筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工質(zhì)量控制

蔡汶翰 CAI Wen-han

（中鐵二十二局集團第五工程有限公司，重慶 400700）

0 引言

①隨著社會的發(fā)展，TOD（以公共交通為導向的發(fā)展模式）在城市開發(fā)中被廣泛利用，通過土地的“立體使用”緩解城市發(fā)展過程中產(chǎn)生的交通擁堵和用地不足的模式悄然興起。

②基于這種趨勢，軌道交通車輛段設(shè)計的大型筏板基礎(chǔ)日益增多，而當前對于筏板基礎(chǔ)大體積混凝土的質(zhì)量控制仍存在諸多通病：如原材料選擇不當造成水化熱過高產(chǎn)生的裂縫、澆筑方式不正確導致的施工縫和滲漏、振搗不滿足要求出現(xiàn)的蜂窩麻面及強度不足、溫控及養(yǎng)生措施不到位造成的實體開裂等等。這些問題修補難度大且達不到理想效果，影響了建筑的耐久性與安全性。鑒于此，應(yīng)加強大體積混凝土施工質(zhì)量控制的研究，采取針對性措施確保混凝土質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

1 工程概況

重慶軌道十八號線金鰲寺車輛段運用庫建筑面積89950.25m2，層高11m，為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，一層功能為車輛段運用庫，根據(jù)變形縫共劃分為6個大區(qū)，二層功能為上蓋開發(fā)車庫。運用庫及上蓋分兩個階段實施，一階段施工至一層運用庫頂板，二階段實施上蓋結(jié)構(gòu)部分（參見圖1、圖2）。

圖1 金鰲寺車輛段總平面布置圖

圖2 運用庫筏板基礎(chǔ)平面圖

基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)，混凝土強度等級為C35，均要求一次成型澆筑。其中筏板最小幾何尺寸均大于1m，且絕大部分筏板澆筑方量達到4000m3以上（筏板參數(shù)見表1），具有施工組織難、不可控因素多、單次澆筑方量大、持續(xù)時間長、水化熱量大、病害易發(fā)生等特點，尤其是在澆筑過程中的溫度控制以及澆筑后的養(yǎng)生環(huán)節(jié)需重點把控。

表1 運用庫筏板參數(shù)

2 準備工作

2.1 攪拌站砼供應(yīng)準備

①本工程使用的混凝土為商品混凝土，供應(yīng)廠家為某大型商品混凝土攪拌有限公司，其生產(chǎn)、運輸能力為：拌合站配置3條HZS240攪拌生產(chǎn)線，日生產(chǎn)量最高可達8000m3；混凝土攪拌運輸車88輛，均配備車載北斗衛(wèi)星GPS商混專用監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控車輛運行、卸料情況。

②商混站原材料保障能力為：自有年產(chǎn)250萬噸干法旋窯水泥生產(chǎn)線2條，5000噸級水泥儲存罐6個，可保障水泥的供應(yīng)和質(zhì)量穩(wěn)定；與附近某電廠簽訂了長期供應(yīng)合同，確保粉煤灰的優(yōu)先供應(yīng)；自有4000噸級骨料儲存?zhèn)}8個，簽約附近大礦山3個，可保證骨料供應(yīng)；緊鄰外加劑廠，可隨時保證外加劑的供應(yīng)和技術(shù)支持。

2.2 施工組織準備

為保障15#筏板順利澆筑，項目部與商混站聯(lián)合成立了由40余人組成的混凝土保障中心。設(shè)置了總指揮、副指揮、現(xiàn)場協(xié)調(diào)組、技術(shù)保障組、交通疏導組、測溫測量組、試驗檢測組、安全督查組、駐站協(xié)調(diào)組、后勤保障組，同時制定了詳細的方案，明確了各組及成員的職責及分工。各組實行12小時輪班制，打造全天候后勤管理團隊，為混凝土生產(chǎn)及澆筑提供全面細致的服務(wù)[1]。

3 混凝土澆筑前的質(zhì)量控制

3.1 混凝土原材料的選用

大體積混凝土的質(zhì)量很大程度上取決于其組成原材料的質(zhì)量，因此項目部嚴格控制商混站的原材料，經(jīng)現(xiàn)場考察、抽檢取樣并反復試驗決定選用如下材料：

①水泥的選用：水泥選用P.O42.5低堿水泥，其3d水化熱值約238kJ/kg，7d約275kJ/kg，堿含量小于0.6%，為中低熱品種，性能較穩(wěn)定，早期強度較低，后期強度較高。

