土木建筑工程中大體積混凝土結構施工技術應用研究

連梅波

（泉州市工程建設監(jiān)理事務所有限責任公司）

0 引言

經(jīng)過多年發(fā)展，國內(nèi)土木建筑工程領域的項目建設水平持續(xù)提升，混凝土材料是項目建設最為常用的一種施工材料，隨著建設規(guī)模的增加，結構自身所要承擔的外在壓力也在持續(xù)提升，所以對于大體積混凝土結構施工，需要建設單位科學應用混凝土，針對施工過程中存在的重難點問題積極優(yōu)化施工技術，在降低混凝土結構裂縫的同時，保證結構耐久性、發(fā)揮其原有的抗壓性能。

1 項目概況

“港城·首府”項目位于晉江市新塘街道湖格社區(qū)。用地性質(zhì)為商業(yè)辦公用地，項目總建筑面積為93181.17m2，涵蓋19 幢地下1 層、地上4 層-9 層的多層建筑。項目概算投資25170 萬元。建筑物結構形式為框架剪力墻結構。

2 施工重難點

本項目在諸多的土木建筑工程中屬大體積混凝土結構施工項目，項目由地下、地上兩個單元組成。在施工過程中存在以下幾項施工難點：

⑴為保證施工工期，在施工過程中并未于秋冬季停工，然，混凝土拌合料的溫度對于混凝土結構的施工質(zhì)量存在直接影響，所以如何對混凝土拌合料進行加熱成為了項目施工過程中的一項關鍵工序。

⑵水泥與水的結合屬于一個放熱的過程，而大體積混凝土結構的散熱條件更差，所以在應對混凝土水化熱的問題時施工人員需結合項目概況與具體的參數(shù)，基于周密的計算與核對指導施工實踐。

⑶在相對濕度方面，受水泥水化熱的影響，大體積混凝土結構內(nèi)部的相對濕度會在澆筑完成后不斷下降，繼而使結構內(nèi)部毛細孔缺水，繼而形成大量的孔隙。而這些孔隙則是導致混凝土結構出現(xiàn)收縮裂縫的關鍵原因，所以在施工過程中合理的控制相對濕度也是本項目的一個難點[1]。

⑷在施工質(zhì)量檢測方面，大體積混凝土結構施工質(zhì)量檢測應具備及時性，尤其在混凝土結構建筑后的一段時間，及時的溫度檢測有利于項目組及時發(fā)現(xiàn)問題。如何提升溫度檢測的及時性則是本項目施工的一大難點。

3 施工技術

研究遵循大體積混凝土結構施工的一般程序，依照拌合料→澆筑溫度控制→澆筑→養(yǎng)護→質(zhì)量檢測的流程對“港城·首府”項目的施工做具體介紹：

3.1 混凝土拌合料加熱

為保證港城·首府項目工期進展，秋冬季并未停工，但秋冬季節(jié)施工過程中雖然混凝土拌合料中的水泥無需加熱，但水、沙子以及石子需加熱。其中水的加熱溫度控制在≤80℃，極限溫度不高于100℃。若將水加熱至最高溫度時仍就無法滿足混凝土拌合料的溫度要求時，則需考慮將骨料加熱，骨料砂石加熱溫度控制在≤60℃，骨料的加熱流程：熱水拌合→骨料堆料場敷設蒸汽管道，解凍加熱砂石骨料→設置預熱倉加熱砂石料→對已加熱的砂石骨料進行保溫或進一步加熱→在回傳滾筒內(nèi)燃氣加熱砂石→在回轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)火焰加熱。

為避免因拌合水溫過高而引發(fā)水泥出現(xiàn)假凝的問題，需合理安排拌合料的投拌順序，項目施工過程中采取了先投拌水與砂石骨料，后投拌水泥的順序，拌合后的混凝土滿足施工需求。當砂石存在霜、凍塊時需預先將其加熱，若砂石無霜、無凍塊或冰層，則可優(yōu)先將拌合水加熱，并結合拌合水的溫度分析是否能夠滿足混凝土的出機溫度，混凝土出機溫度計算見式⑴。

