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(jié)混凝土的入模溫度、各物料的配合比,以及溫度監(jiān)測與溫度調控的配合措施,實現(xiàn)對大體積混凝土內外溫差的調節(jié)。隨著超長超厚筏板基礎在現(xiàn)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(qū)域,A 區(qū)為3 m 厚底板,面積有2 154 m2,B 區(qū)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(tǒng)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。考慮到大體積混凝土內外溫差大,在溫度應變作用下容易出現(xiàn)裂縫,在實際施工中需要重點做好溫度的監(jiān)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(yōu)質中砂,細度模數(shù)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 級粒化高爐礦渣粉；

（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(xiàn)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(xiàn)場混凝土澆筑量不低于3 600 m3/d。同時,科學規(guī)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(xiàn)離析、泌水情況。混凝土運送到施工現(xiàn)場后,首先檢查坍落度、溫度等參數(shù),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(xiàn)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(yè)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(xiàn)裂縫的情況。

3.3 混凝土的養(yǎng)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(yǎng)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(fā)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(yǎng)護期間出現(xiàn)降雨,要及時覆蓋。整個養(yǎng)護系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 底板養(yǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)有害裂縫。

4.1 混凝土溫度的監(jiān)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(xiàn)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(jiān)測數(shù)據(jù)

從正式養(yǎng)護的第1 h 開始,采集一次溫度數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)。這里以第1 h 為例,12個測溫孔的測溫數(shù)據(jù)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(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)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(yǎng)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(jiān)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(xiàn)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(fā)現(xiàn),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(jiān)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(fā)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(shù)據(jù)。

4.2.2 混凝土溫度應變監(jiān)測數(shù)據(jù)

各個監(jiān)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(guī)律基本一致。在養(yǎng)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(jiān)測結果分析

由表3 數(shù)據(jù)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(jiān)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(yǎng)護以及混凝土溫度的監(jiān)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(xiàn)。根據(jù)溫度監(jiān)測結果,一旦發(fā)現(xiàn)大體積混凝土內外溫度差太大,要立即采取循環(huán)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(wěn)定性。