②摻合料的選用：摻合料選用F.II級粉煤灰，具有提升混凝土和易性，降低混凝土溫升，提高耐久性，減小變形，補償粉煤灰取代水泥所降低的早期強度等特性，在很大程度上能夠提升混凝土的性能。

③外加劑的選用：外加劑選用聚酸酸類高性能減水劑，其具有減水率高、抗壓強度比高、減少混凝土收縮、提高混凝土早期穩(wěn)定性等特點，有利于控制水泥的水化速度，延緩水泥水化熱的釋放過程；同時為減輕混凝土開裂和防滲，摻加了膨脹劑，降低混凝土收縮的影響，減少后期開裂。

④集料的選用：粗骨料選用石灰?guī)r碎石，含泥量不大于1%；細骨料選用機制砂，但經(jīng)現(xiàn)場考察，其石粉含量略大，因此在滿足可泵性前提下，盡可能降低砂率。

3.2 施工配合比的優(yōu)化

作為大體積混凝土，需在保證混凝土強度和特定技術(shù)指標的前提下，盡量降低內(nèi)部水化熱[2]，因此配合比的優(yōu)化成了關(guān)鍵所在。混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計的目的是在滿足建筑物強度及耐久性要求的前提下，配制出具有較好施工性能和經(jīng)濟性能的混凝土[3]。15#筏板在實際施工中適當減少水泥用量和單方用水量，降低水化熱，同時提高混凝土中粗粒徑碎石所占比例，以減少混凝土本身的收縮。經(jīng)試配15#筏板基礎(chǔ)混凝土確定的配合比見表2。

表2 混凝土配合比

3.3 混凝土泵車及振搗棒的布置

15#筏板澆筑方量為5132.4m3，根據(jù)現(xiàn)場條件，為縮短澆筑時間，使用了3臺52m臂架泵和1臺車載泵同時澆筑（泵車分布位置見圖3）。每臺泵車配置6臺振搗棒，根據(jù)混凝土自然流淌形成的坡度，分前、中、后各布置2臺振搗棒。

3.4 混凝土的運輸

①攪拌運輸車的數(shù)量應(yīng)通過計算合理安排并根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活調(diào)整，避免車輛積壓在現(xiàn)場時間過長影響混凝土質(zhì)量或車輛數(shù)量不足影響混凝土連續(xù)澆筑甚至形成施工冷縫。經(jīng)計算，澆筑15#筏板每臺混凝土泵車所需配備混凝土攪拌運輸車為6臺。

②因本工程毗鄰主城區(qū)，為保障數(shù)量眾多的攪拌運輸車正常通行，項目部聯(lián)合商混站成立交通疏導小組用以保障運輸通道的暢通，整個澆筑過程未出現(xiàn)因交通堵塞造成的斷料情況。

4 混凝土澆筑過程中的質(zhì)量控制

4.1 預先濕潤混凝土接觸面

因澆筑時的氣溫偏高、筏板面積較大，為避免模板和墊層吸水，影響混凝土配合比，在15#筏板澆筑前對模板和墊層進行了灑水濕潤，同時能起到一定的降溫效果。灑水時控制水量，既不能過多以免形成積水，又不能與澆筑的開始時間間隔太長起不到濕潤作用。

4.2 選擇合理的澆筑方式

混凝土的澆筑從15#筏板短邊開始，沿長邊方向自一端向另一端推進，逐層上升，全面分層[4]，每層澆筑厚度控制在400mm，邊下料邊振搗。該澆筑方法一方面方便振搗，提高混凝土澆筑質(zhì)量；另一方面使混凝土擁有較大的散熱面積，利于控制混凝土升溫的速率。

4.3 混凝土澆筑分層控制措施

為控制混凝土澆筑時的分層厚度，現(xiàn)場采取了在筏板的模板四周設(shè)置反光貼的方式來標識分層厚度，同時每隔5m還設(shè)置了一道豎向帶有分層厚度控制反光貼的鋼筋。混凝土澆筑時由專人全程盯控分層厚度。

4.4 混凝土澆筑過程中的沁水處理

15#筏板在澆筑時坡底混凝土表面出現(xiàn)了較多的沁水、浮漿，如不及時處理會影響混凝土的質(zhì)量，因此在現(xiàn)場施工中安裝了污水泵，及時抽排混凝土表面沁水及浮漿。

