大體積混凝土基礎施工技術分析

摘要：大體積混凝土基礎施工環(huán)境比較復雜，在施工過程中普遍存在溫度裂縫。本文對大體積混凝土基礎的施工進行了分析，對產生溫度裂縫的水泥水化熱、內外約束、外界氣溫、混凝土收縮徐變等原因進行了研究，并提出了相應的處理措施，以期解決這一普遍難題。

關鍵字：大體積混凝土；基礎；溫度裂縫

1 緒論

隨著我國工業(yè)化及城市化進程的加快，日益增多的大型工業(yè)設施及高層、超高層建筑拔地而起。它們高度越來越高，體積也越來越大，它們的基礎，無論是采用箱形基礎、筏形基礎，還是樁基基礎，都會有很厚的鋼筋混凝土底板，可以定義為大體積混凝土結構。混凝土結構開裂現(xiàn)象一直非常普遍，在大體積混凝土中，由于水泥用量大、水化熱反應，更是如此。因此，對大體積混凝土基礎的溫度裂縫研究，具有重要意義。

2 大體積混凝土基礎施工分析

大體積混凝土基礎結構根據(jù)基礎形式的不同，施工方法也有所變化，但都有模板工程、鋼筋工程和混凝土工程三部分。

2.1 模板工程

模板尺寸主要依據(jù)混凝土結構形狀、尺寸以及側壓力而定。由于大體積混凝土基礎底面面積較大，澆筑墊層后無法保證在同一標高，此時可在基礎鋼模板下鋪設一根50mm×100mm的小方木。箱形基礎的底板模板，大多采用組合模板，如組合鋼模板、鋼框膠合板或竹膠板模板，按照模板配板設計組裝成大塊的木板進行安裝，不足之處用異型模板予以補充。由于側壓力較大，在混凝土澆筑之前一定要將模板支撐牢固，確保安全。

2.2 鋼筋工程

大體積混凝土基礎結構具有承載力大、體積厚重的特點，因此配筋也具有數(shù)量多、直徑大、分布密、高差大等特點。為了保證施工質量，使鋼筋網格整齊劃一、分布合理，在進行鋼筋綁扎或焊接是，應采用長4~5米的卡尺進行卡位限制，必要時也可根據(jù)鋼筋間距設置缺口。鋼筋的連接，可采用電焊、氣壓焊、法蘭連接以及錐螺紋、直螺紋套筒擠壓連接等。在施工過程中，豎向鋼筋的連接通常采用電渣壓力焊工藝，較粗鋼筋在基坑底板出連接時，通常采用錐螺紋、直螺紋套筒擠壓連接工藝。在保證上層雙向鋼筋位置和標高準確時，宜設置支撐上層鋼筋的鋼筋支架。鋼筋支架由角鋼焊接，一般情況下每隔兩米設置一個，且相互拉結。

2.3 混凝土工程

大體積混凝土基礎的混凝土用量是十分巨大的，一次澆筑數(shù)千立方米也很普遍。為了保證工程質量，通常采取一次澆筑成型。因此，在選擇混凝土泵車的時候應根據(jù)工程量，選擇合適旋轉半徑的泵車。混凝土澆筑可采用全面澆筑、分層分段澆筑和斜面分層的方法。當基礎厚度不大時，可采用斜面分層方法，一次到頂。分層分段澆筑適合厚度較大且面積尺寸較大的工程。全面分層適用于結構平面尺寸不太小的工程，從外圍向中間進行澆筑。澆筑和振搗過程中產生的沁水應及時排除坑外。由于大體積混凝土基礎的表面泥漿較厚，一般在初凝錢用鐵滾筒碾壓數(shù)遍后再用木楔打磨壓實。

3 大體積混凝土基礎溫度裂縫原因分析

溫度裂縫大體積混凝土基礎施工中常見的質量問題。對于大體積混凝土來講，由于水化熱巨大，溫度變形明顯，溫度變化受到混凝土內外約束的影響，產生較大應力，尤其是拉應力，是導致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因。具體分析有以下原因。

