跳倉法施工對大體積混凝土裂縫控制的效果研究

蔣成杰

舜元建設（集團）有限公司 上海 200335

1 大體積混凝土裂縫機理及防范措施

1.1 裂縫原因

大體積混凝土開裂的原因多種多樣，主要是受混凝土的水泥水化熱影響。由于大體積混凝土的截面厚度較大，在水泥水化的過程中熱量在混凝土內部聚集，導致與外部溫差增大，從而因混凝土內外部脹縮方向不一致，而在表面形成裂縫[1]。此外，在外界氣溫環境變化較大的情況下，由于對混凝土覆蓋保溫的不及時，當外界氣溫驟降，使得溫差增大，產生的溫度應力也隨之增大，當溫度應力超過極限值時，將產生裂縫[2]。大量水分的蒸發也會使混凝土體積急劇收縮，當水分未達到飽和狀態時便會產生干縮裂縫[3]。

除以上主要原因之外，混凝土裂縫的產生還有一些次要原因，如管理措施未到位、施工技術的不恰當運用以及混凝土原材料未滿足要求等[4]。

1.2 裂縫控制措施

裂縫的防范措施主要是控制原材料質量和保證施工的恰當性。首先對水泥等原料進行質量控制，保證源頭的質量合格，同時需進行恰當的配比計算。而在施工過程中，可對大體積混凝土進行分層澆筑，采用多次振搗，以此保證混凝土的強度，提高混凝土抗裂性。除此之外，由于混凝土對溫度的敏感性，施工過程中應盡量減小混凝土內外的溫差，在白天使用濕麻袋片覆蓋或在炎熱天氣下使用冷水或冰塊進行降溫處理等措施。

2 工程實例

某項目位于上海市徐匯區，由11幢剪力墻結構住宅、1幢商業、1個會所及其他配套設施組成。項目位于黃浦江畔，定位為高檔住宅小區，所以對施工質量要求非常高。

此項目為整體地下室，地下2層，基礎埋深約11.5 m，底板厚度0.8～1.2 m，屬大體積超長混凝土，技術難度高。

2.1 裂縫原因分析

由于本項目的質量要求非常高，大體積混凝土的施工質量控制是實現項目高質量的難點之一。為預判本項目大體積混凝土地下室底板施工裂縫可能產生的類型，通過對其他類似項目的資料進行分析，得出本項目可能產生的裂縫主要為應力裂縫和施工裂縫2種。

1）應力裂縫產生的原因有溫度控制不到位、混凝土和易性較差、盲目追求工期、混凝土質量不合格等4類。造成上述原因的因素分別敘述如下：

① 溫度控制不到位。主要是測溫工作缺失、養護措施不到位。

② 混凝土和易性差。主要是運輸時間過長。

③ 盲目追求工期。主要表現在施工方法不當，質量保證體系不完善。

④ 混凝土質量不合格。主要是因為原材料質量不合格、配合比不合理。

2）施工裂縫產生的原因有混凝土和易性較差、盲目追求工期、混凝土質量不合格等3類。造成這些原因的因素同應力裂縫產生原因的相應因素。

針對導致裂縫形成的7種因素，對相應的控制要點進行了探究分析，結果如表1所示。

表1 裂縫要因確認計劃

2.1.1 原材料質量不合格

在符合設計標準要求的情況下，經過對類似項目的項目部實際情況的調研，因為環保控制，預拌混凝土原材料供貨緊張，價格上漲，導致原材料管控不嚴，預拌混凝土質量有缺陷，所以原材料的質量不合格會成為本項目裂縫產生的原因之一。

2.1.2 配合比不合理

經過對類似項目混凝土泵車進出場記錄、供貨票據、試驗記錄等進行查閱，混凝土配合比符合設計要求，配合比不會成為本項目產生裂縫的原因之一。

2.1.3 運輸時間過長

對照類似項目進度計劃、混凝土罐車進出場記錄、供貨票據等進行查閱，混凝土路上運輸時間均符合要求，以此確認運輸時間過長不會成為本項目產生裂縫的主要原因之一。

2.1.4 施工方法不當

在大體積混凝土澆筑過程中，常規后澆帶做法不利于混凝土溫度應力的釋放，在此項目中若仍采用常規后澆帶做法，將會造成裂縫的產生。

2.1.5 測溫工作缺失

通過和類似項目的項目技術人員詳細交流以及查閱項目留檔資料發現，在大底板澆筑過程中并未進行實時的溫度監測工作，而保持溫度差在一定范圍內是大體積混凝土施工極其重要的工作，故此確認測溫工作的缺失可能為裂縫產生的原因之一。

