超高層建筑地下室底板大體積混凝土施工關鍵技術

摘要：為了解決高強大體積混凝土的配置和澆筑難題，從工程實際出發，從高強混凝土原材料性能要求出發，分析了各成分基本參數。在此基礎上，針對大體積混凝土澆筑存在的施工風險，從澆筑、振搗、養護和監測等方面進行了具體分析。同時對大體積混凝土澆筑因水化熱產生的施工裂縫進行重點分析，提出減少水化熱產生的具體措施，可為類似工程提高施工參考。

關鍵詞：高強;大體積混凝土;配合比;溫控

0" "引言

隨著國民經濟的快速發展和城市化進程的不斷推進，城市居民密度逐漸增大，土地資源日益匱乏，為緩解這一困境，高層和超高層建筑拔地而起。對于高層和超高層建筑來講，大體積混凝土澆筑土的應用較為普遍[1-3]。

大體積混凝土水化反應產生的溫度應力，容易引起結構產生有害裂縫，諸多學者對此展開了針對性研究。李富春針對超厚大體積混凝土地下室結構溫度應力引起的開裂問題，采用Midas FEA有限元軟件模擬了大體積混凝土溫度場，并提出相應的溫控措施[4]。彭鴻志等采用ABAQUS熱力耦合技術，對某地鐵車站大體積混凝土澆筑不同順序下的溫度應力進行對比分析研究，并提出最佳組合施工方案[5]。胡健中結合現場分析和現場實測，開展了懸索橋錨碇大體積混凝土施工水化熱控制技術研究，在此基礎上提出了大體積混凝土溫控措施[6]。

本文在上述研究的基礎上，針對某超高層地下室底板高強度、大體積混凝土澆筑原材料選擇，以及配合比設計進行適應性研究，同時對大體積混凝土澆筑方案和溫控措施進行相應分析，研究內容可為類似工程提供參考。

1" "工程概況

本工程地下室結構為2層和1層，其中塔樓區域底板混凝土施工屬于大體積混凝土施工，塔樓混凝土施工涉及到高標號混凝土。基礎底板采取大體積混凝土澆筑，地下室底板最大澆筑厚度達4.8m，單次混凝土最大澆筑量7200m3。

2" "對大體積混凝土原材料質量要求

本文以C60混凝土為例，論述其對原材料的要求。

2.1" "水泥

高強度混凝土的強度分為早期強度和后期強度。高強混凝土配置要求水泥質量穩定，凝結時間和齡期強度合理，和外加劑具有良好適配性。常規細度水泥難以滿足高強混凝土配制要求，故高強混凝土配制需將水泥二次磨細，以提高混凝土強度。本工程高強混凝土需進行長距離泵送，混凝土的流動性和塌落度需滿足要求。按照以上要求，同時考慮市場供應情況，本工程選擇P.O.42.5硅酸鹽水泥。

2.2" "砂

選用卵石含量少、潔凈度及質量穩定性好，細度模數基本穩定在2.5～2.8之間，且級配良好，Ⅱ區中砂的河砂。

2.3" "碎石

碎石表面粗糙、富有棱角，與混凝土其他成分攪拌時摩擦力較大，且有一定的嵌固作用，故高強混凝土宜選用碎石。高強混凝土強度與粗骨料強度密切相關，對碎石質量要求較高，需滿足質地堅硬、表明粗糙的要求，且碎石抗壓強度需大于2倍混凝土強度，故本工程選擇高硬度花崗巖質地的碎石。同時為保持混凝土各材料級配優良，顆粒粒徑不得大于25mm，以確保孔隙率滿足要求。本工程碎石選用5～10mm粒級碎石和10～25mm粒級碎石。