式中：

T1——混凝土拌合料出機溫度；

T0——拌合后的混凝土最終溫度；

Ti——攪拌機棚內(nèi)溫度。

將本項目施工過程中的相關參數(shù)代入式⑴，則有：T1= 23.97 - 0.16 ×（23.97 - 5）= 20.93℃，即本項目中混凝土拌合料的出機溫度為20.93℃。但項目施工過程中當拌合水加熱至最高溫度100℃時，仍就無法滿足混凝土出機溫度，對此施工人員采取了熱空氣法與蒸汽直接加熱法加熱粗骨料、采取了火炕加熱法、熱煙氣加熱法加熱砂子，保證了混凝土拌合料的出機溫度滿足項目施工需求。如果從施工經(jīng)濟性的角度上考量，在混凝土拌合料加熱的施工環(huán)節(jié)，應結合加熱的經(jīng)濟性合理安排混凝土各個組成材料的加熱溫度，本項目優(yōu)先將拌合水加熱，其根本原因在于水的比熱約為砂石的5 倍，所以優(yōu)先將拌合水加熱最為經(jīng)濟。如果從施工可能性的角度上考量因加熱水的方式多樣且工藝極為成熟，如應用熱水器、熱水鍋爐亦或是采取蒸汽直接加熱、電加熱的方法，所以優(yōu)先加熱拌合水的可能性較高[2]。

3.2 混凝土澆筑溫度控制

大體積混凝土結構工程項目在施工的過程中除了要做好混凝土結構的防凍工作外，還需做好混凝土的防裂工作，因此類工程項目的塊體較大，澆筑后的混凝土雖然表面溫度較低，但其內(nèi)部溫度將會受水泥的水化熱因素影響而上升，內(nèi)外基礎溫差將會引發(fā)混凝土結構出現(xiàn)裂縫，所以控制混凝土澆筑溫度在最低的范圍，是保證大體積混凝土結構施工質(zhì)量的一個關鍵。一般情況下澆筑的溫度需要控制在≤10℃，5～10℃為宜。在考量施工結構模版、鋼筋的吸熱情況下可按照式⑵計算混凝土的澆筑溫度：

式中：

T3——混凝土澆筑溫度；

T2——運輸?shù)綕仓^程中的溫度。

Cc、Cf與Cs分別為混凝土、墻膜以及鋼筋的比熱容，（kJ/kg·K）；

mc、mf與ms分別為每m3混凝土的重量和m3混凝土相接觸的墻膜與鋼筋的重量，（kg）；

Tf——墻膜的溫度；Ts——鋼筋的溫度。

運輸?shù)綕仓^程中的混凝土溫度按式⑶計算：

式中：

t1——運輸?shù)綕仓^程所耗費的時間，（h）；

n——混凝土拌合物總計轉(zhuǎn)運的次數(shù)；

a——溫度損失系數(shù)，（h-1）。

關于式⑶中的“a”取值，施工人員需結合混凝土拌合料的運輸方式科學取值，如果采取攪拌車運輸，那么a取值為0.25；如果應用開敞式的大型自卸汽車運輸混凝土拌合料，則a取值為0.20，應用開敞式小型自卸汽車運輸取值0.30；如果應用手推車的方式運輸則a取值0.50。本項目在運輸混凝土拌合料的過程中采取的是攪拌車運輸方式，所以將a取值為0.25，將各參數(shù)代入至 式⑶，則 有：T2= 20.93 -（0.25 × 5 ÷ 40 + 0.32 ×1）[20.93 -（-5）]= 19.29℃，即運輸?shù)綕仓^程中混凝土的溫度為19.29℃。將該參數(shù)代入至式⑵可計算出澆筑成型時混凝土結構的溫度T3，則有：

除此之外，在選定可允許的最低混凝土澆筑溫度時本項目考量了以下幾個影響因素：⑴外界的氣溫，項目采取保溫模版的蓄熱養(yǎng)生方式以降低養(yǎng)生期外界氣溫對混凝土結構的影響；⑵混凝土的結構與尺寸，項目為大體積混凝土結構，并不具備良好的散熱條件，加之水泥水化熱的影響使結構內(nèi)部的溫度升高，所以在選定澆筑溫度時施工單位一致認為越低越好；⑶混凝土塊體在養(yǎng)生期間的保溫條件，若保溫材料具備良好的保溫條件，散熱系數(shù)β 較小，則可考慮將澆筑溫度控制低一些，反之則需適度的提升混凝土澆筑溫度[3]。

