高層建筑地下室大體積砼的施工技術(shù)

韓貴才

中國水利水電第三工程局有限公司 陜西 西安 710024

引言

本文較為系統(tǒng)的對了高層建筑地下室大體積砼結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工的主要因素及問題進行了分析，針對這些問題提出了相應的解決方案，希望能夠幫助到建筑施工行業(yè)的相關(guān)人員。

為適應高程建筑地基在長期重力荷載作用下變形，有效傳遞地上結(jié)構(gòu)荷載，提高地下結(jié)構(gòu)整體性能，滿足建筑物整體強度及穩(wěn)定要求，高層建筑在地下砼基礎(chǔ)設(shè)計的厚度越來越厚，當結(jié)構(gòu)物超過150m時，地下筏板、承臺基礎(chǔ)厚度可超過2.0m，如何快速、優(yōu)質(zhì)的進行這種大體積的砼施工，降低施工成本，提高建筑結(jié)構(gòu)整體性和安全性，需要從以下幾方面進行分析完善。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 基底處理

在進行基底處理的時候，需要對基底進行充分的清理?？梢圆捎脵C械振動的方式。在基底處理的過程中，需要通過清理基底上的雜物以及孔洞等進行清理。尤其是當基底上存在大量孔洞以及其他雜物時，需要進行清理工作；另外，還需要對基底地基采取有效的防護措施來保護基底結(jié)構(gòu)以及建筑基體避免受到破壞。而對于基底標高等技術(shù)方面的參數(shù)進行嚴格控制、并做好相關(guān)記錄工作。對基底地基處理之后，還需要經(jīng)過24h的養(yǎng)護時間完成基底加固工作，一般情況下需要2～3d后進行二次加固處理。

1.2 結(jié)構(gòu)層的設(shè)計

結(jié)構(gòu)層是整個結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定的基礎(chǔ)，而大體積砼技術(shù)的結(jié)構(gòu)層通常為基礎(chǔ)混凝土以及上層混凝土。結(jié)構(gòu)層主要包括混凝土層、灰土水泥砂漿層、粉煤灰混凝土以及灰土水泥砂漿層等等。在對結(jié)構(gòu)層的設(shè)計時應合理把握結(jié)構(gòu)層抗壓強度值、結(jié)構(gòu)層抗剪強度值以及剪切強度值等重要指標。在對結(jié)構(gòu)層的設(shè)計時應注意每層結(jié)構(gòu)層之間的差異性，從而使結(jié)構(gòu)層能夠更加高效地完成澆筑工作。在保證結(jié)構(gòu)層之間能夠形成良好的剛度連接之后，還應注意每層結(jié)構(gòu)層之間進行相互組合。

1.3 鋼筋籠的設(shè)置

鋼筋籠的需要在滿足結(jié)構(gòu)強度基礎(chǔ)上，結(jié)合砼施工需要進行設(shè)計，以確保大體積砼技術(shù)的順利完成。首先，對于每個不同規(guī)格的鋼筋籠應該保持一致。其次，應根據(jù)結(jié)構(gòu)形式選擇不同直徑的鋼筋。最后，應根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況將每一個鋼筋籠進行適當?shù)貏澐?，然后采用不同的方式來確保其能夠相互獨立。這樣才能夠保障鋼筋籠相互之間充分融合從而發(fā)揮出最大的優(yōu)勢。

1.4 混凝土澆筑

一般情況下混凝土澆筑需要注意以下幾點：第一，根據(jù)結(jié)構(gòu)層設(shè)計，需要選擇適合本層施工所需混凝土澆筑材料。第二，混凝土澆筑在確保質(zhì)量達標的前提下必須采取合理的澆筑方式與步驟。第三，混凝土澆筑需要根據(jù)澆筑進度采取有效的控制措施。第四，混凝土澆筑一般會有人工干預的作用。第五，要注意混凝土澆筑要嚴格按照設(shè)計要求、工程進度以及現(xiàn)場情況實施施工，確?；炷琳w施工效果達到規(guī)范要求和工程目標。在混凝土制備方面也要嚴格按照規(guī)定執(zhí)行，確保工程質(zhì)量和工程效益達到最優(yōu)[1]。

