高層建筑基礎承臺大體積混凝土施工技術研究

劉濤（青島博海建設集團有限公司，山東青島 266011）

城市化發展進展的加快，使社會土地資源呈現一種日趨緊張的狀態，為滿足更多群體的生存與生活需求，建筑開始向高層發展[1]。基礎承臺施工是高層建筑施工方案中的主要環節，在此環節施工中，需要澆筑大體積混凝土，但由于澆筑的混凝土材料的承臺結構上會發生水化熱反應，且此種反應在結構層上較為集中，而在一個相對較短的時間內又無法實現熱量快速散出，導致基礎承臺結構在施工中會存在較大的溫度差，此種溫差不僅會誘發結構裂縫，還極易造成結構變形[2]。

1 工程概況

華山東十地塊工程為青島博海建設集團有限公司承包的住宅建設項目，此項目主要由住宅樓構成，建筑總面積13.2萬m2，下述將對兩個主要建筑的基礎情況進行分析，見表1。

表1 住宅樓建筑基礎情況

在此項目研究中發現，該工程項目的施工具有工序復雜、施工作業面大、質量標準要求高等特點，根據項目業主方提出的需求，在施工中，基礎承臺結構不允許出現施工縫。因此，要滿足針對此工程項目的混凝土連續澆筑施工需求，應在基礎承臺的后澆帶位置，采用分層、分次施工方式進行澆筑，保證承臺澆筑混凝土后的剛度，降低裂縫等工程病害的發生[3]。

2 高層建筑基礎承臺大體積混凝土施工技術

2.1 基礎承臺大體積混凝土溫度應力計算

為解決混凝土澆筑施工存在的裂縫問題，應在施工時做好對現場澆筑溫度的控制，并結合實際情況，計算溫度應力[4]。將基礎承臺結構沿厚度方向平均劃分為n-1個薄層，假設每一層的厚度為h，利用下述一維熱傳導方程分析相鄰三個節點上的溫度，其表達式為：

式中T-為某一節點i在t時間上的溫度數值；

θ-為截斷誤差；

t-為時間；

x-為變量；

α-為一維熱傳導系數。

利用上述公式，對i節點和相鄰的i-1節點、i+1節點進行內點溫度分析[5]。在結合差分原理的基礎上，利用各階偏導數對溫度數值進行描述。在上述計算基礎上，建立以下穩定條件：

式中r-為穩定閾值。

對公式（2）進行計算，當r≥1/2時，并且符合1-2r＜0的條件，則當某一節點上的溫度逐漸增加時，會造成振蕩現象產生。因此，為了避免振蕩發生，需要將r數值控制在1/2以下，以此才能夠滿足穩定條件，確保最終不會出現振蕩現象[6]。假設結構具備良好的連續性，在此種條件下，邊界上存在下述關系：

式中T1-為基礎承臺結構底面溫度；

T2-為基礎承臺結構基巖表面溫度。

根據上述地面邊界條件，在具體施工中嚴格控制相關參數，確保最終施工效果符合預期要求。

2.2 混凝土配合比及養護

根據上述工程的實際情況，針對混凝土原材料進行選擇，優先選擇具有低水化熱性能的硅酸鹽水泥，將其作為澆筑施工的主要材料，除此之外，還需要含泥量小于1.5%、泥塊含量小于0.3%、含水率小于5.0%的中砂材料；粒徑在5mm～25.3mm范圍內的卵石，其含泥量要求在0.2%以下[7]。在拌合混凝土材料時，可添加II等級粉煤灰材料，并根據需要添加適量膨脹劑。在確定配合比時，結合在試驗室當中通過多組試驗得到的結果選擇最佳配合比，并完成對適用于上述工程項目的混凝土配合比，如表2所示。

表2 基礎承臺結構混凝土配合比

按照表2中的配合比完成對混凝土澆筑材料的配置。引進施工中的二次壓光法，對基礎結構進行規范化養護處理[8]。要求混凝土的養護時間不得小于10d，并且在每一天的上午、中午和下午都需要進行一次灑水養護，由專門的養護小組完成上述任務，如圖1所示。

圖1 混凝土灑水養護圖

2.3 大體積混凝土裂縫控制

為進一步提高施工質量，還應當針對承臺結構上容易產生裂縫的位置進行合理控制。在確定混凝土裂縫結構產生機理后，明確在某一齡期t時的混凝土抗拉強度與結構變形之間的應力關系，可將其以下述公式表示：

