大體積混凝土工程施工技術探討

莊進杰

摘要：近年來，隨著建筑行業的迅猛發展，大體積混凝土得到了越來越廣泛的應用，如混凝土大壩、高層建筑的地下室混凝土底板都是用大體積混凝土澆筑而成的。本文對大體積混凝土的施工工藝及質量控制進行探討。

關鍵詞：地下室；大體積混凝土；溫度控制；施工技術

Abstract: in recent years, with the rapid development of the construction industry, mass concrete have been applied more and more, such as concrete dam, high-rise building is the basement of the concrete slabs with mass concrete casting and become. In this paper, the mass concrete construction technology and quality control are discussed.

Key words: the basement; Mass concrete; Temperature control; Construction technology

中圖分類號：TV544+.91文獻標識碼：A文章編號：

大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于lm以上，施工時必須采取相應的技術措施妥善處理水化熱引起的混凝土內外溫度差，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的混凝土結構。其施工特點是：整體性要求比較高，要求連續澆筑；結構的體量較大，澆筑混凝土后形成較大的內外溫差和溫度應力。

1．工程概況

本工程主樓地下室基礎為鉆孔灌注樁整板基礎，整體呈扇形，面積約為2330㎡，整體厚度達到2.6m，核心筒局部厚度達到8.2m，一次砼澆筑總方量為7733m3（其中底板板低標高以下砼方量為1500m3），其強度等級為C35 (P6)，導墻為C55 (P6)。主樓底板如下圖所示。

2．工程難點

①、為了保證底板有較好的受力性能，設計要求一次性連續澆筑砼，施工難度較大；

②、底板底板配筋為Ф28@150，上下各三層雙層雙向，中間位置設置了

2．工程難點

①、為了保證底板有較好的受力性能，設計要求一次性連續澆筑砼，施工難度較大；

②、底板底板配筋為Ф28@150，上下各三層雙層雙向，中間位置設置了＆14@200雙向溫度筋。由于底板標高不一，錯落布置，加筋較多，形似蜂窩，無法簡單分層分段，砼澆筑室自然流淌通過阻力大，澆筑困難；

③、施工時時值初夏日夜溫差大，施工時溫差較大；

④、本工程地處市中心，場地狹小無車輛回旋場地，交通線路單一，施工組織困難，澆筑進度控制難、物料連續供應困難；

⑤、導墻強度等級高，長度長極易產生裂縫。

3．大體積砼施工控制

3.1砼原材選用

1、水泥：選擇42.5R強度等級普通硅酸鹽水泥，為了降低水泥熱量，所用水泥提前全部用船運，利用河水降溫后，再輸送到儲料罐。

2、骨料：石料采用溧陽巨凝礦山上二次破碎好的顆粒級配為5-20mm連續粒徑碎石，含泥量控制在1%，在澆筑前會用地下水沖洗降溫，砂采用長江天然砂，為II區中砂，細度模數為2.5，含泥量同時控制在1%以內。

3、摻合料：砼配制采用雙摻法，粉煤灰取代水泥用量150%，礦粉取代水泥總量的20%，砂率降為38%，粉煤灰為國電生產II級灰，細度不大于2.50，燒失量不大于8%，需水量不大于105%，三氧化硫含量不大于3%，含水量不大于1%，游離氧化鈣含量不大于1%，礦粉采用S95級超細礦渣粉。

4、外加劑采用江蘇博特新材料有限公司生產的PCAR（II）聚酸，高性能減水劑，減水率≥25%，緩凝時間在10小時以上。

3.2砼的配合比

本工程砼配合比以最大限度的減少砼自身引起裂縫的概率，同時為了降低砼的早期升溫，經科學的設計計算，經過試配，進行優化，綜合工程具體施工進度要求，確定不追求砼的早期強度，以60天強度評定標準，確定多個配比，并于2008年5月2日召開專家論證會，根據會議結論，確定配比如下表：

3.3施工計算

1、砼溫度計算

底板周邊沒有任何散熱和熱損失條件，水化熱全部轉化成溫升后的溫度值；砼澆筑時氣溫25℃，入模溫度按28℃考慮；在砼表面覆蓋麻袋作為保溫層；砼在3-3.5d的水化熱為峰值，取3d砼溫度；2.6m厚底板溫度計算如下：

①、3d最大水化熱絕熱溫升值

Tmax=（ mc +K.F）Q /(c.β)=（233+0.3×54）×461/（0.97×2339）=50.6℃

②、3d砼內部實際最高溫度

Tmax=TO+T（t）ξ=28+50.6×0.66=61.4℃

查表，得ξ=0.66

③、砼表面溫度(采用60mm厚麻袋加兩層薄膜保溫養護)

