超高層建筑大體積混凝土底板施工質(zhì)量控制技術探析

殷 偉

（南京市江北新區(qū)建設和交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京 210000）

0 引言

超高層建筑中混凝土底板屬于大體積混凝土結構，施工時交叉運用了土力學、材料學、結構設計及建筑力學等，工程復雜［1］。本文通過廣陽家園商業(yè)樓、南京德基廣場及深圳灣壹號廣場 T7 塔樓等多個超高層建筑實際工程，研究分析大體積混凝土底板的施工難點，從混凝土材料及配合比、混凝土澆筑措施及混凝土裂縫控制等方面出發(fā)，探究質(zhì)量控制技術，以期降低工程開裂風險、提高工程建設質(zhì)量。

1 底板施工難點

1.1 底板混凝土水化熱高

GB 50496-2018《大體積混凝土施工標準》規(guī)定，大體積混凝土的設計強度等級宜為 C25～C50。實際工程中，超高層建筑底板多采用 C40 及以上混凝土，如南京德基廣場工程及天津和黃地鐵廣場工程中底板分別采用了 C40、C45 混凝土。較大的混凝土用量與強度等級使得超高層建筑底板混凝土水化熱與內(nèi)外溫差遠高于一般大體積混凝土，且底板混凝土受樁柱約束無法自由收縮，導致裂縫成為超高層建筑底板施工中最嚴重的質(zhì)量問題。如蘇州廣播電視總臺現(xiàn)代傳媒廣場底板通過“雙摻”技術降低水泥用量，但其澆筑 3 d 時，混凝土距表面 -1 700 mm 部位溫度仍高達 84 ℃，距表面-50 mm 部位混凝土溫度為 65 ℃，混凝土表面溫度為 48 ℃。為控制底板施工質(zhì)量，當前研究對大體積混凝土底板溫度場變化進行了大量分析。如文獻［2］等基于實際工程，通過 ANSYS 軟件模擬了澆筑過程中大體積混凝土的溫度場；馬建軍［3］和王振宇［4］等采用 MIDAS 軟件分別對混凝土溫度應力進行數(shù)值模擬計算及不同保溫措施及入模溫度下混凝土的溫度場分布情況。

實際工程中同一個超高層建筑因功能分區(qū)不同，底板厚度多有不同，導致其與單一厚度底板溫度場存在區(qū)別。侯景鵬等［5］通過 APDL 分析了不同厚度混凝土底板溫度應力變化，結果表明板厚越大，中心點溫度越高且溫度下降越緩慢。施工過程中如何消除不同厚度混凝土基礎底板的溫度應力場的相互影響，需要進一步探究。

1.2 入模溫度控制、振搗及養(yǎng)護

為保證底板混凝土較好的抗裂性，在施工過程前期應對混凝土入模溫度加以控制，但實際工程中，受施工設備影響，容易使得混凝土坍落度損失大，入模溫度難以控制，如廣陽家園商業(yè)一期 5 號樓工程與海控國際廣場工程中均因泵管較長，混凝土在泵送過程中粗骨料顆粒可能相互嵌鎖，增加與泵管壁的接觸面積，降低砂漿攜運粗骨料的能力，導致混凝土坍落度損失大［6］。此外，由于超高層建筑體積大的結構特點，其鋼筋直徑與用量大，分布時密集并存在較大的高差，導致振搗難度高。如廣陽家園商業(yè)一期 5 號樓工程與?？貒H廣場工程中底板均采用雙層雙向鋼筋，基礎鋼筋用量分別約為 135 kg/m3、140 kg/m3。

在施工后期需對混凝土采取綜合溫控措施，但實際工程中底板尺寸大、厚度不均勻、結構多樣導致養(yǎng)護困難，如深圳灣壹號廣場 T7 塔樓工程中底板平面呈直角梯形，東西方向 77～94 m，南北方向 80.4 m。

1.3 場地受限 布料點少

超高層建筑底板通常面積廣、厚度大且結構多變，使得混凝土澆筑量高于一般建筑結構如天津和黃地鐵廣場工程與北京昆侖酒店式公寓工程中底板混凝土總量分別約 34 000 m3、7 110 m3；為此混凝土在澆筑前，通常需要劃定澆筑區(qū)域和確定分層，但實際工程中混凝土單次澆筑量依然較大，如南寧華潤中心東寫字樓項目中混凝土一次澆筑量大，達 23 000 m3。為保證大體積混凝土的整體性，原則上需要多個泵車并設置多個布料點，但實際工程中受場地局限性，常常無法滿足，如廣陽家園商業(yè)一期 5 號樓工程中現(xiàn)場采用 1 臺汽車泵、2 臺地泵，受限于場地、基坑特點、支撐形式等工況，難以增加覆蓋面。

