超大超厚的圓形混凝土基礎(chǔ)施工技術(shù)

代國彬

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

1 工程概況

1.1 工程簡介

上海浦東國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程能源中心建設(shè)用地位于浦東機(jī)場飛速路以南，飛翱路以西，西側(cè)與GK2加油站隔路相鄰，南至機(jī)修一路。工程為浦東機(jī)場衛(wèi)星廳區(qū)域提供能源保障，地上1層，局部3層，建筑高度14.45 m，總建筑面積約9 907 m2，主要包括能源中心主樓、蓄水罐及附屬辦公區(qū)。

1.2 蓄水罐概況

為保證衛(wèi)星廳夏季供冷，能源中心主樓設(shè)置2個30 000 m3蓄冷水罐，罐體高36.5 m，直徑35 m，建成后將成為亞洲最大容積水罐。

蓄冷水罐樁基為鉆孔灌注樁，樁徑600 mm，混凝土強(qiáng)度等級C35，單樁抗壓承載力設(shè)計值1 800 kN，共285根/個。蓄水罐基礎(chǔ)底板直徑36.2 m，厚2.5 m，混凝土強(qiáng)度等級C30。單個基礎(chǔ)面積1 029 m2，混凝土用量2 573 m3。

2 主要施工技術(shù)難點(diǎn)

2.1 雨季施工大體積混凝土

根據(jù)工程進(jìn)度計劃，蓄水罐基礎(chǔ)施工正值雨季，在大體積混凝土澆筑后，如遇到大雨，則會造成基礎(chǔ)中心溫度與表面溫度溫差大于25 K，從而產(chǎn)生表面裂縫，深度發(fā)展可能會產(chǎn)生深度裂縫、貫穿裂縫，進(jìn)而影響蓄水罐的安全運(yùn)行。

2.2 基礎(chǔ)面平整度要求高

基礎(chǔ)表面高差較大時，蓄水罐底板不能與基礎(chǔ)緊密貼合，產(chǎn)生空鼓現(xiàn)象，會造成蓄水罐底板或壁板局部集中受力，進(jìn)而影響蓄水罐整體質(zhì)量，因此基礎(chǔ)大面積平整度偏差要求不超過10 mm，施工難度較大。

2.3 真圓控制較難

蓄水罐基礎(chǔ)直徑36.2 m，為半埋式基礎(chǔ)，在澆筑混凝土?xí)r會產(chǎn)生較大的側(cè)向水平力，如支撐剛度不滿足要求，則會造成整體傾斜無法保證真圓。因此必須采取有效措施加強(qiáng)模板及支撐剛度，確保真圓[1-2]。

3 主要施工技術(shù)措施

3.1 樁基施工主要部署

蓄水罐基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑600 mm，樁長40 m，持力層為⑦2-1層，總計285根，間距1.9 m，屬于高密度群樁。

為保證工程樁施工質(zhì)量及進(jìn)度計劃，采用隔一跳二及3臺GSP-10樁機(jī)同時施工的方法。3臺鉆機(jī)呈三角布置，同時采取順時針→逆時針→順時針交替工法施工區(qū)域內(nèi)的樁基（圖1）。

3.2 鋼筋施工

3.2.1 鋼筋連接形式

蓄水罐基礎(chǔ)底板鋼筋主要包含φ16～φ28 mm等4種HRB400鋼筋，套筒機(jī)械連接主要用于φ20 mm及以上的鋼筋連接，焊接及綁扎搭接主要用于φ20 mm以下的鋼筋連接。

圖1 樁基布置示意

3.2.2 鋼筋加工與安裝

進(jìn)入現(xiàn)場的所有鋼筋，由監(jiān)理驗(yàn)收并取樣送檢，檢測單位出具合格報告后，方可進(jìn)行現(xiàn)場加工、使用，并嚴(yán)格按照電腦翻樣的圖紙進(jìn)行下料加工，所有不定型鋼筋，均由現(xiàn)場實(shí)測、實(shí)量后進(jìn)行加工。

鋼筋綁扎必須采用滿扣綁扎，不得跳綁。直螺紋鋼筋絲頭加工后，必須逐根進(jìn)行端部打磨，以保證有效旋合長度，并且在安裝后逐根進(jìn)行扭矩檢測。

3.2.3 鋼筋支架施工

蓄水罐基礎(chǔ)鋼筋分上、中、下共3層布置，為便于鋼筋綁扎施工，同時避免混凝土澆筑后因沉陷而產(chǎn)生裂縫，必須設(shè)置堅(jiān)固的鋼筋支架輔助措施。