3.1 水泥水化熱的影響

水泥水化熱是大體積混凝土中主要的溫度因素。大體積混凝土基礎澆筑后，由于水泥的水化熱很大，聚集在內部的水化熱不容易散發(fā)，混凝土形成一定的溫度梯度。無論是溫升階段還是溫降階段，混凝土中心溫度都要高于混凝土表面溫度，膨脹速率與溫度呈正線性關系。當溫度梯度達到臨界點時，表面拉應力超過混凝土極限抗拉強度，即會產生裂縫。在溫升階段，混凝土彈性模量小，只會產生表面裂縫。在溫降階段，隨著混凝土齡期的增長，溫降收縮產生的拉應力較大，易在混凝土中心部分形成較高拉應力，若此時拉應力大于極限抗拉強度，則會產生貫穿裂縫。

3.2 內外約束條件的影響

約束類型一般可概括為兩類：外部約束和內部約束(也稱自約束)。外部約束指結構物的邊界條件，一般指支座或其他外界因素對結構物變形的約束。內部約束指大斷面的結構，由于內部非均勻的溫度及收縮分布，各質點變形不均勻而產生的相互約束。如在完全約束條件下混凝土結構物的溫度變形，是溫差與溫度膨脹系數(shù)的乘積。即ε=ΔT·α，當ε大于混凝土的極限拉伸率εP時，便會出現(xiàn)裂縫。式中，ε為混凝土的收縮時的相對變形，ΔT為溫差，α為混凝土的溫度膨脹系數(shù)。混凝土的溫度膨脹系數(shù)α一般為10×10-6/℃，極限拉伸率εP一般在50~100×10-6之間，此時容許混凝土的內外溫差一般在20~25℃之間尚未開裂。這主要因為結構物不可能受到絕對約束，混凝土也不可能完全沒有徐變和塑性變形的緣故。

3.3 外界氣溫變化的影響

大體積混凝土結構在施工階段，外界氣溫的變化對大體積混凝土開裂的影響顯而易見。混凝土的內部溫度是絕熱升溫、澆筑溫度和結構的散熱溫度等各種溫度的線性疊加。澆筑溫度與外界溫度有著直接關系，外界溫度越高，澆筑溫度就越高；如果外界溫度突降，則會大大增加中心混凝土與外部混凝土的溫度梯度，因而會造成過大溫差和溫度應力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。同時，在外部高溫環(huán)境下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度一般可達到60~65℃，并且有較長的延續(xù)時間(與結構尺寸和澆筑的塊體厚度有關)。在這種情況下，研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內部溫差引起的過大溫度應力，就顯得更為重要。

4 大體積混凝土基礎溫度裂縫控制措施

為了防止裂縫的產生和發(fā)展，應從控制大體積混凝土內外部溫差、改善結構約束條件。改善混凝土性能等方面進行考慮。

4.1 設計措施

(1)采取合理的結構形式。大體積混凝土結構施工中如果允許設置水平施工縫，應根據(jù)溫度裂縫的要求進行分塊，且設置必要的連接方式。

(2)設計中大體積混凝土不宜選用高強度混凝土，強度等級宜在C20-C35范圍內。

(3)合理設置分布鋼筋。盡量采用小直徑、密間距布置；采用直徑8~14mm的鋼筋和100~150mm間距是比較合理的。全截面配筋率不小于0.3％，宜在0.3~0.5％之間。受力筋能滿足構造要求的，不再增加溫度筋，構造筋不能起到抗約束作用時，應增配溫度筋，變截面處配置加強分布筋。

4.2 材料措施

水泥：水泥水化熱的大小，對混凝土的溫升影響很大，因此選用C3S及C3A含量低的中、低熱水泥可有效的降低混凝土溫升。

粗、細骨料：在選擇租骨料時，優(yōu)先選用碎石，用碎石拌制的混凝土有較高的強度、良好的抗裂性能，同時，要嚴格控制粗、細骨料含泥量。

外加劑：粉煤灰可以改善混凝土的和易性、干縮性和脆性。可以摻入適當?shù)姆勖夯医档退療幔菍τ诟邚娀炷粒瑢φ駝踊驔_擊有要求的結構，不宜摻加粉煤灰。

5 結語

大體積混凝土基礎工程的條件都比較復雜，施工情況也不盡相同。同時使用的混凝土原材料的也存在差異性，因此控制在施工上出現(xiàn)的問題不僅僅是理論問題，而是涉及到結構計算、材料組成、構造設計、施工工藝等多方面的綜合性問題。只有在工程實踐中不斷摸索和積累經驗，才能將這一普遍性的難題予以解決。

參考文獻

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