超長超厚筏板基礎大體積混凝土無縫施工技術在工程中的應用

魏國智

（寧夏對外建設有限公司,寧夏 銀川 750021）

溫差裂縫是大體積混凝土常見的質量缺陷,其形成原因是混凝土表面溫度低而內部溫度高,在內外溫差過大的情況下,溫度應力不同進而引起破壞性裂縫。無縫施工技術可以通過調節混凝土的入模溫度、各物料的配合比,以及溫度監測與溫度調控的配合措施,實現對大體積混凝土內外溫差的調節。隨著超長超厚筏板基礎在現代建筑中得到推廣應用,掌握無縫施工技術的應用技巧成為保障工程建設質量的重要舉措。

1 工程概況

某寫字樓總建筑面積13.3 萬m3,共28 層,其中地下2 層,地上26 層,結構高度101.6 m。建筑總體采用鋼框架- 鋼筋混凝土核心筒結構,抗震設防烈度為8 度,設計使用年限50 年。建筑基礎部分采用筏板形式,長37.7 m,寬28.2 m,分為A、B 兩個區域,A 區為3 m 厚底板,面積有2 154 m2,B 區為1.8 m 厚底板,面積有680 m2。本次工程的筏板基礎混凝土澆筑總量預計為9 000 m2,統一使用C40 級混凝土澆筑[1]。由于筏板基礎混凝土的澆筑厚度均超過了1 m,故屬于大體積混凝土?？紤]到大體積混凝土內外溫差大,在溫度應變作用下容易出現裂縫,在實際施工中需要重點做好溫度的監測與控制,從而達到無縫施工的技術要求。

2 施工方案設計

2.1 物料的選擇

筏板基礎施工所用混凝土主要由水泥、骨料、摻料等組成,各組成材料的選擇標準如下：

（1） 水泥采用P.042.5 水泥,要求水泥無板結問題；

（2） 粗骨料選用粒徑為5～20 mm 的碎石,含泥量≤0.8%；

（3） 細骨料選用優質中砂,細度模數為2.4,含泥量≤0.4%；

（4） 外摻料有粉煤灰和礦渣粉2 種,其中粉煤灰為II 級,礦渣粉為S95 級?；郀t礦渣粉；

（5） 外加劑有減水劑和抗裂劑2 種；（6） 水選用飲用自來水。

2.2 混凝土的配合比

按照上述要求確定配制混凝土的物料后,還要通過反復試驗確定出最佳配合比,最終確定的筏板基礎大體積混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土各物料的配合比（kg/m3）

按照上述配合比制作混凝土試件,并進行試件的抗壓強度試驗。結果表明,試件7 d 強度達到32.6 MPa,28 d 強度達到48.8 MPa,能夠滿足該高層建筑工程中基礎筏板的承壓要求。

3 大體積混凝土的無縫施工

3.1 混凝土的運輸

由于施工場地空間有限,筏板基礎所用混凝土由附近的拌合站提前制備,然后用砼車運輸至施工現場。本次工程中共選用8 臺最大載重10 t 的混凝土運輸車,以及6 臺泵送效率為40 m3/h 的混凝土泵車,可保證施工現場混凝土澆筑量不低于3 600 m3/d。同時,科學規劃運送路線,將運輸時間控制在1.5 h 以內,避免混凝土長時間運輸出現離析、泌水情況?；炷吝\送到施工現場后,首先檢查坍落度、溫度等參數,判斷是否滿足澆筑要求。如果不滿足,一律不得使用,滿足要求的可用于筏板基礎澆筑施工。

3.2 混凝土的澆筑

本次工程中,結合現場地形情況和無縫施工技術要求,確定了“自西向東、斜向分層、薄層澆筑”的混凝土澆筑作業方法。從大斜面分層下料,層層澆筑、分層振搗,每層厚度控制在50 cm 左右。第一層澆筑完畢后立即開始振搗,同一點位振搗時間控制在30～40 s,隨后將插入式振搗棒移動至下一點位[2]。第一層混凝土全部振搗結束后,靜置約15 min,然后開始復振,這樣既可以使大體積混凝土內部氣泡完全逸出,減少混凝土的蜂窩、麻面等質量問題；同時還能讓混凝土水化熱產生的熱量得到充分消散,減少大體積混凝土因為內外溫度差太大而出現裂縫的情況。

3.3 混凝土的養護

按照施工方案完成筏板基礎的混凝土澆筑后,立即開始養護。具體方法為：在剛剛澆筑完成的混凝土表面蓋上一層保溫膜,相鄰兩條保溫膜的搭接寬度應不低于30 mm。保溫膜除了有保溫效果外,還能避免混凝土水分過快蒸發而引起干縮裂縫。在保溫膜之上覆蓋50 mm 后的擠塑板,在邊緣位置使用重物壓緊。在擠塑板之上覆蓋草墊或棉氈,同樣要求相鄰兩條棉氈的搭接寬度不低于30 mm[3]。另外,還要準備防雨薄膜,如果養護期間出現降雨,要及時覆蓋。整個養護系統如圖1 所示。

