各項(xiàng)特性及指標(biāo)達(dá)到了工程建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)后，最后對(duì)基礎(chǔ)筏板大體積混凝土C45P10砂漿配合比進(jìn)行明確，詳見(jiàn)表1所示。

某科研中心大樓塔樓基礎(chǔ)混凝土的C45P10配合比 表1

3.3.1 砂漿配合比

表1中砂漿配合比按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制作，對(duì)C45P10樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化維護(hù)、試驗(yàn)。結(jié)果表明，混凝土水灰比為0.40，膠料總產(chǎn)量430kg/m3，S%≈40%±2%，堆積密度=2400±50/m3。

3.3.2 抗拉強(qiáng)度測(cè)試

自主配置混凝土和砂漿配合比的目的是保證1.58萬(wàn)m3的筏板的大體積混凝土澆筑施工質(zhì)量，從而確保滿足相關(guān)性能要求。

圖2 不同齡期混凝土抗拉強(qiáng)度

①保證大體積混凝土不存在因溫度過(guò)高引起的周?chē)鷾夭顚?dǎo)致的裂縫，按減少混凝土中水泥用量、降低水化熱的方法處理。

②取消后澆帶后，大體積混凝土必須滿足膨脹性能和澆筑凝固過(guò)程中的自收縮和溫度變形。

③由于某科研中心大樓建筑的基礎(chǔ)筏板混凝土規(guī)模比較大，為防止工程施工中出現(xiàn)接縫，澆筑的混凝土在初凝前需要覆蓋新混凝土。根據(jù)振搗力，去除冷縫。針對(duì)坍落度大的混凝土混合料，選擇點(diǎn)振法去除氣泡和沉降縫，避免過(guò)度流動(dòng)。

④為避免沉降縫分層，施工中要保證上一層混凝土初凝前就要澆筑覆蓋新的混凝土，并用振搗力清除施工出現(xiàn)的裂縫。需要注意的是振搗強(qiáng)度過(guò)長(zhǎng)，很可能混合物下移，粉煤灰上調(diào)，造成混凝土斷面砂石分布不均，危害混凝土的施工澆筑質(zhì)量。

⑤混凝土達(dá)到澆筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，用木刮板進(jìn)行表面修整。應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真檢查，并仔細(xì)進(jìn)行反復(fù)搓壓，直至縫隙清除后，方可開(kāi)始覆膜工作。混凝土表面保濕補(bǔ)水保養(yǎng)14d。當(dāng)天氣干燥多風(fēng)時(shí)，混凝土表面水分會(huì)迅速蒸發(fā)，混凝土澆筑后第二天可以用棉氈進(jìn)行澆水覆蓋，使其飽和狀良好，應(yīng)用棉氈可以很好保持溫?zé)岬酿B(yǎng)護(hù)狀態(tài)。

⑥在砂漿中摻入高效減水劑和粉煤灰及礦粉，可以有效確?；炷恋膹?qiáng)度，使其滿足泵送性能要求和強(qiáng)度等級(jí)要求。

4 大體積混凝土的澆筑施工

4.1 混凝土供應(yīng)

本工程中混凝土基本澆筑方案的規(guī)定，筏板基礎(chǔ)澆筑混凝土的日常任務(wù)預(yù)計(jì)分配72h內(nèi)完成，要保證每日混凝土澆筑量不低于5400m3。因此，本次混凝土澆筑施工以徽建混凝土東站的誠(chéng)盛商混為主供站，選擇昌吉商混為備選供應(yīng)站。由于該商混站與工程施工現(xiàn)場(chǎng)距離適中，且附近多條交通路線可以規(guī)劃確?；炷翝仓粘Ｈ蝿?wù)需求。

徽建混凝土東站共設(shè)發(fā)電機(jī)組3臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組確保120m3/h的產(chǎn)量，根據(jù)本項(xiàng)目的工程量清單可連續(xù)生產(chǎn)并確保日產(chǎn)3000m3以上。誠(chéng)盛商品混凝土配備3套的生產(chǎn)線，每套確保210m3/h產(chǎn)量，可確保單日供應(yīng)量不低于3200m3。昌吉商品混凝土配備2套180m3/h生產(chǎn)線，確保單日供應(yīng)量不低于1000m3。以上商用攪拌站同時(shí)生產(chǎn)，可保證6000m3/d的供應(yīng)，完全可以有效滿足工程項(xiàng)目的混凝土澆筑需求。