2.4" "外加劑

要求C60混凝土在較長時間內，仍具有良好的泵送性能和填充性能。減水劑作為混凝土中關鍵外加劑，主要分為普通減水劑和高效減水劑，其中減水率大于5%且小于10%的減水劑稱為普通減水劑，減水率大于10%的減水劑稱為高效減水劑。聚羧酸減水劑作為新一代高效減水劑，能夠顯著提高混凝土的工作性能，是高強混凝土常采用的一種減水劑類型。本工程選用聚羧酸KJ-JS型減水劑。

2.5" "粉煤灰

粉煤灰作為混凝土重要組成部分，具有“活性效應、界面效應、微填充效應和減水效應。”一方面它可以起到填充作用，使結構更加密實;另一方面因粉煤灰吸附性不強，可使得混凝土流動性優良，能有效改善混凝土密實性能和混凝土硬化后的強度。經綜合對比，選用電廠的F類Ⅰ級粉煤灰。

2.6" "礦粉

粒化高爐礦渣粉用于改善和保持高強混凝土的工作性，提高混凝土硬化后的強度。經對比選用S95級礦粉。

2.7" "拌合水

為防止氯離子對混凝土和鋼筋的腐蝕，混凝土所用拌合水選用自來水，以盡量減少氯離子含量。

3" "混凝土澆筑施工要點

3.1" "混凝土澆筑

澆筑混凝土時，采用“平面分塊，斜面分層”的方案。施工采用“循環退打，一次到頂”的方式。大體積混凝土澆筑采用混凝土泵，混凝土均勻后退布料。為防止混凝土澆筑局部壓力過大，影響結構安全性，應確保布料均勻，避免出現布料集中現象。

為了保證振搗的密實度，混凝土澆筑時單泵需配置3臺插入式振搗器。在混凝土澆筑前、中、后三個位置分別布置。第一道振搗器布置在混凝土出管位置，以使混凝土自然由面層流向底層。第二道設置在混凝土澆筑面中間位置，第三道振搗器設置在澆筑面末端，確保下層混凝土澆筑密實性。為防止夜間施工光照不足，應設置照明燈光，確保夜間施工質量。振搗器工作方式如圖1所示。

插入式振搗棒工作時應該快插慢拔，各插點布置需均勻排列，當一個工作面完成后各插點逐個均勻順序移動。為保證振動效果，單次振搗器移動距離應小于振搗有效范圍的1.5倍。

混凝土澆筑后需對澆筑表面進行處理。首先應按設計標高將混凝土刮平，然后使用木抹子將混凝土抹面壓平光面，最后使用塑料布將澆筑面覆蓋，防止混凝土表面失水引發混凝土開裂。

3.2" "混凝土泌水處理

泌水率是泌水量對混凝土拌合物含水量之比，反映了混凝土分層、離析程度，是衡量混凝土質量的一個重要性能指標。大體積混凝土澆筑時泌水較多，為及時排出大體積混凝土澆筑產生的泌水，在地下結構施工階段設置排水溝系統，與現場排水溝相連。然后根據水量大小，用吸水高壓泵，將混凝土泌水經現場排水系統排出。圖2為混凝土泌水排放示意圖。

3.3" "混凝土表面處理

混凝土按照設計要求澆筑至指定標高后，經振搗密實后，采用長刮尺將混凝土表面刮平，確保混凝土澆筑質量和美觀。同時待混凝土澆筑2～3h后，使用木蟹打磨混凝土表面，使混凝土表面光亮平整，預防混凝土裂縫的產生。

3.4" "底板混凝土防裂及養護措施

為了控制混凝土裂縫的出現和發展，對大體積混凝土澆筑過程中不同部位的溫度進行監測，研究混凝土水化熱發展規律。在此基礎上，對水化熱較大的部位，采用添加冰塊、放置冷凝管等措施減少水化熱的強度，對混凝土升溫和降溫進行有效控制，以此減少混凝土收縮產生的裂縫，改善混凝土的性能。

