高層建筑基礎底板大體積混凝土施工技術研究

陳瑞虹（甘肅省慶陽市西峰職業中等專業學校，甘肅 慶陽 745000）

混凝土硬化時產生的水化熱難于消散而導致溫度裂縫是大體積混凝土施工面臨的首要難題[1]，這是因為裂縫的產生不僅影響混凝土結構的美觀，而且位于地下水位以下的基礎底板容易出現滲漏滴水現象，直接影響地下室的防水效果和結構的耐久性[2]。因此，在基礎底板大體積混凝土施工中應采取一定的施工措施對溫度裂縫進行控制[3-4]。施工中控制溫度裂縫最為重要的兩個指標即為溫度和應力，因此本文嘗試采用現場監測的方法對混凝土水化反應過程的溫度變化和應力演變過程進行觀測，以達到控制裂縫的目的。

1 工程概況

甘肅省慶陽市某小區項目位于城區東南側DQY-2021L-KM01 總地塊，內含0219-01 地塊和0291-02 地塊。本項目總用地面積61627.8m2，其中0219-01 地塊用地面積55311.5m2，建筑密度不大于25%，容積率不大于2.9，綠地率不小于35%，控制高度為100m。0291-02地塊用地面積6316.3m2，建筑密度不大于35%，容積率不大于1.2，綠地率不小于30%，控制高度為20m。建設內容由10棟住宅建筑及地下車庫組成，其中4棟28層，3棟18層，2棟17層，1棟17+1層，總戶數1429戶；地上建筑面積160150m2，地下建筑面積40563m2，總建筑面積200713m2；建筑密度14.7%，容積率2.9，綠地率36.5%，停車位1278 個。兩棟6 層商業樓，地下一層停車場，總建筑面積6307m2，建筑密度35%，容積率1.2，綠地率20%，停車位76 個。所有建筑物的底板采用大體積筏板基礎澆筑。

2 基礎底板大體積混凝土施工溫度控制技術

對于一般的混凝土構件而言，混凝土硬化過程中水化反應產生的熱量能夠得到快速散發，不會導致混凝土構件內部的溫度累積，而基礎底板大體積混凝土由于厚度和面積較大，混凝土水化反應產生的大量熱量集聚在底板內部，加之混凝土內部的熱阻抗較大，導致溫度在混凝土構件內堆積，引起溫度的急劇增加，內外之間的強烈溫差導致混凝土結構產生溫度裂縫，裂縫極易導致地下室底板防水性能下降，滲透滴漏問題在結構運營期難以根治，這種現象在大體積快硬混凝土中表現得尤為突出[5]。為此，在基礎底板大體積混凝土施工中，應采取科學合理的降溫措施，以減小混凝土溫度裂縫擴展，達到嚴格控制底板澆筑質量的目的。

在基礎底板大體積混凝土施工溫度控制工藝中，混凝土選取商品混凝土，配合比的選擇應該經過試驗和試拌制。一般而言，針對降低大體積混凝土的水化熱和保證其早期強度的要求，在選擇水泥時一般選用普通硅酸鹽水泥，并加入一定的粉煤灰礦渣[6]。這是因為粉煤灰能有效抑制水化熱溫度，隨著粉煤灰摻合量的增加，水化熱溫度降低，同時水化反應釋放的熱量也可以有效激發粉煤灰顆粒的活性，進而提高大體積混凝土的強度。經過試驗，研究項目的大體積混凝土配合比如表1所示。

表1 基礎底板大體積混凝土施工配合比/kg/m3

為了避免混凝土初始溫度過低，導致水化熱引起的混凝土內部溫度場分布不均，溫差過大，在混凝土澆筑時應保證其入模溫度不低于10℃。同時，澆筑采用分層澆筑以加速水化熱溫度的消散，并控制好上下層之間的間隔時間，以確保混凝土不會達到初凝時間而引起施工冷縫[7-8]。在施工時，為了對基礎底板大體積混凝土水化熱的演化過程進行觀測和控制，對混凝土溫度的監測尤為重要。為此，在混凝土澆筑前，基礎底板大體積混凝土中預先埋設溫度監測傳感器，傳感器在厚度方向的布置一般應能覆蓋結構的整個斷面，在基礎底板底部、底板中部和底板表面各設置一個溫度監測傳感器。研究中，為了觀測溫度在水泥水化反應過程中的變化規律，任意選取了3 組監測數據，監測時長為72h，結果如表2和圖1所示。