Tb(t)=Ta+（4/H2）h(H- h)△T（t）=25+（4/3.42）×0.4×（3.4-0.4）×36.4=40.1℃

④、溫度差計算

砼內部溫度與表面溫度之差：Tmax -Tb=61.4-40.1=21.3<25℃

砼表面溫度與大氣溫度之差：Tb- TO=40.1-25=15.1<25℃

表面溫差及砼梯度都能滿足要求。

⑤、砼所需要保溫材料厚度計算

δ=0.5λH(Tb-Tq)Kb/[λ1(Tmax-Tb)]

=0.5×0.14×2.6×(40.1-25)×1.3/[2.3(61.4-40.1)]

=0.073m

通過理論計算，采用面鋪73mm麻袋上下各加一層塑料薄膜進行砼養護時，其內、外部溫差值可控制在25℃以內。

同理對電梯井部位溫度計算:3d最大水化熱絕熱溫升值為50.6℃；內部實際最高溫度78.6℃；表面按200mm厚麻袋及上下各一層薄膜保溫養護，其溫度為56.5℃，砼表面溫度與大氣溫度之差大于25℃，對保溫厚度計算確定460mm厚滿足要求。

2、混凝土裂縫控制計算(依據<<建筑施工計算手冊>>)

①自約束裂縫控制計算

由于溫差產生的最大拉應力和壓應力由下式計算:

；

3d齡期的抗拉強度公式:

結論：因內部溫差引起的拉應力小于該齡期內混凝土的拉抗強度值，所以滿足要求。

②澆筑前裂縫控制計算

混凝土因外約束引起的溫度(包括收縮)應力(二維時),一般用約束系數法來計算，最大降溫收縮應力按以下簡化公式計算:

砼3d齡期的抗拉強度為0.77N/mm2，則抗裂縫安全度:k=0.77/0.35 = 2.17 > 1.15，滿足抗裂條件。

3、泵送砼澆筑供應量計算

泵送砼在兩條澆筑邊界之間及上下層之間必須在砼初凝前連續澆筑，不得出現冷縫，因此砼澆筑供應量要滿足以下要求：

4、電梯基坑與整體大底板開始澆筑時間計算

本工程電梯基坑面積大且較深，為延緩大體積砼澆筑速度，釋放部分水泥的水化熱，防止電梯井筒一次澆筑造成模板上浮或位移，結合砼澆筑時會產生自然流淌，同時考慮砼澆筑連續進行且不產生冷縫，進行了電梯基坑與整體大底板澆筑開始時間的計算。

電梯基坑在-10.150m以下部分的方量約為1500m3，該部分分為三個澆筑層，每澆筑層之間做適當間歇，現場考慮三臺泵進行澆筑，完成該部位的砼澆筑所需時間為：T=V/R=1500/120=12.5h

建筑物東側端頭起始部位可澆筑且不會發生大面積流淌的總體方量約為450 m3，完成該部位的澆筑考慮采用兩臺泵，計劃完成時間為：T=V/R=450/80=5.6h

考慮砼初凝時間大于10h，電梯基坑砼分層澆筑時每層完成后停歇3-4小時，現場澆筑時間做如下安排：

電梯基坑砼開泵先安排兩臺汽車泵及一臺地泵，在澆筑至-13.75m后，只留一臺汽車泵繼續澆筑，將另一臺汽車泵及一臺地泵延伸至大底板東側開始進行大底板的澆筑，該兩臺泵在澆筑4小時后，再移至電梯基坑集中澆筑，在完成電梯基坑的-11.75標高的砼澆筑后，開動所有砼泵，三臺地泵繼續從東邊澆筑，兩臺汽車泵繼續進行電梯基坑部位的澆筑。

3.4砼計量、生產、運輸的控制

1、計量控制，要求每一班稱量前，均對所有儀器設備進行檢查，用實物進行較正。

2、原材料每盤控制偏差為：水泥、水、粉煤灰、礦粉，PCA外加劑±1%，砂、石±2%。

3、生產過程中對石子進行沖洗，同時考慮砂的含水率不具連貫性，要求每一班至少兩次測定骨料的含水率，當含水率有變化時，立即調整配合比，在拌作過程中嚴格控制時間，同時測定每機的坍落度、和易性，從嚴把關，不允許不合格砼出站。

4、砼運輸控制：運輸時間控制在60min內，如到澆筑的時間超過120min停止使用，同時嚴格要求砼離站后不得加入水等任何材料，并根據施工環境的氣溫，中午用地下水對砼車進行沖洗降溫，現場嚴格測定每車澆注時的坍落度，坍落度大于設計要求的作退貨處理。