4.2 相關(guān)設(shè)備及澆筑部署

在整個(gè)混凝土澆筑過(guò)程中，可將施工現(xiàn)場(chǎng)劃分兩個(gè)階段開(kāi)展，具體根據(jù)混凝土澆筑期間可能出現(xiàn)的降水等極端天氣，制定兩套方案，即考慮到施工中的有利工況和不利工況兩種，即不利工況下在澆筑期間可能出現(xiàn)降水時(shí)，混凝土澆筑車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入基坑進(jìn)行澆筑工作的方案。相反，如果陽(yáng)光普照，有利工況下混凝土澆筑車(chē)可以進(jìn)入基坑進(jìn)行澆筑工作。工程過(guò)程中，進(jìn)行筏板基礎(chǔ)的混凝土澆筑，總計(jì)配備混凝土泵車(chē)8輛，其中：6臺(tái)天泵和2臺(tái)地泵。施工中應(yīng)依據(jù)天氣等情況進(jìn)行具體分析，上述混凝土澆筑方案和選用的機(jī)械設(shè)備可以有效保障混凝土的連續(xù)澆筑施工，具體施工方案詳見(jiàn)圖3所示。

圖3 塔樓地下室基礎(chǔ)混凝土澆筑第一階段平面布置圖

進(jìn)行混凝土澆筑施工時(shí)，可同時(shí)使用1號(hào)車(chē)載泵和2號(hào)天泵進(jìn)行混凝土澆筑施工。其中進(jìn)行配置的1號(hào)車(chē)載泵必須配管?；炷帘槐盟偷降谌齾^(qū)進(jìn)行澆筑施工。同時(shí)配備轉(zhuǎn)輪至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土澆筑?；幽隙瞬贾?號(hào)天泵，同時(shí)配備轉(zhuǎn)輪進(jìn)行第四區(qū)混凝土澆筑施工，8#地泵布置在基坑上端基坑?xùn)|北部，配管道立即下水混凝土至第四區(qū)進(jìn)行混凝土澆筑施工，本工程實(shí)際澆筑計(jì)劃方案詳見(jiàn)圖4所示。

圖4 塔樓地下室基礎(chǔ)混凝土澆筑第二階段平面布置圖

4.3 筏板基礎(chǔ)混凝土施工溫度和應(yīng)力分析

4.3.1 混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)溫度分析

某科研中心大樓建筑的筏板基礎(chǔ)混凝土，澆筑的最高溫度與筏板混凝土表層 溫 差 為 72.8℃ -55.9℃ =16.9℃ ＜25℃，筏板表層的混凝土溫差為氣溫：55.9℃-25℃=30.9℃＞20℃，說(shuō)明本次優(yōu)選配比后的混凝土可以滿足筏板基礎(chǔ)混凝土的溫差要求。

4.3.2 筏板基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑后的抗裂測(cè)定

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]，水泥抗裂管束可計(jì)算：

4.3.3 大體積混凝土收縮應(yīng)力分析

本次筏板基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑的混凝土，當(dāng)施工過(guò)程，如果混凝土內(nèi)部的內(nèi)拉應(yīng)力如果超過(guò)了混凝土的抗壓強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，從而影響整體施工質(zhì)量。為此，本工程進(jìn)行的筏板基礎(chǔ)澆筑混凝土經(jīng)過(guò)配比優(yōu)化后，要滿足混凝土最大變形臨界值即Sk=1.66×10-4的要求方可施工。為此，本工程進(jìn)行混凝土混合料優(yōu)化后實(shí)測(cè)為Dy=0.47×10-4，表明本次混凝土混合料的優(yōu)化配比完全可以滿足抗裂要求和溫差收縮指標(biāo)。

5 總結(jié)

大體積混凝土工程中，基于無(wú)縫施工技術(shù)通過(guò)對(duì)混凝土原材料進(jìn)行合理科學(xué)的優(yōu)化配比，對(duì)于工程建筑的大體積混凝土澆筑后的裂縫控制具有極強(qiáng)的效果。本工程中通過(guò)上述工程優(yōu)化措施及技術(shù)施工方案，經(jīng)施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及投入應(yīng)用后的實(shí)際結(jié)果來(lái)看，混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行的測(cè)溫、大體積混凝土澆筑后的抗裂測(cè)定及大體積混凝土收縮應(yīng)力分析，都取得了較為理想的施工效果，并能有效滿足施工技術(shù)要求，本工程中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)為同類(lèi)施工提供了一定經(jīng)驗(yàn)參考。