高層建筑超厚底板大體積混凝土施工技術(shù)

程文甲

（中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000）

由于高層建筑構(gòu)造特殊，因此成為建筑工程領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)與施工難點(diǎn)。這類建筑的設(shè)計(jì)、建設(shè)和施工涉及土木工程學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)和管理學(xué)等多個(gè)學(xué)科，屬于十分復(fù)雜的系統(tǒng)類工程[1]。大體積混凝土在施工中的配合比設(shè)計(jì)、澆筑方案、養(yǎng)護(hù)手段以及溫度控制方式，都是影響結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要因素。為保證超厚底板施工順利，需要根據(jù)工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)可行性較高的施工方案。

隨著各地的發(fā)展，市場內(nèi)高層建筑數(shù)量越來越多，使建筑工程能更好地滿足現(xiàn)代化工程建設(shè)需求，成為施工技術(shù)中亟待解決的實(shí)際問題。根據(jù)大量的實(shí)際工程可知，底板大體積基礎(chǔ)質(zhì)量與整體工程質(zhì)量有密切的聯(lián)系，而且建筑底板所占的成本非?？捎^[2]。在建筑設(shè)計(jì)過程中，做好技術(shù)設(shè)計(jì)，完善施工組織工作并優(yōu)化造價(jià)控制工作是需要重點(diǎn)探討的問題。

與普通鋼筋混凝土工程相比，大體積砼結(jié)構(gòu)具有厚度大、施工中材料用量多、施工條件與施工工藝復(fù)雜、受水泥水化熱影響較為顯著等特點(diǎn)[3]。在施工中防止結(jié)構(gòu)裂縫的方法與常規(guī)的大壩工程不同，常規(guī)的大壩工程使用特制的低熱量水泥、使用復(fù)雜的降溫系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)，大體積砼結(jié)構(gòu)要通過完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理配筋、優(yōu)化可行的施工工藝和加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等措施，改善結(jié)構(gòu)的抗裂性，提高工程的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。為滿足以上需求，本文將對此進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目實(shí)例

根據(jù)工程項(xiàng)目施工要求，選擇某地東區(qū)某地塊項(xiàng)目作為實(shí)例，本項(xiàng)目由超高層建筑6#樓和地下室等組成，項(xiàng)目基本情況見表1。

表1 高層建筑基本參數(shù)

根據(jù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求，在建筑的底板位置，設(shè)置橫向、縱向2 個(gè)方向的后澆帶，2 條后澆帶將工程項(xiàng)目劃分為4 個(gè)區(qū)段：I、II、III 和IV 區(qū)段，其中I 段、II 段和IV 段的底板厚度設(shè)計(jì)值為1.3m，III 段的底板厚度設(shè)計(jì)值為3.5m，在施工中，底板的砼等級包括R60、S12 和C40，底板平面劃分方式如圖1所示。

圖1 高層建筑底板平面劃分方式

對圖中III 段底板設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，具體內(nèi)容見表2。

表2 III 段底板設(shè)計(jì)參數(shù)

2 高層建筑超厚底板大體積混凝土施工

2.1 配合比設(shè)計(jì)

在遵循優(yōu)化配合比原則的基礎(chǔ)上，采用低水化熱的水泥材料，降低混凝土中水泥和水的用量。向原材料中加入一定數(shù)量的粉煤灰，從而提高混凝土的黏塑性，并進(jìn)一步降低水化熱[4]。此外，加入少量的減水劑，延緩水化熱釋放，降低其峰值，達(dá)到延緩混凝土凝固的目的，防止產(chǎn)生施工冷縫。將強(qiáng)度等級為C40 的混凝土材料與S12 配合使用[5]。計(jì)算混凝土最高溫度升高值如公式（1）所示。

式中：Tt為在齡期為t時(shí)的混凝土絕熱溫度上升數(shù)值；Q為單位體積水泥材料在28d 內(nèi)累計(jì)水化熱；c為混凝土的比熱；p為混凝土的材料密度；mc為修正系數(shù)。在混凝土澆筑后的3d～5d，其內(nèi)部溫度最大約40℃[6]。計(jì)算混凝土的極限收縮值，如公式（2）所示。

