振動臺基礎的大體積混凝土施工技術措施

黃永根

陜西建工第十一建設集團有限公司 陜西 咸陽 712000

隨著大型設備的日益增多，大體積混凝土在設備基礎中的應用也日益廣泛[1-4]。設備基礎結構斷面大，混凝土用量大，水泥水化后產生大量的水化熱，使結構產生較大的溫度應力和收縮應力。當應力超過混凝土所能承受的應力極限值時，混凝土即出現裂縫，繼而影響結構的整體性、抗滲性和耐久性。因此，如何做好大體積混凝土設備基礎施工中的質量控制是施工的關鍵。本文結合應用工程實例，對振動臺大體積混凝土設備基礎施工過程中的技術措施展開討論。

1 工程概況

西安建筑科技大學新校區實驗室位于西安市戶縣，西安建筑科技大學新校區中部。實驗室樓為鋼結構，尺寸為90.00 m×39.95 m，軸距為9.00 m。樓高為22 m，最高點為24 m，建筑面積4 913.22 m2。樓內設有一振動臺動力基礎試驗臺，試驗臺基礎平面尺寸為19 m×17 m，高度為6 m，局部厚度為2.85 m，屬于大體積混凝土。混凝土采用C40S6，方量為1 784 m3。試驗臺基礎配筋為：豎、橫方向鋼筋為φ16 mm@150 mm，為Ⅲ級鋼（局部鋼筋網片為φ12 mm鋼筋），沿基礎周邊和腔體周邊設置，水平鋼筋共設置9排，分別位于標高±0.00、－0.60、－1.20、－1.80、－2.40、－3.15、－4.24、－5.04、－6.00 m處。

承臺下設厚100 mm的C15混凝土墊層，混凝土墊層下為厚900 mm級配砂石墊層，級配砂石墊層的設計承載力特征值不小于300 kPa。

2 工程特點和施工難點

2.1 工程特點

1）振動臺動力基礎局部厚2.85 m，為大體積混凝土。

2）根據工程設計要求，在施工過程中不允許留施工縫。

3）工程復雜，基礎面標高不同，分層鋼筋網片比較多。

4）預埋件多，地腳螺栓和各種預埋件共計120個，精度要求±1 mm。

2.2 施工難點

1）振動臺動力基礎存在不同標高，基礎分2次施工，分層鋼筋網片較多，通常采用鋼筋馬凳支撐，鋼筋網片的位置精確度控制難度大。

2）振動臺動力基礎為大體積混凝土，混凝土用量大，集聚的水化熱大，在混凝土內外散熱不均勻以及受到內外約束的情況下，混凝土內部會產生較大的溫度應力導致產生裂縫，給基礎結構埋下了嚴重的質量隱患，這是質量控制的重點。

3）預埋件多，精度要求高。

3 施工技術措施

3.1 增加角鋼支架控制分層鋼筋網片

振動臺動力基礎設計為不同標高，分層鋼筋網片比較多，鋼筋定位難度大，僅靠采用鋼筋馬凳來支撐，保證不了鋼筋網片的位置準確和保護層厚度均勻。現場施工過程中對分層鋼筋網片設置了型鋼支架支撐，防止鋼筋網片在混凝土澆筑過程中位移。

3.2 利用循環冷卻水進行溫度控制

在大體積混凝土中經常出現的問題，不只是力學上的強度問題，更重要的是如何控制混凝土的溫度變形裂縫的問題。大體積混凝土在施工階段所產生的溫度裂縫，一方面是混凝土內部因內外溫差而產生的應力和應變；另一方面是結構的外部約束和混凝土各質點間的約束阻止這種應變。

針對本工程的特點，經計算，最終確定在混凝土內布置循環冷卻水管以達到降低溫度的目的，緩解溫差應力。

3.3 采用定型工具式控制架，保證螺栓預埋精確

設備基礎預埋螺栓精度要求高，可應用穩定性良好的定型加固支架及楔鐵配合加固，使螺栓位置穩固、可靠。用鋼尺及J2經緯儀測量，通過對尺長校正等程序化操作可保證螺栓要求的精度。

