淺析超高層深厚筏板大體積混凝土施工技術

丁恩亮 楊統元 沈育龍

上海寶冶集團有限公司 上海 201908

前言

超高層是目前國內建筑主流發展趨勢，是高層空間合理利用的有效途徑，與此同時，伴隨而生的深基坑、筏板大體積混凝土施工也越來越多，如何有效組織大體積混凝土施工以確保一次澆筑成型，成為一項重要研究課題，本文結合工程實際，從筏板鋼筋綁扎及其鋼筋支架安裝、電梯井模板安裝、混凝土澆筑組織、混凝土溫度計算及數據收集反饋用于指導現場混凝土養護等四個方面進行總結，形成較為成熟的大體積砼一次澆筑施工技術，為類似工程提供借鑒[1]。

1 工程概況

武漢某超高層項目由一棟塔樓及裙樓組成，地下3層，塔樓地上46層，裙房地上7層。總建筑面積為119243.5m2，其中地上建筑面積95093.2m2，地下建筑面積24150.3m2，建筑高度為229.1m。

該工程基坑南北長約97m，東西寬約84m，周長約338m，垂直開挖面積約7740m2。基坑開挖深度達19.6m～26.3m。

圖1 塔樓區筏板基底及電梯井模型

塔樓筏板尺寸為49.2m×49.2m=2420.64m2，筏板厚度3.3m～9m，集水坑處厚度達到10m，一次性澆筑方量達12600m3，砼標號為C40P8，筏板造型復雜、標高多，增大了混凝土澆筑難度。同時由于混凝土產生大量的水化熱，當其內外溫差超過一定限度時，就會出現溫度應力，而當溫度應力大于砼拉應力時，便會產生溫度裂縫。因此，在大體積混凝土施工中，既要合理組織混凝土的澆筑順序、保證混凝土澆筑的連續性，又要隨時掌握混凝土內外溫差動態，以便采取相應的保溫養護措施。

2 筏板鋼筋支架

本項目塔樓下部筏板配筋為板面與板底各雙層雙向C36mm@150mm。

為確保塔樓筏板混凝土成型質量，采取一次澆筑成形，為避免澆筑時產生沖擊力及浮力造成鋼筋及支撐偏移嚴重，筏板采用型鋼支撐與鋼筋焊接形成整體箱形剛架，以確保施工安全及鋼筋保護層得到有效控制[2]。

筏板厚度3.3m處型鋼支撐立柱采用10#工字鋼，橫梁8#槽鋼；＞3.3m厚處立柱采用16#工字鋼，橫梁10#槽鋼；立柱縱橫間距統一按照2m布置,底座采用200mm×300mm×8mm鋼板與筏板底筋點焊固定、立柱中部焊接200mm×300mm×8mm止水鋼板。

3 電梯井、集水坑處模板安裝

3.1 相關參數

電梯井的尺寸：5600mm×2500mm×5700mm（高區電梯，2合1，共4個），5600mm×2500mm×3700mm（中區電梯，2合1，共2個），5600mm×2500mm×3700mm（低區電梯，2合1，共2個），2700mm×2500mm×3700mm（低區電梯，獨立設置，共2個），2700mm×2500mm×3700mm（1個，消防電梯），其中電梯井最深為5.7m。

集水坑的尺寸：1000mm×1500mm×6700mm

3.2 安裝方法

采用普通模板、木方、鋼管制作成井孔尺寸一致的“盒體”，“盒體”內部采用鋼管作為對撐，然后采用汽車吊將盒體安裝就位，上口采用鋼管鎖緊，用圓鋼將上口鋼管與筏板底部鋼筋拉結。在澆筑過程中，混凝土對盒體產生的側向力由內部設置的鋼管對撐抵抗，而混凝土對盒體底面產生的浮力由拉結的圓鋼抵抗[3]。

圖2 井坑處盒體安裝

4 混凝土澆筑施工組織

4.1 混凝土澆筑順序

（1）澆筑順序說明

砼澆筑分為兩個階段， 第一階段：1#-5#泵位架設汽車泵，完成核心筒處澆筑，合計約8000m3；第二階段：1#-4#泵位保留，5#泵位移至6#泵位架設汽車泵，直至澆筑完畢。