通常在進行大體積基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)施工中，為滿足混凝土溫度應力需要，當對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土超過1.0m時，一般采用多次成型工藝進行施工。多次成型工藝是將整個基礎(chǔ)混凝土進行分區(qū)間隔各分區(qū)間設(shè)置垂直施工縫或后澆帶澆筑，分多次間隔澆筑成型。這種方法施工組織比較簡單，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制難度小，但整個結(jié)構(gòu)多次間隔施工，完成結(jié)構(gòu)整體性因為基礎(chǔ)筏板內(nèi)部存在施工縫、后澆帶等薄弱部位而較差，整個混凝土多次間隔澆筑，重復準備和混凝土養(yǎng)護時間長，施工工期長，工期也不易控制，并且結(jié)構(gòu)整體性不易保證，當?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋深較大，地下水位較深時，若底部防水破壞，存在較大的滲水風險。

為提高基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)整體性能，節(jié)約混凝土多次成型所需的模板安裝、基面清理等重復準備時間，縮短施工工期，高層、超高層基礎(chǔ)混凝應盡可能采用一次成型工藝進行施工，在采取一次性混凝土成型工藝時，需要對混凝土生產(chǎn)供應能力、混凝土入倉措施進行優(yōu)化設(shè)計，并對混凝土溫度應力進行分析，采取切實有效的混凝土施工控制措施，防止?jié)仓蟮幕炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生貫穿性的溫度裂縫。

1.5 結(jié)構(gòu)特點計算和分析

對于大體積砼結(jié)構(gòu)的計算，應重點考慮其強度和穩(wěn)定性問題，并對其變形的大小進行全面的分析。大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點主要包括以下幾個方面：①地下結(jié)構(gòu)與地面之間的空間。②地下結(jié)構(gòu)與周圍結(jié)構(gòu)之間的空間。③地下結(jié)構(gòu)與建筑物內(nèi)部空間之間的空間。④地下結(jié)構(gòu)與周圍建筑物之間的空間。⑤結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境之間的空間。⑥地下結(jié)構(gòu)與建筑物內(nèi)部材料之間的空間。因此，應根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和地下結(jié)構(gòu)對其力學參數(shù)進行分析或計算。一般來說，大體積混凝土結(jié)構(gòu)具有以下一些特征：①混凝土強度高且穩(wěn)定性好；②結(jié)構(gòu)中鋼筋數(shù)量較多；③地下室地面可直接作為地下室的基礎(chǔ)部分；④在這種情況下，要考慮底板與基礎(chǔ)之間距離較大；⑤地下室內(nèi)部空間較大；⑥結(jié)構(gòu)與周圍建筑的結(jié)合處所需空間較大；⑦地下室結(jié)構(gòu)形式復雜、形狀多變。根據(jù)這些特點計算確定施工方案并進行認真的分析和計算是非常必要的。在進行計算時，首先應了解大體積砼結(jié)構(gòu)的力學特性、施工工藝以及其所產(chǎn)生的影響。其次應根據(jù)所需要進行分析計算并確定地下結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計要求。另外，還應當加強結(jié)構(gòu)與周圍建筑間緊密結(jié)合處所需保持足夠高度、有效距離等因素的考慮。

2 超高層地下室大體積混凝土溫度裂縫控制

在溫度、濕度等條件下，混凝土也會產(chǎn)生相應的拉伸變形，若超過極限，則會引起混凝土開裂。

在超高層建筑工程中，施工通常是在建筑物的基礎(chǔ)上進行，造成了混凝土內(nèi)部熱量的緩慢釋放。另外，由于房屋結(jié)構(gòu)中有大量的配筋，而且配筋結(jié)構(gòu)復雜，鋼筋直徑大，使得鋼筋的變形與混凝土的間距也較大，所以在混凝土發(fā)生變形時，會在鋼筋內(nèi)部形成輻射裂紋。由于鋼筋的彈性模量是普通混凝土的7-15倍，因此，鋼筋與混凝土之間的膨脹不能同時進行，從而引起混凝土開裂。