3.3 跳倉法無縫施工

項目為大體積混凝土結構工程，施工宜采取分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑的方式施工，施工人員需要結合項目最初的設計尺寸將施工范圍均勻分段，而后分層澆筑?；谶@一原理本項目施工采取了跳倉法施工，將大面積的建筑結構合理的劃分為多個小面積，在澆筑的過程中施工人員采取隔一個小面積澆筑一個小面積的方式，而后再將整個區(qū)域連接起來再次澆筑，使被劃分的一個建筑結構最終連成整體[4]。跳倉法無縫施工技術的應用優(yōu)勢在于進一步規(guī)避了混凝土結構內(nèi)外部溫差引起的結構表面開裂問題，跳倉法無縫施工技術中所澆筑的混凝土拌合料在初期階段的性能并不穩(wěn)定，極易將內(nèi)力釋放出來在溫度收縮應力的原理下能夠起到防裂的目的。分倉的過程中，分塊尺寸應控制在≤40m 的范圍，倉與倉之間的施工時間間隔應控制在＞7 天，與此同時倉與倉接縫處的施工縫設置需完全符合現(xiàn)行的施工要求。本項目跳倉施工部署中，倉塊最大塊設置為倉塊數(shù)量太多，因本項目涵蓋地上結構、半地下結構、地下室結構，高度太高，所以站房梁、板等其他構件的跨度、體量均會較大，對此設定倉塊澆筑的時間為10 天，滿足相鄰倉塊的時間間隔要求，待10 天之后，將各倉塊連接成為整體。

3.4 混凝土澆筑

項目選用了性能相對優(yōu)良的混凝土，微膨脹混凝土，但選用此種混凝土也就意味著施工作業(yè)標準需更為嚴格，一旦出現(xiàn)冷縫或施工縫就需要及時處理，處理的方式采用了近年來土木工程施工領域較為常用的膨脹砂漿接縫的方式，與此同時為保證澆筑完成后的混凝土結構施工質(zhì)量，澆筑施工時項目還埋置了冷卻水管，用以冷卻降溫。為最大限度的消除不必要的塑性裂縫，混凝土澆筑的過程中進行了二次振搗與二次收面工序：

3.4.1二次振搗

項目設定于混凝土澆筑后初凝4h 之前進行混凝土二次振搗，為達到最為理想的效果項目施工人員于混凝土初凝前的1h 開始二次振搗，關于振搗的時間標準項目施工人員將混凝土坍塌度為30～50mm 作為參照標準。施工人員應用插入式振搗器振搗T 型預制梁構件深度相對較深的位置和混凝土結構構件中的柱，應用附著式振搗器振搗其余部分的混凝土結構，遵循快插慢拔的振搗原則，盡量于混凝土結構表面出現(xiàn)泛漿以后再開始振搗工序。

3.4.2二次收面

項目設定于混凝土完全凝結之前又具備一定強度時進行收面施工，施工人員首先將手按下澆筑完成后的混凝土結構，結構表面出現(xiàn)手部印記，但結構表面并不黏手，說明宜進行二次收面施工。其次，應用焊標筋與拉線尺量的方法控制標高、應用兩米刮杠刮平混凝土結構表面、應用磨光機對澆筑完成后的混凝土結構表面進行大面積抹漿，磨光機走過后施工人員立即跟隨并開展收面施工。

3.5 混凝土養(yǎng)護

大體積混凝土結構的施工養(yǎng)護主要集中在施工的初期階段，即混凝土澆筑完成后，混凝土養(yǎng)護結構養(yǎng)護的有效性直接影響著整個結構的施工質(zhì)量。因混凝土水養(yǎng)護是微膨脹混凝土發(fā)揮其膨脹性能的一項關鍵施工技術，所以在本項目，除滿足一般混凝土結構的養(yǎng)護條件外，還關注了水養(yǎng)護是否充分。微膨脹混凝土在澆筑后凝結的初期應注意控制溫度與濕度，注意防止外部氣溫的急劇變化影響混凝土拌合料的性能[5]。借助廈門地區(qū)多雨濕潤的氣候特點，養(yǎng)護過程中使微膨脹混凝土的板邊模版高出混凝土結構面2cm，以便于施工人員對混凝土結構表面進行儲水、覆膜，從而解決混凝土結構內(nèi)部毛細孔缺水的問題，降低結構收縮裂縫的產(chǎn)生。