（2）澆筑方法

采取全面分層澆筑方法。本次澆筑面積為2420.64m2，平均每臺泵的覆蓋面積為484.13m2，澆筑采取分層澆筑，每層厚度控制在300～400mm，每臺泵澆筑每層的混凝土為145.24～193.65m3，每臺泵澆筑速度為60m3/h（考慮接料等時間，澆筑速度按50m3/h計），因此澆筑每層需要時間為3～4小時，而本次混凝土的初凝時間為8～12小時，減去運輸時間（1小時），滿足下層混凝土初凝前澆筑上層混凝土的時間要求。

（3）具體操作方法

①本工程筏板厚度較遠大于2m、澆筑時混凝土落差大，為防止混凝土離析，確保澆筑質量，在筏板頂層鋼筋面設置8個預留串筒洞口，將串筒接入筏板內，控制出料口落差小于2m，澆筑時采用串筒進行多個點位同時澆筑，工人通過預留的人員通道進入筏板鋼筋內進行下部混凝土振搗。

圖3 混凝土澆筑串筒及人員通道口平面圖

②筏板較厚，設計一般會在筏板高度范圍內按2m左右設置有構造鋼筋網片。剛開始澆筑時，混凝土工下至各層鋼筋網片進行振搗，自下而上分層澆筑、分層振搗密實，隨著混凝土的澆筑方量增加，混凝土面逐漸抬高，施工作業層逐漸向上周轉[4]。

5 溫控措施

5.1 測點布置

（1）具體測點布置

圖4 測溫點布置圖

共設置16組測位（W1～W16），其中W1(基底標高為-26.300m，余同)為10m厚的集水井筏板處測溫點，測點自下而上分別位于筏板底面上方500mm、筏板中部、筏板中下部、筏板中上部、筏板頂面下方500mm。在變標高處設置W2、W3（-25.300m），W4、W5、W6（-23.300m），W7、W8（-21.250m）共7個測位，預埋深度同W9～W16（-19.600m），具體點位詳見測溫點位圖。

5.2 溫度試算

（1）熱功計算

板厚按3.3m與10m計算。混凝土強度等級為C40P8，水泥采用PO42.5水泥（亞東），水泥用量mc=190kg/ m3，外加劑用量為30kg/m3，粉煤灰用量為90kg/m3，混凝土比熱C=0.96KJ/kg，混凝土容重為ρ=2388.2kg/m3，混凝土澆筑入模溫度取20℃。底板施工施工期間平均氣溫大約為25℃。

①絕熱溫升計算

式中：

T（t）—混凝土齡期為t時的絕熱溫升(℃)；

W—膠凝材料用量，取380kg/m3；

Q—每千克水泥28d水化熱，取375kJ/kg；

C—凝土比熱，取0.96[kJ/（kg·K）]；

ρ—混凝土密度，取2388.2（kg/m3）；

e—為常數，取2.718；

t—混凝土的齡期（d）；

m—與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數，取0.4。

當t趨向于無窮大時，則計算出T（t）最大值為62.2℃。②中心溫度計算

式中：

T1（t）—t 齡期混凝土中心計算溫度（℃）；Tj—混凝土澆筑溫度，取20℃；

ξ（t）—t 齡期降溫系數，具體取值見計算表。

3.3m板厚計算取值如下表

10m板厚計算，由于規范無具體ξ(t)的取值，故按照4m的ξ(t)取值作為計算依據，計算如下表：

中心溫度計算齡期 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 ξ(t)0.74 0.73 0.72 0.65 0.55 0.46 0.37 0.30 0.25 0.24 T1(t) 66 65.4 64.8 60.4 54.2 49.9 43 38.7 35.6 34.9