2 底板施工質(zhì)量控制

2.1 混凝土水化熱控制

根據(jù)我國大體積混凝上結構施工經(jīng)驗，為控制大體積混凝土結構因水泥水化熱而產(chǎn)生的溫升，可以采用補償收縮混凝土與大摻量礦物摻合料混凝土進行施工。

2.1.1 補償收縮混凝土

補償收縮混凝土是利用膨脹劑在混凝土硬化時產(chǎn)生的體積膨脹補償溫度收縮與化學收縮，從而避免混凝土結構開裂。如廣州新白云國際機場南航站樓工程配合比中摻 10 % UEA 膨脹劑［7］，混凝土 12 d 自由膨脹率e1為 4.603×10-4，通過建立補償收縮值與補償溫度、剩余溫差的關系（見表 1），確定了混凝土熱膨脹系數(shù)e2為 1×10-6。

表1 UEA 補償收縮與補償溫度、剩余溫差的關系

按照 JGJ/T178-2009《補償收縮混凝土應用技術規(guī)程》的規(guī)定，使用補償收縮混凝土澆筑超長結構時，應使用普通補償收縮混凝土結合膨脹加強帶的結構形式。普通補償收縮混凝土含有膠凝材料總量 8 %～12 % 的膨脹劑，其在水中養(yǎng)護 14 d 后的限制膨脹率≥0.015 %；水中養(yǎng)護 14 d 轉入空氣中養(yǎng)護 28 d 后的限制膨脹率≥-0.030 %。膨脹加強帶混凝土含有膠凝材料總量 13 %～14 % 的膨脹劑，其在水中養(yǎng)護 14 d 后的限制膨脹率≥0.025 %；水中養(yǎng)護 14 d 轉入空氣中養(yǎng)護 28 d 后的限制膨脹率≥-0.020 %。在板厚＜1.5 m，板長不超過 60～120 m 時，混凝土可連續(xù)澆筑，每隔 30～60 m 設置 1 道 2 m 寬的膨脹加強帶。板厚 ＞1.5 m 或板長＞120 m 時，膨脹加強帶仍需后澆。

2.1.2 大摻量礦物摻合料混凝土

大摻量礦物摻合料混凝土是指所用膠凝材料中的礦物摻合料的比例在 40 % 以上的混凝土［8］。大摻量礦物摻合料混凝土早期強度發(fā)展慢，但干縮較小，水化溫升值和溫升速率較低。如綠地中心蜀峰 468 項目［9］對三種配合比（見表 2）混凝土進行了性能測試（見表 3、表 4）。

表2 綠地中心混凝土配合比 kg·m-3

表3 不同配合比混凝土性能

表4 基準配合比抗裂試驗結果

由表 2 至表 4 可見，J-3 組混凝土水泥含量高，60 d 強度發(fā)展可以保障，高達 60.3 MPa，其水化反應及水化溫升峰也相應高于 J-1 與 J-2 組混凝土，但 J-3 組混凝土 28 d 干燥收縮最大，收縮率為 3.20×10-4，平均開裂面積為 47 mm2/根，單位面積裂縫數(shù)目 8 根/m2，總開裂面積 376 mm2/m-2；水泥含量低，礦物摻合料摻量大的 J-1 組及 J-2 組混凝土 60 d 的抗壓強度分別為 53.5 MPa、55.4 MPa；水化溫升峰值時間分別為 1 000 min、1 200 min；水化溫升峰值分別為 42.5 ℃、41.7 ℃；收縮率分別為 2.36×10-4、2.28×10-4，均明顯低于 J-3 組混凝土，這是由于水泥用量的降低以及礦物摻合料的提升，延遲了混凝土水化，降低了混凝土干縮值。

工程中大摻量礦物摻合料混凝早期發(fā)展強度慢導致其使用受到限制［10］，但大體積混凝土底板齡期一般采用 60 d 強度驗收，有些工程采用 90 d 強度，使用大量的緩凝礦物摻合料可以延緩結構內(nèi)部的升溫速度降低混凝土的溫度收縮，后期強度穩(wěn)定發(fā)展，更有利于超高層建筑大體積混凝土底板質(zhì)量控制。