圖1 底板養護示意圖

4 筏板基礎混凝土溫度和應力控制

大體積混凝土會因為水泥的水化熱特性而產生大量的熱,其中表層熱量可以較快的散失,而內部熱量因為不能及時散失而導致混凝土溫度逐漸升高,從而形成“內熱外冷”的現象。在溫度應變的作用下,當內外溫度差達到一定程度后就會出現裂縫。因此,筏板基礎大體積混凝土的無縫施工技術中,最關鍵的就是進行溫度的控制,避免溫度差太大而出現有害裂縫。

4.1 混凝土溫度的監測與控制

4.1.1 測溫點布置

為了準確獲取筏板基礎各處的實時溫度及溫度變化情況,現場設置了12 個測溫孔。在每個測溫孔從上到下分別設置上、中、下3 個測溫點,這樣整個工程中共布置12×3=36 個測溫點,如圖2 所示。

圖2 筏板測溫點布置示意圖

4.1.2 混凝土溫度監測數據

從正式養護的第1 h 開始,采集一次溫度數據,之后分別在第10 h、20 h、40 h、60 h、80 h、100 h、120 h 各采集一次溫度數據。這里以第1 h 為例,12個測溫孔的測溫數據記錄如表2 所示。

表2 大體積混凝土測溫記錄

匯總120 h 齡期內的所有溫度數據,可以發現各個測溫點的實際溫度雖然存在一定差別,但是溫度隨齡期的變化曲線基本一致。在養護開始的1～20 h內,隨著齡期的增加,混凝土各個測溫點的溫度也隨之升高。在20 h 時達到極值,然后緩慢下降。同時注意到,同一個測溫孔的上、中、下3 個測溫點,溫度變化幅度也有差異。其中上層測溫點的溫度變化幅度較大,中層次之,下層溫度隨著齡期的增加無明顯變化。以3#測溫孔為例,上層測溫點在1 h 時溫度最低,為41.4 ℃；在20 h 溫度最高,達到了63.7 ℃；之后溫度緩慢降低,在120 h 溫度為54.0 ℃,期間最大溫差為21.3 ℃。3#測溫孔的下層測溫點,在1 h 溫度最低,為44.9 ℃；在20 h 溫度最高,為52.6 ℃；之后溫度也呈下降趨勢,在120 h 溫度為44.3 ℃,與初始溫度基本持平,期間最大溫差為8.3 ℃。

4.1.3 溫度監測結果分析

大體積混凝土的上層溫度降幅更快,中層次之,下層最慢。這是因為混凝土表層有良好的散熱條件,甚至可以實現混凝土與空氣之間直接進行熱交換,因此水化熱產生的熱量可以得到快速消散,溫度降幅明顯。相比之下,中層混凝土受到上層混凝土的阻擋,不利于熱量的散失,因此部分熱能聚集導致中層混凝土溫度升高,溫度降幅變緩,下層同理。

對比12 個測溫孔的溫度變化也發現,在同一時刻、同樣位置測得的溫度,位于筏板基礎邊緣部位的測溫孔（如3#、5#、8#）,要比筏板基礎內部測溫孔（如0#、6#）的溫度更低。這也是因為筏板基礎邊緣部位的混凝土更容易散熱,而中間部位混凝土散熱效果差。

4.2 混凝土溫度應變的監測與控制

4.2.1 應變傳感器的選型與安裝

混凝土溫度的變化會產生溫度應力,而溫度應力則是導致混凝土裂縫的主要原因。因此,在應用無縫施工技術時必須要測量混凝土的溫度應變,如果溫度應變過大需要采取措施防止裂縫的發生；反之,如果溫度應變較小,則不需要做特殊處理[4]。本次工程中使用YL-4200 型振弦式應變傳感器進行溫度應變的測量,該儀器的結構組成如圖3 所示。

圖3 YL-4200 型振弦式應變傳感器結構示意圖

在混凝土澆筑前安裝應變傳感器,安裝位置與測溫點一致。從混凝土澆筑完畢后的第12 h 開始采集應變數據。

4.2.2 混凝土溫度應變監測數據

各個監測點的溫度應變值雖然略有差異,但是“應變- 齡期”曲線的變化規律基本一致。在養護初期,隨著齡期的增加應變值也相應升高,達到極值后開始緩慢減小[5]。這里以5#測點為例,各層溫度應變值隨齡期的變化如表3 所示。

4.2.3 應變監測結果分析

由表3 數據可知,5#測點上層混凝土的應變值與齡期有良好的線性關系,即隨著齡期增加,應變值逐漸減小。而中層和下層混凝土的應變值,則是初期增加,在第10 h 達到極值,分別為33.5 με 和42.8με,之后開始下降。從最終（120 h）的應變值來看,中層混凝土的應變值達到了-116.2 με,高于上層和下層。分析認為,由于上層溫度降幅明顯,導致上層與中層之間的溫度差較大,而中層與下層之間的溫度差相對較小,因此中層混凝土所受的溫度應變更大。

表3 5#測點各層溫度應變監測值（με）

5 結論

將無縫施工技術應用到大體積混凝土工程中,需要從混凝土物料的選擇、配合比的設計、混凝土的澆筑與養護以及混凝土溫度的監測與調控等方面采取綜合管理措施,才能最大程度上減少混凝土裂縫的出現。根據溫度監測結果,一旦發現大體積混凝土內外溫度差太大,要立即采取循環冷水等措施降低內部溫度,使內層與表層溫度差控制在合理范圍之內,真正達到無縫施工要求,切實保障筏板基礎的穩定性。