式中：εy（t）為混凝土收縮量；εy0為混凝土標(biāo)準(zhǔn)狀況下的極限收縮量；b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；M為非標(biāo)準(zhǔn)條件下的修正系數(shù)。計(jì)算各齡期混凝土收縮當(dāng)量的溫度差如公式（3）所示。

式中：Ty（t）為不同齡期混凝土等效收縮溫差；εy（t）為混凝土各齡期的收縮變形；a為混凝土線性膨脹率。通常，a的取值為10×10-6。在模板制安拆除施工前，現(xiàn)場準(zhǔn)備工作如下：選取3 個(gè)攪拌站，7 臺地面泵，56 臺運(yùn)輸車，28 支振搗棒。各攪拌站采用最優(yōu)混合比攪拌混合。利用溫度數(shù)據(jù)采集器對底板進(jìn)行溫度監(jiān)控[7]。在溫度變化較大的地區(qū)，按照平衡點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)的要求，布點(diǎn)43 個(gè)。當(dāng)內(nèi)表溫度差為20℃時(shí)，測算頻率為1 次/10min。當(dāng)8d～15d 時(shí)，采集周期為1 次/h；當(dāng)16d～21d 時(shí)，采集周期為2h/d。從22d 開始，每4h 測量一次溫度。

2.2 鋼筋加工綁扎與模板制安拆除

必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙加工和綁扎鋼筋構(gòu)造物。底層鋼筋采用熱軋鋼筋，并按400 級的鋼筋強(qiáng)度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)長度＜20mm 時(shí)，可采用電弧焊連接鋼筋。當(dāng)長度≥20mm 時(shí)，可以選用套筒冷擠壓的方式連接鋼筋接頭[8]。在鋼筋防護(hù)層中，可采用細(xì)砂石混合土墊層。上部和下部的網(wǎng)筋支撐結(jié)構(gòu)選擇L63mm×4mm 的角鋼，其水平距離為200mm，整體呈行列式布置，如圖2所示。

圖2 超厚底板鋼筋支撐結(jié)構(gòu)示意圖

選擇7 塊板子作為側(cè)面模具，用“3”形的鋼管卡子固定邊棱。拆除側(cè)模結(jié)構(gòu)，在混凝土澆筑7d 后，拆除模板，用草袋包裹周圍進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在底層結(jié)構(gòu)上選擇一塊磚胎模，完成表面911 防水涂層施工和厚度為3cm 的細(xì)石混凝土保護(hù)層施工。

2.3 混凝土澆筑施工

混凝土的澆筑方向?yàn)閺谋钡侥?，采用分層、分段和定點(diǎn)的方法，一層一層地澆筑。超厚底板大體積混凝土澆筑順序如圖3所示。

圖3 超厚底板大體積混凝土澆筑順序示意圖

按照圖3 的澆筑順序，確保上、下兩層混凝土澆筑間隔時(shí)間不大于初凝時(shí)間，節(jié)點(diǎn)處不出現(xiàn)漏振。這種由天然水流構(gòu)成的斜坡澆灌方法，避免反復(fù)拆除、沖洗和接長輸送管道，能更好地與泵送工藝協(xié)調(diào)，提高了泵送效率，使石灰石的泌水處理變得簡單，確保上部和下部的澆灌不超過初凝時(shí)間。按泵送的天然流量和振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的斜率，將振動(dòng)裝置分為前、中、后3 個(gè)階段。前面為泵管出料，中間和后面為坡腳處，其中一臺須安裝在上、下兩根鋼筋間，用于振動(dòng)底板底部鋼筋網(wǎng)。在混凝土澆筑過程中，要將水泥漿液和泌水迅速地向兩端或一端排放。利用軟軸泵抽水，可有效地解決滲濾液對混凝土層間黏結(jié)力的影響，改善混凝土的密實(shí)程度及抗裂性能。

2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

考慮蓄水養(yǎng)護(hù)對施工造成的不利影響，決定采用覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)的方式，控制混凝土的內(nèi)外溫度差，如公式（4）所示。