2.2 混凝土入模溫度、振搗及養(yǎng)護控制

2.2.1 入模溫度

施工過程中，較低入模溫度的混凝土對水泥的水化速率和水化程度有著重要的影響。入模溫度最常見的控制措施在于優(yōu)選原材料與澆筑方案，如?？貒H廣場工程中混凝土罐車連續(xù)向罐體頂部縱向配置的降溫清潔棉布條供應冷水，保證混凝土在運輸過程中的溫度。在各個地泵處均設防曬棚，泵管全長套有麻袋，用地下水每 30 min 噴灑一次透濕降溫。北京昆侖酒店式公寓工程中要求攪拌站在供應底板混凝土前一直使用料堆底層的砂石料，降低骨料表面的溫度。攪拌用水采用地下深井內(nèi)的水，通過以上措施確保出機溫度控制在 25 ℃ 左右。

2.2.2 混凝土振搗

混凝土澆筑時通常會有斜坡產(chǎn)生，通常在各澆筑帶的前后混凝土卸料處及坡腳處，以解決混凝土搗實問題并保證混凝土下部的密實度。采用泵送大流性混凝土完成分層澆筑時，在結構四周的側模底部應設置排水孔，避免振搗后產(chǎn)生浮漿及泌水流向坑底。隨著混凝土澆筑，泌水出現(xiàn)來不及排出的情況并匯集在頂端，通過頂端模板下部的預留孔排出去，或用軟軸泵將其排出。

此外，坍落度損失也是入模溫度難控制的重點，因而施工前應對底板大體積混凝土拌合物凝結時間、坍落度損失及可泵性進行試驗。如湖南某綜合樓工程根據(jù)理論配合比做了混凝土拌合物的凝結時間、坍落度損失及壓力泌水試驗，試驗結果該混凝土初凝時間完全可以保證施工作業(yè)面的覆蓋；2 h 的坍落度損失率不到 10 %，泌水值在 80～100 ml，給泵送施工提供了極大的方便。另一方面由澆筑設備造成的坍落度損失也不容小覷，北京市 CBD 東擴區(qū)西塔樓工程中采用溜槽澆筑，混凝土坍落度控制在 180～200 mm 時，平均流速約為 1 m/s，坍落度損失約 30 mm。為此，在混凝土澆筑過程中應加強設備管理和維護，減少泵送設備的故障。在泵送之前，要對管道，特別是下行管道進行充分潤滑和填充。當泵送上下距離過長時，應設置一定的水平緩沖管，以降低管道內(nèi)的壓力，減少混凝土漿體的損失，以免造成泵送混凝土坍落度損失過大或出現(xiàn)干澀現(xiàn)象，甚至堵泵。

2.2.3 混凝土綜合養(yǎng)護

大體積混凝土澆筑后除常規(guī)養(yǎng)護外，還應根據(jù)溫控技術措施的要求及時進行保溫養(yǎng)護。如廣州世紀云頂雅苑工程中混凝土初凝至終凝間立即覆蓋塑料膜和麻袋并噴水進行保濕、保溫養(yǎng)護，養(yǎng)護期 14 d，養(yǎng)護期內(nèi)混凝土表面始終保持溫熱潮濕狀態(tài)。根據(jù)測溫結果調(diào)整麻袋覆蓋層數(shù)和拆模時間減少表面與中心的溫差防止表面裂縫產(chǎn)生及由內(nèi)外溫差導致內(nèi)部出現(xiàn)裂縫。

2.3 混凝土澆筑措施

在大體積混凝土底板施工中，合理的施工工藝、嚴謹?shù)墓に囋O計及高水平的施工水平是保證大體積混凝土結構施工質(zhì)量的重要因素，如混凝土運輸組織中存在漏洞、施工工藝適用性及規(guī)范性，均會導致大體積混凝土結構的施工質(zhì)量下降，影響結構整體性。

2.3.1 混凝土運輸組織

混凝土組織運輸對澆筑連續(xù)性與裂縫控制十分重要，較短的運輸距離可以降低混凝土入模溫度，不間斷的運輸可以保證混凝土澆筑時不產(chǎn)生離析與冷縫，但大量的實際工程受到地理位置影響，混凝土運輸組織困難。為此，可從現(xiàn)場條件及供應強度、場外交通規(guī)劃、現(xiàn)場交通組織三個方面進行混凝土運輸組織。

2.3.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑直接影響結構整體性，施工時根據(jù)結構尺寸、鋼筋強度和混凝土供應情況，選擇一次澆筑或分層澆筑［11］，并根據(jù)實際場地分布選擇澆筑方案（見表 5）。

表5 澆筑方案［12］

3 結語

超高層建筑大體積底板施工過程具有復雜性、隨機性，施工質(zhì)量除了應滿足強度、整體性、耐久性和抗?jié)B性等要求外，還必須控制好因變形而產(chǎn)生開裂的技術難題，尤其是異厚度底板處。針對具體工程項目的特點，協(xié)調(diào)好施工過程，保證施工連續(xù)性，進一步提升施工技術是工程建設的必然要求。