③保護層厚度計算

式中：

δ—混凝表面的保溫層厚度（m）；

λ0—混凝土的導熱系數，取2.33[W/（m·K）]；

λi—各保溫材料導熱系數[W/（m.K）]，麻袋λ1取0.14W/（m.K），薄膜λ2取0.065；W/（m.K）

Tb—混凝土表面溫度，取20℃；

Tq—混凝土達到最高溫度（澆筑后3d-5d）的大氣平均溫度，取25℃；

Tmax—混凝土澆筑體內最高溫度（℃）；

Tb-Tq—可取15～20℃，取20℃；

Tmax-Tb—可取15～20℃，取20℃；

Kb—傳熱系數修正值，取1.3。

①保溫層1：3.3m處用一層塑料薄膜加2層麻袋：

λ1=0.14 ，λ2=0.065

②保溫層2：10m處用一層塑料薄膜加兩層麻袋：

λ1=0.14 ，λ2=0.065

③混凝土表面保溫層傳熱系數

式中：

β—混凝土保溫層的傳熱系數[W/（m2.K）]，10m厚取0.14，3.3m厚取0.26；

δi—各保溫材料厚度（m）；

λi—各保溫材料導熱系數[W/（m·K）]；

βq—空氣層的傳熱系數，取23[W/（m2.K）]。

①保溫層1：3.3m處用一層塑料薄膜加一層麻袋。

②保溫層2：10m處計算用一層塑料薄膜加兩層麻袋。

③混凝土各齡期表面溫度

式中：

T2（t）——混凝土表面溫度（℃）；

Tq—施工期大氣平均溫度，取25℃；

hˊ—混凝土虛厚度（m）；

H—混凝土計算厚度（m）；

T1（t）—混凝土中心溫度（℃）。混凝土虛鋪厚度h'

式中：

hˊ—混凝土虛厚度（m）；

k—折減系數，取2/3；

λ—混凝土的導熱系數，取2.33[W/（m·K）]。3.3m板厚處：

10m板厚處：

混凝土計算厚度

式中：

H-混凝土計算厚度（m）；

h—混凝土實際厚度（m）。

3.3m板厚處：H=3.3+2x0.557=4.41m

10m板厚處：H=10+2x4.513=13.03m

不同齡期 T2（t）值及表里溫差如下表所示

齡期 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 T2(t)3.3m 41.93 41.67 40.83 39.07 35.98 33.64 30.78 30.07 28.88 28.44 T1(t)-T2(t)3.3m 21.47 21.13 20.07 17.83 13.92 10.96 7.32 6.43 4.92 4.36 T2(t)10m 41.84 41.59 41.35 39.54 36.99 35.23 32.39 30.63 29.35 29.07 T1(t)-T2(t)10m 24.16 23.84 23.45 20.86 17.21 14.67 10.61 8.07 6.25 5.83

5.3 測溫監控

（1）測線預埋

預埋時采用鋼筋做支承物，使用絕緣膠帶將溫度傳感探頭綁在鋼筋上，溫度傳感探頭處于測溫點位置，并不得與鋼筋直接接觸。在筏板鋼筋綁扎過程中，要將測線插頭用膠帶密封，防止損壞，且不影響筏板鋼筋綁扎施工。混凝土完成澆筑前，將膠帶拆除改用礦泉水瓶對外漏測線插頭進行保護，保證測線不會被混凝土埋住，便于下一步數據采集。為了后期便于采集數據，留到筏板頂面以上的導線長度應大于20cm。

（2）測試設備

本工程大體積混凝土測溫采用JDC-2 建筑電子測溫儀以及專用熱電偶溫度傳感器。

（3）數據收集

①測試周期。在混凝土澆筑后的升溫期（約前3天）每2小時觀測一次，當發現溫度差接近25℃時應加密觀測。降溫期（第4至6天）每6小時觀測一次，以后每12小時觀測一次（第7至10天），直至混凝土內部溫度與大氣溫度接近進入穩定期。

圖5 數據收集

②溫控指標宜符合下列規定：A.混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于50℃；B.混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃；C.混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d；D.混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜超過20℃。

當發現溫控指標不符合上述條件之一時，加密觀測。及時通報甲方、監理并報警。開始準備保溫材料。并及時加強保溫或減緩拆除保溫設施。終止測溫的條件為上述溫控指標中的第3、4條。

③數據采集。數據采集使用制定表格，進行填寫，便于總結分析及后期整理[5]。

5.4 數據分析

（1）測位測點數據采集情況

本工程布置16個測位，共50個測點，其中12#為3.3m板厚處測位，上部測點失效，以9#、14#測位相應測點數據作為參照依據；15#為3.3m板厚處測位，下部測點失效，以14#、16#作為參照依據，其余測位測點可正常使用；綜合整體測溫數據，考慮數據的代表性、連續性、完整性，選取1#（10m板厚）、2#（9m板厚）、7#（4.95m板厚）、10#（3.3m板厚）測位作為本次研究對象。