4" "溫控措施

4.1" "底板混凝土防裂及養護措施

4.1.1" "優化配合比

對于控制混凝土裂縫來講，除了采取必要保溫措施控制混凝土內外溫差之外，對原材料及配合比的選擇也至關重要。本文根據理論分析、工程類比結合項目施工經驗，制定工程原材料配比要求如表1所示。

4.1.2" "降低混凝土溫度差

混凝土澆筑時應盡量避開炎熱天氣，本工程基礎底板施工處于秋季。可采取一系列物理降溫措施，如混凝土攪拌時使用低溫水或在其中加入冰塊，或對骨料進行冷水冷氣降溫。混凝土入模時應避開中午時段，避免陽光直曬引發較高入模溫度，如中午澆筑混凝土不可避免，則應設置遮蔭網，以對入模混凝土進行控制。

為了更好實現施工中混凝土的溫度控制，制定相應的技術指標要求，施工中嚴格控制。表2為對混凝土澆筑的要求，圖3為底板混凝土養護示意圖。

4.2" "底板混凝土水化熱溫度監測

4.2.1" "測溫點布置

為分析大體積混凝土澆筑水化熱的大小，更好實現對混凝土水化熱溫度控制，混凝土澆筑溫度監測必不可少。為綜合反映混凝土內部溫度應力，本工程在大體積混凝土澆筑的底板部位間隔10m布置一測溫點。同時在重要部位，如變截面處、轉角處、結構交匯處布置專門的測溫點。測溫點在一個部位需對斷面處表面、中心和底板處綜合監測。表面測溫點設置在底板頂標高下200mm處，中心測溫點設置在底板頂標高下返1/2板厚，底表面測溫點為底板底標高上200mm處。圖4為底板測溫點布設圖。

按照設定好的方案在鋼筋上安裝溫度監測傳感器，可有效防治傳感器因混凝土澆筑脫落。可將傳感器的導線通過排線引致溫控監測室。排線的布設應不影響施工正常進行。開始監測前還需要進行調試，確保正式施工時不能滿足監測要求。

4.2.1" "測溫結果處理

為保證測溫結果的準確性和及時性，指定專門的測溫小組24h對混凝土變化規律進行監測。混凝土溫差峰值通常出現在夜間，故夜間監測人員應指派多人負責。測溫期間需及時記錄和總結溫度變化規律，為混凝土養護優化提供依據。在測溫過程中，若發現混凝土內外溫差大于25℃，應通知相關技術人員采取緊急措施進行溫差控制。表3為溫控監測要求。

5" "結論

本文以某超高層建筑為依托，從高強混凝土原材料性能要求出發，分析了各成分基本參數。在此基礎上，針對大體積混凝土澆筑存在的施工風險，從澆筑、振搗、養護和監測等方面進行了具體分析。同時對大體積混凝土澆筑因水化熱產生的施工裂縫進行重點分析，提出來減少水化熱產生的具體措施，可為類似工程提高施工參考。

參考文獻

[1] 耿鳴山，林爾姬，呂建兵，等.大體積混凝土承臺的水化熱分析及溫控研究[J].混凝土，2021（9）：50-55.

[2] 李仁強，牌立芳，吳紅剛，等.異形大體積混凝土水化熱研究及仿真分析[J].科學技術與工程，2021，21（24）：10452-10460.

[3] 侯煒，宋一凡，馬超.基于管冷系統的大體積混凝土水化熱時變溫度效應[J].長安大學學報（自然科學版），2021，41（4）：65-77.

[4] 李富春，吳海森.超長地下室大體積混凝土溫控有限元模擬及開裂風險分析[J].水運工程，2019（11）：13-19.

[5] 彭鴻志，陳俊，黃毅翔，等.基于順序熱力耦合大體積混凝土施工方案優化[J].施工技術，2016，45（S2）：518-521.

[6] 胡健中，李陽，張申昕.大體積混凝土施工水化熱分析與控制[J].中外公路，2020，40（4）：110-115.