4 施工工藝

4.1 施工流程

振動臺動力基礎分為2個階段施工：

1）第1階段施工。－6.00～－3.30 m標高范圍內為第1次澆筑大體積混凝土，混凝土量為920.55 m3。施工程序為：定位放線→安裝4個豎直作動器→安裝分層鋼筋網片角鋼支架→綁扎－6.00 m底層鋼筋網片→綁扎－5.04 m鋼筋網片→安裝－4.60 m循環冷卻水管→綁扎－4.24 m鋼筋網片→綁扎－3.15 m鋼筋網片→綁扎施工縫處φ6 mm拉筋→支施工縫處企口梁模板→安裝測溫孔鋼管→支基礎模板、搭設外架→自檢、報監理、建設方驗收→澆筑第1段大體積混凝土→養護→測溫→拆除模板、割螺栓→施工卷材防水→安裝厚6 cm擠塑板→回填土。

2）第2階段施工。－3.30～±0.00 m標高范圍內為第2次澆筑大體積混凝土，混凝土量為863.45 m3。施工程序為：定位放線→安裝錨槽及鋼構架→安裝4個水平作動器→安裝分層鋼筋網片角鋼支架→綁扎－2.40 m鋼筋網片→綁扎－1.80 m鋼筋網片→安裝－1.50 m循環冷卻水管→綁扎剩余的鋼筋網片→預埋件施工→安裝測溫孔鋼管→支基礎模板、搭設外架→自檢、報監理、建設方驗收→澆筑第2段大體積混凝土→養護→測溫→拆除模板、割螺栓→施工卷材防水→安裝厚6 cm擠塑板→回填土。

4.2 分層鋼筋網片角鋼支架做法

角鋼支架立柱采用∠63 mm×8 mm角鋼，間距1 300 mm，縱、橫水平方向用∠50 mm×6 mm角鋼連接，一共設置3道，即在標高為－5.04、－4.24、－3.15 m處各設置1道（圖1）。角鋼立柱柱腳焊100 mm×100 mm×10 mm鋼板，并在其上鉆φ14 mm孔2個，用φ12 mm膨脹螺栓與墊層混凝土連接。

圖1 標高－3.15 m以下角鋼豎向分布

標高－3.30～±0.00 m處分層鋼筋網片角鋼架的安裝具體做法同第1施工段的做法。通過上述工藝，很好地控制了鋼筋網片的位置精確度，確保了在混凝土澆筑過程中鋼筋網片的穩定。

4.3 循環冷卻水管的布置方法

冷卻水管設置標高為：第1施工段設在－4.60 m處；第2施工段設在－1.50 m處。采用φ48 mm×3.5 mm鋼管，與水泵連接，水壓力0.3 MPa，流量12 m3/s。用磚砌2座水池，墻厚370 mm，底層澆筑C20墊層混凝土，厚度15 cm，池內用1∶2.5水泥砂漿粉刷3遍。水池尺寸為4 m×4 m×3 m，作為循環冷卻水管的水池（圖2）。

在設備基礎混凝土澆灌后，根據實測溫度值和繪制的溫度升降曲線，分別計算各階段的混凝土收縮應力，如其累計總拉應力不超過同齡期的混凝土抗拉強度，則表示所采取的防裂措施能有效地預防裂縫出現。

最終結果表明，嚴格按照制訂的工序實施后，很好地保證了大體積混凝土的施工質量，控制了裂縫的產生，達到了設計使用要求。

圖2 標高－1.50 m處循環水平面布置

4.4 預埋件施工方法

預埋件施工時，先依據設計圖，建立平面坐標矩形控制網進行測量定位；再在多組螺栓四周，用14#槽鋼加工定型工具式控制架，控制螺栓精度；接著用型鋼系桿將所有固定支架連接成一個相對穩定的整體；然后用水準儀校正螺栓頂標高，校正完成后，將螺栓底部刻線與螺栓底部支架上的刻畫線校正重合；最后拆除型鋼控制架，施工設備基礎混凝土。

5 結語

在西安建筑科技大學振動臺動力基礎試驗臺的大體積混凝土基礎施工中，存在鋼筋網片預埋件多、混凝土裂縫控制難等難題。為此，設計了角鋼支架支撐，并且計算布置了循環冷卻水管，通過上述方法在施工現場的運用，大幅縮短了施工工期，控制了施工質量，提高了經濟效益。