蓄水罐基礎(chǔ)底板底皮鋼筋為雙層雙向φ28 mm@150 mm，中部鋼筋為單層雙向φ16 mm@200 mm，面層鋼筋為φ25 mm@150 mm。中部及面層鋼筋架設(shè)在型鋼支架上進(jìn)行綁扎，支架橫梁均采用6#槽鋼，支架立柱采用8#槽鋼；支架間距2 680 mm×1 340 mm，立柱立于工程樁（φ600 mm鉆孔灌注樁）上，支架與工程樁鋼筋之間連接牢固，同時最外圈工程樁處鋼筋支架橫梁伸出4個方向與工程樁鋼筋焊接，以保證底板上層鋼筋位置正確和施工作業(yè)安全（圖2）。本工程采用的型鋼支架的抗彎強(qiáng)度、撓度、豎向穩(wěn)定性經(jīng)核算后均符合規(guī)范要求。

圖2 鋼筋支架示意

3.3 模板及支撐系統(tǒng)施工

為保證模板系統(tǒng)的穩(wěn)定性及混凝土澆筑后真圓控制，采用外撐內(nèi)拉加固體系。蓄水罐基礎(chǔ)底板側(cè)模采用厚16 mm普通膠合板施工，采用40 mm×90 mm木方@200 mm作為內(nèi)龍骨支撐；木方外采用φ28 mm鋼筋環(huán)箍（豎向間距450～700 mm）；其次為φ48 mm雙拼鋼管@915 mm作為外龍骨支撐；豎向M16螺桿設(shè)置3道與鋼筋支架或鋼筋焊接。為加強(qiáng)整體穩(wěn)定性，在圓形底板外圍一圈設(shè)置鋼管斜撐@915 mm與外龍骨進(jìn)行扣件連接，為保證斜撐固定，在斜撐根部采用豎向鋼管連接或在斜撐根部墊木板以擴(kuò)大受力面積（圖3）。為防止漏漿，模板接縫處粘貼雙面膠。

圖3 模板及支撐系統(tǒng)示意

3.4 混凝土配合比設(shè)計

能源中心蓄水罐基礎(chǔ)底板的混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C30P6（耐久），設(shè)計齡期為28 d。單個蓄水罐基礎(chǔ)混凝土方量達(dá)2 573 m3。經(jīng)與同類型的工程相比，并參考以往工程施工經(jīng)驗(yàn)，與攪拌站召開了專題會議，最終定下配合比方案。

3.4.1 原材料

1）水泥：選擇合適的水泥品種，采用P.O 42.5普通硅鹽酸水泥。

2）外摻料：為保證混凝土的和易性及滿足泵送要求，在混凝土中摻加適量的Ⅱ級粉煤灰和S95礦渣粉以改善混凝土的性能、降低混凝土的水化熱。

3）外加劑：C30混凝土采用標(biāo)準(zhǔn)泵送劑。

4）骨料：采用連續(xù)粒徑5～25 mm碎石，針片狀含量不大于12%，含泥量小于1%，其他各項(xiàng)應(yīng)符合國標(biāo)要求；采用天然中砂，其他各項(xiàng)亦符合國標(biāo)要求。

3.4.2 配合比選用

本工程大底板混凝土的配合比選用如表1所示。

表1 配合比（單位：kg/m3）

經(jīng)計算，采用該配合比的蓄水罐基礎(chǔ)大體積混凝土溫差滿足要求。

3.5 混凝土施工

3.5.1 澆搗流程

能源中心蓄水罐基礎(chǔ)混凝土澆筑統(tǒng)一由一側(cè)向另一側(cè)（由西向東）進(jìn)行分層階梯形澆筑施工，分層厚度500 mm，以確保底板混凝土不會產(chǎn)生冷縫（圖4）。

圖4 混凝土斜向分層示意

從高處直接卸料時，混凝土自由傾落高度不宜超過2 m，避免發(fā)生離析。如果大于2 m，就要在鋼筋網(wǎng)片上預(yù)留下料口，用串筒或滑槽等設(shè)施輔助。混凝土施工時各單位要服從現(xiàn)場總值班的統(tǒng)一指揮，從全局出發(fā)，保證生產(chǎn)、供應(yīng)、澆搗工作順利進(jìn)行。

3.5.2 混凝土澆筑

1）混凝土澆筑前，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人要對本次混凝土澆筑注意要點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)交底，選擇有經(jīng)驗(yàn)、有責(zé)任心的工人負(fù)責(zé)操作振動棒。施工部門、質(zhì)量部門、技術(shù)部門等相關(guān)管理人員做好現(xiàn)場跟班、檢查、監(jiān)督工作。

2）混凝土澆筑時必須安排一名總負(fù)責(zé)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場協(xié)調(diào)及處理各種突發(fā)問題。

電力拖動是指對電動機(jī)的控制，采用繼電器-接觸器控制都有自己的基本控制電路。采用PLC控制也應(yīng)該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制PLC設(shè)計討論，尋找其較好的控制方案。