4.5 混凝土的振搗

大體積混凝土施工時，振搗是關(guān)鍵。既不能過振，也不能漏振，做到“快插慢拔”，每點振動的時間控制在15～20s，以混凝土表面呈水平且不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡為宜。混凝土的振搗緊跟布料進行，在振搗上層混凝土時，將振搗棒插入下層混凝土約3～5cm，使上下層混凝土能夠更好地結(jié)合。兩個振點間的距離應(yīng)為振搗棒振動有效半徑的1.5倍，以增加混凝土的密實度，減少內(nèi)部細微裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的強度和抗?jié)B性[5]。

4.6 混凝土的壓面

為避免混凝土表面產(chǎn)生風干裂縫，混凝土初凝前在其表面用木抹子及時抹壓。為解決過早無法避免收縮裂縫，過晚表面凝結(jié)無法操作的情況，現(xiàn)場對抹壓的時機進行了掌控，選擇以抹子按壓感覺有塑性狀態(tài)開始操作。同時檢查混凝土表面，對于出現(xiàn)的明顯裂縫及時進行復抹。

5 混凝土的溫度控制

大體積混凝土澆筑后的溫度變化與混凝土配合比、混凝土的入模溫度、混凝土與外部的熱交換、內(nèi)部冷卻水管的布置等多種因素有關(guān)[6]，因此施工時應(yīng)該制訂相應(yīng)的措施來進行溫度控制。上文中已經(jīng)提到的原材料選擇、配合比優(yōu)化、澆筑方式不再贅述，這里主要闡述澆筑中的內(nèi)部循環(huán)水冷卻降溫及相關(guān)的測溫措施。

5.1 內(nèi)部循環(huán)水降溫

①水泥等膠凝材料水化熱的作用使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量[7]，若不及時將熱量散出，溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫將影響筏板質(zhì)量，故15#筏板澆筑時采用了內(nèi)部設(shè)置循環(huán)水管的方式，通過冷卻水將筏板內(nèi)熱量導出，降低筏板內(nèi)外溫差，減小溫度應(yīng)力作用，并根據(jù)測溫數(shù)據(jù)通過調(diào)整冷卻水的流速來影響降溫速率，將溫度應(yīng)力控制在合理范圍。另外，本工程冷卻水來源于就近開鑿的深井，相比池水和自來水溫度更低，降溫效果更好。

②由于15#筏板采用鋼管架作為面筋支撐體系，因此為節(jié)約成本，在保證架體穩(wěn)定性的前提下直接利用了部分支撐體系所用鋼管作為冷卻水管（見圖4）。該工藝的原理為利用鋼管支撐架體自身是一個整體性的體系，只需對鋼管架體進行連通改造，就可以形成循環(huán)水降溫系統(tǒng)。具體工藝流程為：彈線、定位支撐鋼管→底層鋼筋綁扎→立鋼管及支座→搭設(shè)底層水平鋼管→水平鋼管焊接彎頭組成S形循環(huán)管道→搭設(shè)上層水平鋼管及網(wǎng)片鋼筋綁扎→通水試驗組織驗收→預埋電阻測溫線→驗收澆筑混凝土→啟動循環(huán)水管→冷卻水管壓漿封閉[8]。

圖4 支架兼做冷凝水管

5.2 混凝土的測溫

①15#筏板測溫點共設(shè)置25處。水平方向按10m間隔分前、后、左、右、中對稱布設(shè)5處測溫點，其中位于中間的測溫點選在筏板中部；垂直方向按650mm間隔分表面、中上、中心、中下、底部上下對稱布設(shè)5層，其中表面的測溫點位于筏板頂面以下50mm，底部的測溫點位于筏板墊層頂部以上50mm。

②為計算混凝土澆筑體表面與大氣的溫差，在施工現(xiàn)場設(shè)置了兩處環(huán)境溫度測溫點。

③測溫儀根據(jù)筏板上預先放置的測溫點標識牌位置分別編號，由測溫組人員每6h一次進行測溫并記錄在表，計算里表溫差及表面與大氣溫差。現(xiàn)場技術(shù)人員依此數(shù)據(jù)，采取有效措施控制升溫和降溫速率，防止裂縫。

圖5 混凝土測溫

④在測溫工作持續(xù)到第8天時發(fā)現(xiàn)混凝土表面以下50mm位置處的測溫點的溫度與環(huán)境溫度的差值持續(xù)穩(wěn)定小于20℃，隨即停止測溫，撤除養(yǎng)護層[9]。最終數(shù)據(jù)分析為：混凝土里表溫差偶爾有略高于25℃的情況，其中最大里表溫差到達28.2℃；表面與大氣最大溫差19.2℃。針對里表溫差高于規(guī)范值的情況，現(xiàn)場及時增大了冷卻水流量進行內(nèi)部降溫。總體來說測溫數(shù)據(jù)基本符合混凝土施工規(guī)范的要求，溫控效果較好。