3.6 施工檢測

在項目施工過程中為保證施工質(zhì)量，項目組需對施工結構進行初步的質(zhì)量檢測，于混凝土結構澆筑地點隨機抽取一塊混凝土檢測混凝土結構的施工質(zhì)量。要求面積為100m3的混凝土澆筑結構中至少取樣一塊；同一配合比混凝土拌合料澆筑的混凝土結構要求面積為200m3至少取樣一塊。為提升混凝土結構溫度檢測的及時性，項目于施工現(xiàn)場布置了砼測溫機制用于檢測混凝土結構的溫度。施工人員首先于混凝土結構對稱抽線的半條軸線上布置測溫孔，測溫孔布置的具體位置為混凝土結構的底部、中部以及表面50mm處，示意圖見圖1。

圖1 混凝土結構測溫點位布置示意圖

其次應用直徑為20mm 的PVC 管，將管體的一段封閉，另一端外露于混凝土避免的100mm 處，并應用膠帶將外露管口封閉以防止雜物進入。最后，施工現(xiàn)場設專門的施工人員于混凝土結構初凝后開始進行溫度測試，本項目設定專門施工人員于第1～4 天每4h 測溫一次，第5～7天每8h測溫一次，第7天測溫結束每12h測溫一次。施工人員將測溫計放置如預留的測溫孔中，并用棉花堵住測溫孔，使測溫計與外界完全隔離，統(tǒng)計測溫數(shù)據(jù)總結混凝土結構的溫度變化規(guī)律，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土結構內(nèi)部與外部溫差超過25℃，則需及時上報相關負責人員及時做好混凝土表面的保溫處理。原則上講，待混凝土結構內(nèi)部溫度與外部溫度和環(huán)境溫度相差無幾時施工人員可停止測溫。

4 施工總結

總體來看，港城·首府項目取得了良好的經(jīng)濟效益，首先，在混凝土拌合料加熱過程中項目優(yōu)先選擇了拌合水加熱的方式，節(jié)省了間接施工費用若干。其次，項目采取了跳倉法的無縫施工方式，提升了項目后續(xù)施工插入的速度，避免因后澆帶留置近兩個月而帶來的工期損失，與此同時此種施工方法的應用還為項目室內(nèi)回填、樓體裝修施工的提前插入創(chuàng)造了有利的條件[6]。項目總計節(jié)省了20 天，混凝土結構施工期間施工現(xiàn)場因設備租賃、施工材料周轉(zhuǎn)、水電人工等諸多資金的投入情況約為每日1.8萬元，間接節(jié)約了費用50萬元。同時因基礎取消了后澆帶施工，所以無需開展施工縫模板與后澆帶臨時保護、清理的施工工序，節(jié)省了工費約7.5 萬元。半地下室后澆帶取消節(jié)省了外側保護鋼板工費約5.5 萬元，地下室后澆帶取消節(jié)省了模板與支撐體系約6.5萬元。綜合考慮采項目施工共計節(jié)約50萬元。

5 結語

綜上所述，研究以港城·首府項目為例，在概述項目施工重難點的基礎上分析了大體積混凝土結構施工技術的具體應用。通過本文上述的理論分析得以明確，跳倉法的無縫施工方式不僅能夠有效的降低混凝土結構裂縫的產(chǎn)生概率，同時還能夠為施工單位節(jié)省更多的施工經(jīng)費。所以無論從施工質(zhì)量的角度看還是從項目經(jīng)濟效益的角度上看，跳倉法的無縫施工技術均可以作為大體積混凝土施工項目的一個首選施工技術。除此之外，對于大體積混凝土結構施工，功能優(yōu)良的攪拌設備不僅能夠保證混凝土拌合料攪拌更為均勻，提升結構的施工質(zhì)量，還能夠為施工單位節(jié)省更多的工程時間。由此可見，施工設備的選用與施工技術同等重要，均對結構的施工質(zhì)量存在直接影響，對于大體積混凝土結構施工除需重視施工技術的應用外也應對施工設備的選用予以更多的關注。