式中：δ為保溫材料的厚度；h為高度；λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)；T2為混凝土與養(yǎng)護(hù)材料接觸位置的溫度；T3為混凝土澆筑后3d～5d 的空氣平均溫度；λc為混凝土熱導(dǎo)率；Tmax為混凝土的最高溫度；K為傳熱系數(shù)修正值。在混凝土表面覆蓋兩層塑料薄膜和兩個(gè)麻袋，起到保溫、潤濕和養(yǎng)護(hù)的作用。通過上述操作，可以保持混凝土表面的水份和溫度，讓混凝土一直在保溫和保濕的養(yǎng)護(hù)狀態(tài)中，從而控制混凝土內(nèi)外溫度差，避免混凝土產(chǎn)生裂紋。在經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)場對不同齡期抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測量，如果養(yǎng)護(hù)至30d，其本身的抗拉強(qiáng)度超過溫度下降引起的拉應(yīng)力，就可以停止養(yǎng)護(hù)。但是要緩慢冷卻和收縮，因此從30d 開始，須逐步減少保護(hù)層的厚度，在42d 停止測溫，在45d 拆掉所有的保溫材料。

3 混凝土施工中的測溫與施工效果

在項(xiàng)目施工中，對混凝土施工環(huán)節(jié)進(jìn)行溫度測試。測試中應(yīng)明確，溫度檢驗(yàn)是評估混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，為保證溫度測試工作的規(guī)范性，應(yīng)按照下述方式，規(guī)范溫度測試的措施與制度。

在澆筑底板混凝土前，由專業(yè)技術(shù)人員埋設(shè)測溫管道。通常，有3 個(gè)測溫點(diǎn)位，對應(yīng)的測溫管分別埋設(shè)在混凝土表層、面板中部和面板底部，3 個(gè)測溫點(diǎn)可以形成一個(gè)三角形。測溫點(diǎn)的間距不應(yīng)＞6m，測溫管通常采用PVC 管，并要用原木塞子進(jìn)行塞堵處理，防止測溫管出現(xiàn)滲漏和在測溫過程中雜物進(jìn)入測溫管，對測溫工作造成影響。

通常要對混凝土溫度檢測進(jìn)行不間斷地監(jiān)控，監(jiān)控的時(shí)間要視具體情況而定，本項(xiàng)目的測量頻率為6h/次、連續(xù)監(jiān)控3d，在測量過程中，應(yīng)確保技術(shù)人員按照規(guī)范要求讀取測溫，通過這個(gè)方式，保證測溫?cái)?shù)據(jù)的精確性。

當(dāng)對混凝土內(nèi)、外溫度進(jìn)行測定時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)最高溫度與表層溫度的差值＞25℃，或者溫度出現(xiàn)異常時(shí)，就應(yīng)該立即告知項(xiàng)目部有關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人，便于施工人員及時(shí)采取有效合理的措施預(yù)防裂縫。

以某測溫點(diǎn)為例，在養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)對其進(jìn)行測溫，記錄表層、中部和底部的實(shí)時(shí)溫度，統(tǒng)計(jì)溫度差，結(jié)果見表3。

表3 澆筑施工中某測溫點(diǎn)實(shí)測溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

完成澆筑施工中某測溫點(diǎn)實(shí)測溫度統(tǒng)計(jì)后，拍攝現(xiàn)場混凝土澆筑完成后的施工效果圖，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場混凝土澆筑完成后的施工效果圖拍攝

4 結(jié)語

通過研究，得到以下結(jié)論：1）從表3 中可以看出，測溫試驗(yàn)持續(xù)了72h，即連續(xù)記錄了3d，從記錄的最大溫差結(jié)果可以看出，在72h 內(nèi)，所選的測點(diǎn)最大溫度發(fā)生在監(jiān)測的60h，此時(shí)對應(yīng)的混凝土澆筑最大溫度差為17.5℃，未超過25℃，按照上述方式，對澆筑施工區(qū)域內(nèi)的其他測點(diǎn)測溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，所有的測溫點(diǎn)在測試過程中的最大溫度差均未超過25℃，說明按照設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行施工，可以避免混凝土在澆筑中的內(nèi)外溫度過大等問題，采用這個(gè)方式，可以防止混凝土出現(xiàn)裂縫。2）在此基礎(chǔ)上，分析圖4 后發(fā)現(xiàn)，澆筑表面平整，無明顯的蜂窩面，綜合施工效果較好。