超高層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，各構(gòu)件的受力和截面的大小有一定的差距。從而引起構(gòu)件剛度、溫度應力和配筋量的不同，從而引起混凝土開裂。在混凝土施工期間，外界溫度對混凝土開裂有較大的影響。澆注溫度對混凝土內(nèi)部溫度有直接的影響。建筑內(nèi)部的混凝土在水泥水化熱作用下，其內(nèi)部的溫度可以達到90℃，若不采取措施，內(nèi)部降溫緩慢。當外界氣溫驟降時，溫度梯度增大，使混凝土中的溫度應力增大，從而引起混凝土內(nèi)部的壓縮應力。

混凝土為脆性物質(zhì)，其壓縮強度為10倍于拉伸強度，并且因其抗拉變形特性，在進行短期載荷時，其極限拉伸變形僅為0.6×10-4～1×10-4，即在溫度下降6～10℃時產(chǎn)生的變形，長時間加載時的極限拉伸變形值為1.2×10-4～2×10-4。

由于混凝土大部分時間都與基礎(chǔ)一起澆筑，因此，在溫度發(fā)生變化時，混凝土澆筑會受地基的限制，產(chǎn)生外部約束。在混凝土初期，混凝土的受熱過程中，受約束面的限制，會產(chǎn)生壓縮應力，其彈性模量相對較低。試驗結(jié)果表明：當混凝土的內(nèi)外溫差小于25℃時，溫度裂縫基本不會發(fā)生，因此，通過改進約束條件，減小大體積混凝土的內(nèi)外溫差，砼內(nèi)部埋設(shè)冷卻管管路，通水降溫可以有效地防止裂縫的發(fā)生[2]。

3 高層建筑大體積砼的施工技術(shù)措施

3.1 嚴格控制施工原材料的選擇

建筑材料的選擇對工程質(zhì)量有很大的影響，水泥類型、砂石和化學外加劑的選擇對大塊砼的施工質(zhì)量有很好的控制作用。由于水泥的水化熱釋放是引起建筑開裂的重要因素，因此在選用水泥作為原材料時，應選用低水化熱的水泥如火山灰水泥、硅酸鹽水泥等，避免砼內(nèi)外溫差過大，既能保證砼的強度，又能降低水泥用量；用不合格的水泥，對高層建筑質(zhì)量造成很大的影響；另外，砼集料的選用要嚴格，盡量選用碎石、鵝卵石等細度大的集料，盡量降低片狀集料的用量，降低砼中的水泥用量，從而達到控制水泥水化熱的目的；適量加入粉煤灰可以降低砼的水化熱，改善砼的可泵性，但在選用時要注意細度和粒徑，必須滿足I級的要求，在使用時要作相應的計算，不能降低砼的抗?jié)B性；在選用外摻劑時，應結(jié)合工程實際和施工技術(shù)，盡量采用外加劑，既能達到建筑強度等級，又能有效地降低水泥用量，有效地降低水化熱。

3.2 模板施工技術(shù)應用

在結(jié)構(gòu)工程中，大體積砼的施工是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，只有保證了模板的施工質(zhì)量，才能使大體積砼的施工質(zhì)量得到切實的保障。在進行大體積砼澆筑過程中，應優(yōu)先使用大型組合式鋼模板，保證模板剛度和強度，確保砼澆筑過程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.3 砼振搗施工技術(shù)