6 混凝土澆筑后的養(yǎng)護

大體積混凝土在施工中養(yǎng)護工作尤為重要，為防止混凝土內(nèi)表溫差過大而產(chǎn)生裂縫等問題，15#筏板采取了如下保溫、保濕養(yǎng)護方法：

隨混凝土的澆筑順序，在表面初步抹平后，采取覆蓋帶水保溫養(yǎng)護法進行養(yǎng)護[10]，即在澆搗好的混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜和一層毛氈（見圖6、圖7），塑料薄膜和毛氈兼具保溫保濕作用。塑料薄膜的覆蓋要及時，邊抹平邊覆蓋，且使其緊貼混凝土表面，以減少水分的損失；毛氈在混凝土剛初凝階段覆蓋，搭接不少于50mm。在混凝土初凝中期掀開養(yǎng)護層，對可能產(chǎn)生的微裂縫予以搓壓處理。在混凝土養(yǎng)護期內(nèi)，定期在毛氈表面適量撒水，使混凝土表面始終處于潮濕狀態(tài)。

圖6 塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護

圖7 毛氈覆蓋與灑水養(yǎng)護

7 混凝土質(zhì)量檢測與評定

通過對試塊進行抗壓強度檢測、對實體進行超聲回彈檢測，其14d強度達到90%，28d強度達到100%，滿足設(shè)計指標；同時經(jīng)觀察，筏板表面無有害裂縫，無空洞和蜂窩麻面現(xiàn)象，證明15#筏板的質(zhì)量控制效果良好，認定其質(zhì)量符合設(shè)計要求。

8 啟發(fā)與建議

雖然通過上述質(zhì)量控制措施，15#筏板最終的實體質(zhì)量評定滿足設(shè)計要求，但總結(jié)整個大體積混凝土施工過程，某些環(huán)節(jié)上仍有改進空間，在此提出一些建議：

①可采用混凝土水化熱抑制劑，取消冷卻水管，既可達到大體積混凝土溫控要求，又可以減少冷卻水管的投入[11]。

②加強高效復合型外加劑的研發(fā)和使用。鑒于大體積混凝土易出現(xiàn)的諸多通病，應(yīng)有針對性的研發(fā)高效復合型外加劑，使其兼具減水、緩凝、抗收縮、防滲漏等特性，從而提高混凝土的質(zhì)量。

③加強模擬技術(shù)的應(yīng)用。通過有限元數(shù)值模擬建立了溫度場分析模型，并對有限元結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果進行分析[12]，可以預測大體混凝土溫度場及應(yīng)力場的分布與變化一般規(guī)律[13]，有效地預先判斷工程中可能出現(xiàn)的技術(shù)難點和薄弱環(huán)節(jié)，為后期指導施工現(xiàn)場采取相關(guān)的保溫和降溫措施提供了依據(jù)，從而避免混凝土早期溫度裂縫的產(chǎn)生。

④加強信息化手段的應(yīng)用。通過信息化手段對以往數(shù)據(jù)進行收集、分析，再用信息化手段控制、指導施工。將攪拌站發(fā)料時間、攪拌運輸車調(diào)配、混凝土的性能指標實時反饋與調(diào)整、漏振過振實時預警、溫度控制、應(yīng)變-應(yīng)力跟蹤監(jiān)測等環(huán)節(jié)有機結(jié)合，讓大體積混凝土的施工質(zhì)量控制更加系統(tǒng)、科學。

⑤加強大體積混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測方法的要求和推廣。雖然本工程15#筏板通過對試塊抗壓、實體回彈、外觀質(zhì)量的檢測即判定為合格，但設(shè)計中并未對混凝土內(nèi)部質(zhì)量和應(yīng)力方面的檢測做相關(guān)要求。應(yīng)在日后推廣和應(yīng)用相關(guān)檢測方法，對大體積混凝土內(nèi)部質(zhì)量和應(yīng)力上的檢測做出要求，使上部建筑的基礎(chǔ)質(zhì)量得到更全面的保障。

9 結(jié)束語

大體積混凝土施工質(zhì)量控制是一個系統(tǒng)且復雜的課題，其研究對于有效提高施工水平和推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展有深遠的意義，我們要不斷在實踐中進行優(yōu)化和調(diào)整，不斷總結(jié)提高，不斷創(chuàng)新高效、科學、合理的工藝措施，更好地為TOD項目建設(shè)打下“堅實基礎(chǔ)”。