2.1.6 質量保證體系缺失

在本項目中，由于高質量要求等原因，現場資料和管理制度以及質量責任體系均完善，且采取公示，因此確認本項目不存在因質量保證體系制度的缺失而造成裂縫產生的情況。

2.1.7 養護措施不到位

混凝土澆筑后，若沒有及時覆蓋保溫或覆蓋保溫時間不夠，不能有效將溫度差維持在合理范圍內，對混凝土質量有不利影響，因此確認養護措施不到位將成為裂縫產生的原因之一。

經過對以上原因的分析論證，得出原材料質量不合格、施工方法不當、測溫工作缺失、養護措施不到位等4項因素，會成為本工程產生裂縫的原因。

2.2 實施對策

在本項目中，由于對大體積混凝土裂縫控制的高要求，經多方討論，決定使用跳倉法對整體地下室進行施工。根據國家標準GB 50496—2009《大體積混凝土施工規范》第5.1.4條，超長大體積混凝土施工，應選用以下方法防止出現有害裂縫：留置變形縫、后澆帶施工、跳倉法施工，其中根據清華大學相關研究數據，混凝土收縮變化最快的時間為澆筑后的5 d內，相應的跳倉法相鄰兩塊混凝土澆筑的間隔時間不宜小于7 d，故在此項目中使用跳倉法施工方案是對混凝土產生裂縫影響最小的施工方法。

2.2.1 跳倉法施工分塊及部署

本工程地下室底板、墻體、梁板（含地下室頂板）屬于大體積超長混凝土。地下室底板依據跳倉工藝劃分成26塊倉塊（圖1）。跳倉法布置圖中，倉塊尺寸最大的是19倉和6倉。根據基坑設計對最下面層土方開挖順序要求，結合地下室分倉尺寸分析和驗算，本項目地下室底板平面劃分為東區16個倉，西區10個倉，共26塊施工倉。東區混凝土澆筑順序為：5倉、12倉→9倉、7倉→2倉→11倉→4倉、10倉→6倉→15倉→3倉、8倉→13倉、14倉→1倉→16倉（11次，總工期60 d）。西區混凝土澆筑順序為：17倉、22倉→25倉→18倉→21倉、26倉→19倉→24倉→20倉→23倉（8次，總工期40 d）。

圖1 跳倉法施工分塊

2.2.2 跳倉法混凝土澆筑與養護

地下室底板分塊最大澆筑量為2 164.2 m3，根據GB 50496—2009《大體積混凝土施工規范》附錄A.0.1混凝土泵實際平均輸出量，可以根據混凝土泵的最大輸出量、配管情況和作業效率，確定本項目高峰期需要配置3臺120 m3/h混凝土泵車，根據運距，每臺泵車需要配置5輛12m3的混凝土罐車，3臺泵車共需配置15輛罐車。

按照本項混凝土最大厚度1.2 m計，經計算，混凝土養護保溫層厚度為25 mm即可。

本項目地下施工跨越2017年春夏兩季，混凝土養護應選擇以保濕為主的養護模式；夏季高溫天氣時，混凝土表面進行二次抹壓后，直接覆蓋1層土工織物，然后再進行連續噴霧養護；春季碰上反常低溫天氣時，混凝土表面進行二次抹壓后，先覆蓋1層塑料薄膜，然后覆蓋土工織物，接著再進行連續噴霧養護，現場派專人進行澆水。塑料薄膜和草墊要覆蓋嚴實，以防混凝土暴露，這樣能有效地保持混凝土表面的水分和溫度，確保混凝土始終處于恒溫養護中，控制混凝土內外溫差小于25 K，防止混凝土內部裂縫的產生。

2.2.3 跳倉法底板應力與溫度監測

由應力狀態及分布，選取具有代表性的倉塊如厚度800 mm的5倉及5、9倉接縫，和厚度1 200 mm的8倉及2、 5倉接縫進行溫度監測（見圖1）。監測點分布規定：在半軸線上監測點分為3或4處，中心點到邊界處等距分布；每個監測點沿混凝土厚度方向布置3個測點，即測點分布在距混凝土澆筑體外表以內50 mm處、在混凝土澆筑體底面以上50 mm處、在混凝土澆筑體中間位置。如果遇到在800 mm和1 200 mm之間的測點，應放在800 mm處。

在準確監測混凝土入模溫度、內外溫差、應力應變后，溫度應力始終小于混凝土抗拉強度。

3 結語

大體積混凝土的施工在越來越多的項目上進行應用，裂縫的控制也尤為重要。從以上分析中可以得出，項目上裂縫產生的原因不盡相同。在本工程中，應用跳倉法對大體積混凝土進行施工的方法降低了混凝土裂縫出現的發生率。對于項目質量控制而言，前期需要對大體積混凝土裂縫產生原因進行理解，并且針對項目的實際情況進行有效的措施控制。