澆筑完畢后必須及時進行振動，以提高砼的致密性。振搗作業(yè)要求在不同的澆注區(qū)內(nèi)設(shè)置振桿，并按要求的振搗工藝要領(lǐng)進行振搗。為了提高下段砼振搗的質(zhì)量，可將振動棒插入砼鋼筋區(qū)和坡腳部位，以保證振動的緊實度。對于鋼筋密度較大或振動空間較小的地區(qū)，應采取斜振方法。另外，如果采用分層澆筑，則應在底層砼初凝前進行振搗，避免上部和下部砼間產(chǎn)生冷縫；為了保證振動的適宜性，防止漏振和振動，特別是在砼的表面不會產(chǎn)生氣泡，否則過振會導致大量的粗集料在地基上堆積，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；如果沒有足夠的振動和漏振，將會對砼的致密程度產(chǎn)生一定的影響。

3.4 砼的溫度測量工作

對大體積砼進行溫度測量和控制，可以降低砼開裂的概率。企業(yè)應探索檢測大體積砼的溫度，并采用簡便、高效的方法測量砼的內(nèi)部溫度。通常我們采用的是電阻式溫度表，在進行溫度測量時，要保證砼的每一層土層都能精確地測量，避免因局部溫差過大而出現(xiàn)裂縫，要正確地選擇測溫點和測溫線，以保證測溫線與鋼筋之間的接觸，保證測溫的精度，測完后要對數(shù)據(jù)進行分析，研究其溫度特征，以便及時采取相應的保護措施，預防出現(xiàn)大面積砼開裂。

3.5 建筑工程大體積砼施工后技術(shù)控制

防止砼因內(nèi)外溫差引起的溫度應力而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂，從而提高砼的整體質(zhì)量。根據(jù)對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)砼溫升計算結(jié)果，在砼澆筑時埋入冷卻管路，待砼初凝后，通水降溫，冷卻管路可采用鋼管、pvc管等。合理選用保溫、保濕等養(yǎng)護措施。保濕是保證砼表面始終保持一定的濕度，防止砼表面發(fā)生干燥收縮開裂，從而增加砼的抗拉強度。保溫原則是保證砼的表面溫度在合適的范圍內(nèi)，防止砼內(nèi)部和外部溫度過高，否則砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度應力超出了砼本身的抗拉強度，將導致砼結(jié)構(gòu)開裂。在測量砼大塊砼溫度時，應合理設(shè)置測溫點，通常以中間、表面和底部三個部位為主體，而相鄰的測溫點的橫向和縱向間距分別為250～500cm和50～80cm。在大體積砼的加熱階段，通常每3h進行一次溫度測量；在下降時，可以每8h進行一次溫度測量，以保證砼的內(nèi)外溫差得到有效的控制[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑行業(yè)在未來的發(fā)展中會面臨著更多的挑戰(zhàn)，尤其是在大大體積砼工程的施工過程中，可能會對施工企業(yè)產(chǎn)生一定的影響。所以在對大體積砼工程施工過程進行控制時，需要不斷采取新技術(shù)、新方法來降低施工成本。同時還要不斷完善大大體積砼施工技術(shù)。而這些技術(shù)既要嚴格控制施工質(zhì)量，也需要通過不斷總結(jié)經(jīng)驗來完善設(shè)計施工方案。因此想要有效地控制施工過程中存在的主要問題并確保施工質(zhì)量可靠，就需要通過積極采取有效措施來降低施工成本。同時還需要根據(jù)不同地區(qū)的實際情況來合理選擇合適的施工技術(shù)來完成大體積砼這一工程項目。只有合理地結(jié)合實際情況對設(shè)計方案進行優(yōu)化后，才能夠使這一工程項目具有更高的安全性。而對于設(shè)計施工方案來說需要滿足相關(guān)規(guī)定，同時還要符合國家工程建設(shè)相關(guān)標準以及規(guī)范等內(nèi)容，以此來保證設(shè)計施工方案更加科學合理。只有這樣，才能夠讓設(shè)計施工方案更加符合實際情況并確保工程質(zhì)量安全。