3）在第一車混凝土到達(dá)現(xiàn)場時，由質(zhì)量員、施工員、取樣員會同監(jiān)理單位見證員、預(yù)拌混凝土供應(yīng)商等進(jìn)行混凝土開盤鑒定，檢查混凝土和易性、坍落度等是否滿足要求，查看隨車混凝土配合比單，并留置標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊，作為驗(yàn)證混凝土級配及強(qiáng)度的依據(jù)。經(jīng)各方驗(yàn)收確認(rèn)后方可進(jìn)行混凝土澆筑。

4）混凝土放灰：由熟練掌握放灰技能的工人負(fù)責(zé)，并對混凝土澆筑過程進(jìn)行記錄、做好混凝土方量統(tǒng)計。不得因施工方便擅自加水，以免影響混凝土質(zhì)量。

5）試驗(yàn)：由取樣員按照規(guī)范及檢驗(yàn)批要求進(jìn)行試塊制作、混凝土出罐溫度、入模溫度、混凝土坍落測試等。

6）在支設(shè)側(cè)模板時，模板高度同基礎(chǔ)頂標(biāo)高，以便將在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的泌水及時排出，如不能及時排出，項(xiàng)目部應(yīng)及時通知攪拌站根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整混凝土坍落度。

3.5.3 基礎(chǔ)標(biāo)高及平整度控制

由于基礎(chǔ)完成面即為蓄水罐的底部接觸面，為保證基礎(chǔ)面的平整度，在上部鋼筋安裝完成后，焊接標(biāo)高控制鋼筋，澆筑時嚴(yán)格按照控制鋼筋控制標(biāo)高。在澆筑完成進(jìn)行收面時，采用水平激光儀及長3.0 m靠尺進(jìn)行標(biāo)高控制，將標(biāo)高偏差控制在－2～0 mm內(nèi)，每米平整度控制在5 mm，全長控制在10 mm。

3.6 溫控技術(shù)

該工程基礎(chǔ)底板屬于大體積混凝土，其施工質(zhì)量直接影響到整個建筑的安全和使用壽命，而由溫差所造成的裂縫是影響基礎(chǔ)底板質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。同時，基礎(chǔ)施工時為多雨季節(jié)，容易產(chǎn)生氣溫驟降的現(xiàn)象。因此有必要對基礎(chǔ)底板混凝土施工養(yǎng)護(hù)階段的溫度及溫差實(shí)施全程監(jiān)測，并根據(jù)測溫數(shù)據(jù)做好相應(yīng)的應(yīng)對措施（如何時增加保溫、何時撤除保溫、何時澆水養(yǎng)護(hù)等），通過有效措施控制溫差范圍，從而保證混凝土施工質(zhì)量。

通過先進(jìn)的測溫手段，配合施工中的控溫措施，能將基礎(chǔ)深度方向的溫度差控制在25 K以下。采用測溫監(jiān)控，在測溫斷面內(nèi)溫差達(dá)到24 K時報警；在膜下溫度與測溫斷面頂部溫度達(dá)到24 K溫差時報警；這樣可以有效地預(yù)防由于溫度因素造成的有害裂縫。通過科學(xué)有效的測溫技術(shù)對混凝土內(nèi)部與外部溫差進(jìn)行監(jiān)測，不僅可以為混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，而且可以根據(jù)監(jiān)測情況，為混凝土施工質(zhì)量的評定提供依據(jù)。

3.7 混凝土養(yǎng)護(hù)

蓄水罐基礎(chǔ)底板混凝土養(yǎng)護(hù)期間在表面覆蓋1層薄膜及2層土工織物進(jìn)行保溫。在混凝土澆筑完成及溫差大于20 K前不宜進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。在溫差小于20 K后，模板及上部保溫設(shè)施拆除后每隔3～4 h澆一次水（保溫材料的選擇應(yīng)視底板混凝土澆搗前氣溫情況而定）。

4 實(shí)體質(zhì)量評定

1）測量檢測情況：對基礎(chǔ)劃分36個檢測點(diǎn)量測，比較實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高，最終差值均控制在20 mm以內(nèi)；平整度均小于10 mm；直徑偏差均小于20 mm。

2）裂縫檢測：混凝土養(yǎng)護(hù)期間由于連續(xù)降雨，個別時段溫差超過25 K，通過及時采取增加保溫覆蓋的措施，得以解除超溫報警；經(jīng)混凝土裂縫檢測，未發(fā)現(xiàn)貫穿及深層裂縫，表面裂縫發(fā)生率符合相關(guān)要求[3-4]。

5 結(jié)語

在本工程中，通過對鋼筋及鋼筋支架安裝、模板施工、混凝土澆筑、溫控、養(yǎng)護(hù)等各工序的有效控制，施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計和規(guī)范要求，加上人、機(jī)、料、法、環(huán)的相互作用，確保工程按時、保質(zhì)保量完成。

根據(jù)工程實(shí)際施工情況，并結(jié)合相關(guān)檢測數(shù)據(jù)認(rèn)證，本工程各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，并通過各方驗(yàn)收，為30 000 m3蓄水罐的安裝運(yùn)行提供了有利的保障。