3.5砼澆筑控制

電梯基坑與大底板澆筑起始時間見上節，整體大底板砼澆筑分為四條澆筑帶，均采用斜面分層澆筑，由低向高，循序推進，逐步到頂。考慮到砼的流淌性，由于整個基坑形式碗狀，基底標高變化較大，錯臺較多，從而造成分層澆筑困難，為了有效解決這一問題，充分綜合考慮計算砼流淌的速度、每臺泵的澆筑速度、各區的砼量，采用分區布泵，分批開泵，控制開泵的時間差，來達到分層澆筑的目的，從而確保每層厚度不大于500mm，保證砼早期沉實，簡化了砼的泌水處理，減少泵管的拆除、接長、沖洗，同時保證上下層澆筑的間隙不超過砼的初凝時間，確保不形成冷縫。

3.6砼的養護

砼的養護在于保溫、保濕，控制砼的內外溫差，防止大體積砼出現裂縫，通過熱工計算，并參照成功的范例，整體采用表面鋪設相應厚度麻袋及上下各一層薄膜（下層薄膜下設補水管）保溫養護；電梯井道基坑內采取蓄水養護，并分區由專人負責，養護期不離人，鑒于施工養護期間天氣溫差較大，隨時根據測溫情況進行增減和補水工作。此外重點加強墻柱插筋部位、導墻等養護薄弱部位的保溫，采用包裹薄膜塞麻袋，掛草簾防止局部散熱降溫過快。

4．測溫監測

本工程混凝土溫度監測采用JDC-2型建筑電子測溫儀及配套測溫元件，共布置了10個測位，豎向5-13層，共計76個測溫點。

監測頻率及周期：澆筑期間及澆筑后1-5天，每2小時測溫一次； 6-10間每3小時測溫一次；11-15天間每4小時測溫一次；16-21天間每6小時測溫一次；22天后每12小時測溫一次；直到砼內外溫差小于15℃時，開始撤除保溫層，并繼續測溫兩天后停止監測，整體監測持續了30天。

監測結果及變化規律：水化熱升溫時，各斷面的中心溫度最高，基本都在該斷面混凝土澆筑后第四天開始升至最高點，其中A、B、C、D、E、F、G、H、J、K測位截面溫度峰值分別為73.0℃、70.5℃、72℃、76℃、73.2℃、75.1℃、77.3℃、75.4℃、75.8℃、73.6℃。中心溫度維持約1天左右開始降溫。降溫過程中，上層測點降溫較快，中層次之，下層較慢。砼澆筑第12天開始，底板內各測溫截面上的最高溫度點由中心點轉變為下部測點。大體積砼升降溫曲線如下圖所示。

5．施工組織與管理

5.1人員組織工作

項目部成立了大體積砼施工指揮小組，項目經理任總指揮，負責施工總協調和指揮，管理人員分為A班和B班，每個班組按總負責、質量、砼振搗、場容、后勤、安全、收料、抽查、砼協調、機電保障、車輛協調指揮、砼檢測、試驗、駐砼公司代表、測溫等管理人員近60人，工人200余人，全部由分公司統一調配其他項目部骨干人員組成。

5.2應急準備

為了保證大體積砼澆筑萬無一失，指揮部小組專門編制了應急預案，充分考慮了施工過程各種不利因素，組織各種備用機械，備用物資、備用砼供應線、備用人員等在緊急情況下隨時調動。

5.3物資準備

本次砼澆筑共投入45m汽車泵兩臺，地泵3臺，運輸車50輛、備用汽車泵一臺，地泵一臺，砼生產線4條，備用線2條，要求砼公司提前保養設備，確保設備完好無損。

砼原材料儲備，是保證砼能否連續供應的關鍵，在砼澆筑前指揮組到砼公司檢查材料準備情況，要求備用水泥2000T、砂5000T、石子8000T，粉煤灰500T、礦料550T、PCA外加劑40T、并檢查后進行封庫處理，確保萬無一失。

現場投入塑料薄膜18萬㎡，麻袋1.5萬條，草簾8千條，振搗機械60套，水泵20臺、彩條布5000㎡。

5.4技術準備

在施工前做好各種技術準備工作，詳前文所述外，同時在澆筑前召開多次技術準備會議，并邀請各方專家對大體積砼施工方案、配合比進行了專家論證，項目部根據要求及時完善，同時向全體工作人員進行技術交底，使參加人員明確各自的崗位職責。

5.5現場準備

本工程澆筑時僅一個出入口，現場又無迂回場地，交通組織困難，指揮部針對這種情況，協調相鄰拆遷工地借用其場地，作為臨時回車場地，并提前進行了簡易硬化，加設了兩臺沖洗設備。保證了車輛有序控制。

6．結束語

大體積砼由于水泥與水的化學作用，產生大量熱量，在溫度變化過程中產生應力，如果該應力超過砼的抗裂能力，砼就會開裂形成有害裂縫。如何控制水化熱，避免砼開裂或造成過大的溫度應力是大體積砼混凝土施工的關鍵。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。