表2 基礎底板大體積混凝土溫度測試

從圖1 可以看出，基礎底板在板底部、板中部和板頂部的溫度曲線的整體變化趨勢較為一致，均在澆筑完成至60h，溫度呈現非線性增加，而大于60h后，溫度曲線波動較小，趨于穩定。3組監測數據均表現出一致的變化規律，表明基礎底板在平面上的溫度變化規律基本相同。此外，比較同一時間內的板底部、板中部和板頂部的溫度容易發現，板中部的溫度明顯大于板底部和板頂部的溫度，且板底部和頂部的溫度基本相同，板中部的最大溫度為45.3℃，板底部的最大溫度為30.7℃，板頂部的最大溫度為31.8℃，表明水泥水化熱是從板中部向厚度方向兩端進行消散。從圖1（a）可以看出，在整個觀測時間段內，基礎底板大體積混凝土的溫度差變化較為穩定，溫度差的變化范圍在10℃～18℃之間，小于規范中溫度差25℃的要求，表明基礎底板大體積混凝土的施工溫度控制良好。

3 基礎底板大體積混凝土施工裂縫控制技術

基礎底板大體積混凝土的裂縫主要分為兩種，一種是溫度應力產生的收縮裂縫，一種是表面張拉產生的張拉裂縫，這兩種裂縫的產生機理均是混凝土受到的拉應力大于其抗拉強度所導致的。為了保證基礎底板大體積混凝土施工過程和施工后均不產生裂縫，控制混凝土的收縮應力顯得十分重要。

（1）在水泥材料的選擇上，仍然選擇中水化熱的普通硅酸鹽水泥，由于項目位于西北地區，在冬季施工時需要摻和一定量的混凝土防凍劑，每立方混凝土加入防凍劑約16kg，以避免混凝土結構發生凍害，在控制水化反應速度上采取的施工措施是加入II級粉煤灰和礦渣粉。

（2）為了控制基礎大體積混凝土出現的表面裂縫，在結構物澆筑完成后，及時在表面鋪蓋一層稻草或者破棉絮，以達到控制表面溫度的目的。同時，加強養護期間保溫保濕工作，確保混凝土在終凝后不出現過大的張拉應力。

（3）在基礎大體積混凝土澆筑現場，應對進場的商品混凝土材料進行檢測，主要檢測其坍落度和水灰比是否滿足規范要求，以保證所有澆筑混凝土的均勻性，從而避免混凝土因物性差異過大導致的溫度傳導和散發的不均勻，進而出現附加應力，引起混凝土的開裂。

根據材料力學和熱力學原理，基礎大體積混凝土的最大收縮應力如公式（1）所示。

式中σ(t)為最大收縮應力；α為混凝土線膨脹系數；β為約束狀態影響系數；γ為材料影響系數；L為基礎底板的長度；h為材料底板的厚度；Ei為各個齡期混凝土材料的彈性模量；ΔT為溫度差；S為混凝土的松弛系數。

為了保證澆筑的大體積基礎底板混凝土不出現裂縫，其抗裂安全系數應不小于1.15，抗裂安全系數的計算方法如公式（2）所示。

式中k為混凝土抗裂安全系數，ft為混凝土抗拉強度設計值。

從以上分析可知，對于混凝土溫度應力的監測是控制大體積混凝土裂縫的有效手段，同樣，在混凝土澆筑前，基礎底板大體積混凝土中預先埋設應力監測傳感器，傳感器在厚度方向的布置一般應能覆蓋結構的整個斷面，在基礎底板底部、底板中部和底板表面各設置一個應力監測傳感器。研究中，為了觀測應力在水泥水化熱反應過程中一般變化規律，任意選取了3組監測數據，監測時長為72h，結果如表3所示。

表3 基礎底板大體積混凝土應力測試及抗裂安全系數

從表3 可以看出，基礎底板在板底部、板中部和板頂部的應力的整體變化趨勢較為一致，均呈現一定程度的波動，且板中部的應力明顯大于板底部和板頂部的應力，且板底部和頂部的應力基本相同。經過抗裂安全系數計算，A組測點的混凝土抗裂安全系數變化范圍為1.56～2.46，B 組測點的混凝土抗裂安全系數變化范圍為1.59～2.40；C 組測點的混凝土抗裂安全系數變化范圍為1.54～2.47，均大于1.15的規范要求，表明基礎底板大體積施工裂縫控制良好。

4 結語

以甘肅省慶陽市某小區項目基礎底板大體積混凝土施工為研究對象，對高層建筑基礎底板大體積混凝土施工工藝進行分析，并采用現場實測的方法對底板大體積混凝土施工過程中的溫度和應力進行監測，以控制溫度裂縫的產生，結果表明：

（1）基礎底板在板底部、板中部和板頂部的溫度曲線的整體變化趨勢較為一致，均在澆筑完成至60h，溫度呈現非線性增加，而大于60h后，溫度曲線波動較小，趨于穩定。

（2）在整個觀測時間段內，基礎底板大體積混凝土的溫度差變化較為穩定，溫度差的變化范圍在10℃～18℃之間，小于規范中溫度差25℃的要求，表明基礎底板大體積混凝土的施工溫度控制良好。

（3）板中部的應力明顯大于板底部和板頂部的應力，且板底部和頂部的應力基本相同，3 組測點的混凝土抗裂安全系數，均大于1.15的規范要求，表明基礎底板大體積施工裂縫控制良好。