式中σ(t)為澆筑結構在受到外界作用力影響后，出現形變問題時的應力值；

σN(t)為澆筑結構內部應力分布；

σW(t)為在約束條件下的應力分布。

假設在某一齡期t時，混凝土結構產生的抗拉強度為R(t)，則當R(t)＞σ(t)時，結構上不會出現開裂現象。根據上述分析，對混凝土裂縫進行控制。首先，選擇水化熱較低的水泥對混凝土裂縫產生預防。水泥的水化熱可以根據不同礦物成分以及添加混合材料的量決定。在施工中應當避免使用水化熱較高的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，可選擇利用低熱硅酸鹽水泥替代，以此能夠在確保混凝土施工設計要求的基礎上，達到降低水化熱的效果。同時，還需要對建設過程中水泥材料的使用量進行嚴格控制。混凝土的干濕和化學變化對混凝土的體積會產生較大影響，但產生的影響遠遠小于水泥水化熱造成的混凝土體積變化，因此，除了需要使用較低水化熱的水泥材料以外，還應結合施工現場實際需求，控制水泥的摻入量，以此有效減少基礎承臺大體積混凝土結構的溫度變形。

2.4 大體積混凝土澆筑施工

在完成對裂縫的控制后，開展混凝土的澆筑施工工作，可采用如圖2所示的方法完成分段分層澆筑。

圖2 大體積混凝土分段分層澆筑示意圖

對需要進行澆筑的承臺結構進行分層和分塊處理，并完成分期澆筑。沿著承臺水平縫方向，將其劃分為多個澆筑層結構，分別針對每一層進行澆筑，一方面能夠方便混凝土施工，減少混凝土單位結構內的基礎尺寸，并進一步擴大其散熱面積；另一方面，在澆筑過程中，采用先底部澆筑、后頂部澆筑的順序，以此減少混凝土裂縫的產生。

3 實例分析

按照上文所述方式，對所選的工程項目進行施工，為確保工程施工可以達到預期的標準與設計要求，可在施工中，以《大體積混凝土基礎工程施工技術規程程》作為參照，設計兩個方面的溫度控制指標：①混凝土澆筑施工后，基礎承臺內部結構與外部結構之間的溫度差控制在25℃范圍內；②基礎承臺澆筑混凝土內部溫度的下降速度控制在1.5℃/d范圍內。

在此基礎上，為實現對澆筑后結構不同位置混凝土溫度的檢測，需要根據現場施工的具體部署，在施工平面上固定并安裝上下兩端呈現封閉狀態的溫度檢測套管，在套管的不同高度位置上安裝溫度測量組件，將其與計算機設備建立連接后，按照熱電轉換的方式，對澆筑混凝土結構不同位置的溫度變化情況進行監測。按照此種方式，布置基礎承臺結構混凝土澆筑施工作業現場監測環境。施工現場監測設備見表3。

表3 施工現場監測設備

圖3 混凝土測溫現場

設計測溫裝置的周期為30s反饋一次，通過此種方式，確保終端監測溫度與澆筑混凝土溫度變化保持同步。監測作業現場見圖3。

統計施工后基礎承臺混凝土澆筑施工兩個溫度控制指標的具體數值（見上文指標①和指標②），見表4。

表4 混凝土澆筑施工溫度控制效果

通過表4所示的實驗結果可以看出，本文設計的施工方案在實際應用中的效果良好，可以滿足在施工中將基礎承臺內部結構與外部結構之間的溫度差控制在25℃范圍內的同時，實現將基礎承臺澆筑混凝土內部溫度的下降速度控制在1.5℃/d范圍內。

施工完成后，在建筑上隨機選擇測點，對其進行裂縫檢測，發現澆筑作業面上并未出現明顯的裂縫，說明本文設計的施工方法可以在實際應用中實現對基礎承臺結構裂縫的有效控制。

4 結語

為解決高層建筑基礎承臺結構在施工中存在裂縫等病害問題，本文提出了針對性的施工方案。此方案在完成設計后被應用到實例中，經過檢驗證明了此方案的可行性。

通過此次的研究，明確了保障基礎承臺結構的規范化澆筑施工是提高建筑工程質量的主要措施。但要進一步實現對裂縫的控制，應在后續的工作中加大對現場的勘查，結合實際情況設計規范化的施工作業方案，通過此種方式，實現對本文提出施工方案的精細化設計。