（2）數據處理

將作為研究對象的1#（10m板厚）、2#（9m板厚）、7#（4.95m板厚）、10#（3.3m板厚）測位所采集的測位測點數據制成折線圖，進行數據分析。

將1#、2#、7#、10#測位相同測點的數據制成折線圖，對比不同測位的相同測點溫度變化情況，由于1#測位包含五個測點，故中部測點數據選擇中上部、中部、中下部之中最大的數據進行分析。折線圖如下：

圖6 不同板厚測位上部測點溫度變化折線圖

從圖6中可以看出，不同板厚測位上部測點溫度在澆筑混凝土，前3天是溫度上升期，第4天開始緩慢降溫。澆筑完第2天，3月29日，溫度受天氣影響有多所下降。

圖7 不同板厚測位中部測點溫度變化折線圖

從圖7中可以看出，不同板厚測位中部測點溫度在澆筑混凝土，前3天是溫度上升期，第4～5天溫度變化比較平緩、趨于穩定，第6天開始緩慢降溫。澆筑完第2天～3月29日，溫度受天氣影響有所下降。

從圖8中可以看出，不同板厚測位下部測點溫度在澆筑混凝土，溫度變化波動較頻繁，且大于4m板厚的1#、2#、7#測位相對于3.3m板厚的10#測位變化幅度更大，10#測位自第3天溫度就有所穩定，超過4m板厚的測位第6天變化才開始穩定。總體來說，澆筑完前3天是溫度上升期，4～6天溫度變化波動較大，第6天開始緩慢降溫。澆筑完第2天～3月29日，溫度受天氣影響有所下降。

圖8 不同板厚測位下部測點溫度變化折線圖

（3）測溫數據小結

此本次研究發現，厚度達到10m的大體積混凝土筏板前3天是溫度上升期，這個結論同小于4m板厚的大體積混凝土溫度上升期結論一致；C40P8混凝土最高中心溫度達到65～72℃；隨著板厚增加，最大中心溫度出現時間將會加長，1#（10m）筏板最高中心溫度出現在第6天，2#（9m）在第4天，7#（4.95m）在第5天，10#（3.3m）第3天；同時板厚的增加也會使得降溫時間也有所增加，1#第6天開始逐漸降溫，2#第6天開始逐漸降溫，7#第6天開始逐漸降溫，10#第4天開始逐漸降溫；天氣對混凝土溫度變化影響較大，下雨前溫度會有所下降，下雨后溫度會再次上升。本次板厚達10m的大體積砼測溫研究，對大體積混凝土后期養護起到了指導作用，混凝土筏板養護效果良好，表面觀感好，無裂縫出現[6]。

6 結束語

本工程從筏板鋼筋綁扎及其鋼筋支架安裝、電梯井模板安裝、混凝土澆筑組織、混凝土溫度計算及數據收集反饋用于指導現場混凝土養護等四個方面進行大體積混凝土施工質量控制，保證了筏板混凝土澆筑質量達到良好。在大體積混凝土板厚深度達到10m的研究方面，總結了深厚大筏板鋼筋綁扎時確保安全穩定的選型依據、多標高筏板混凝土澆筑順序、混凝土板厚度高達10m的溫度變化情況及不同板厚溫度變化的對比情況，一定程度填補了行業上板厚高達10m的深厚大筏板施工空白，為類似超高層深厚大筏板施工提供了借鑒依據與施工經驗的積累。

[1]GB 50496-2012.大體積混凝土工程施工規范[S].北京:中國標準出版社,2012.

[2]GB 50164-2011混凝土質量控制標準[S].北京:中國標準出版社,2011.

[3]JGJ/T 10-2011.混凝土泵送施工技術規程[S].北京:中國標準出版社,2011.

[4]GB51028-2015.大體積混凝土溫度測控技術規范[S].北京：中國標準出版社,2015.

[5]江正榮.建筑施工計算手冊(第2版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2007:135-141.

[6]住房城鄉建設部工程質量安全監管司組織編寫,住房和城鄉建設部.建設工程安全生產技術[M].北京:中國城市出版社,2014:78-79.