大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工研究

鐘 苑

(廣東嘉華建設(shè)工程有限公司,廣東 梅州 514000)

0 引 言

當(dāng)前,高層建筑在我國(guó)建筑行業(yè)中占有重要比例,人們對(duì)于高層建筑施工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。對(duì)于高層建筑而言,基礎(chǔ)底板是影響建筑施工安全性與施工質(zhì)量的核心因素。通過(guò)大量案例分析發(fā)現(xiàn),大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工技術(shù)完成基礎(chǔ)底板澆筑工作。根據(jù)相關(guān)施工技術(shù)要求,此次研究中將混凝土澆筑后水化熱產(chǎn)量大的混凝土結(jié)構(gòu)定義為大體積混凝土,此部分混凝土結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行優(yōu)化與完善后,才能進(jìn)行后續(xù)的施工環(huán)節(jié)[1,2]。大體積混凝土大部分施工成本較高,因此受到了社會(huì)各界的關(guān)注。由于施工環(huán)境的特殊性,大體積混凝土極易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,影響施工結(jié)果的力性能。特別在城市化高速發(fā)展的今天,混凝土基礎(chǔ)底板的施工過(guò)程中需要在原料中添加大量的摻和料,此種配比方案引起膠凝材料水化,形成熱源,造成混凝土產(chǎn)生裂縫。

針對(duì)上述問(wèn)題,我國(guó)部分專(zhuān)家進(jìn)行了深度研究。此次研究將在大量專(zhuān)家學(xué)者研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,綜合分析相關(guān)案例的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),全方位探究大體積混凝土基礎(chǔ)底板溫度控制以及抗裂問(wèn)題[3,4]。針對(duì)混凝土水化熱問(wèn)題,提出大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工技術(shù),細(xì)化各個(gè)施工環(huán)節(jié)。希望此次研究中提出的基礎(chǔ)底板施工技術(shù)可以為高層建筑建設(shè)工程提供參考意見(jiàn),以進(jìn)一步提升基礎(chǔ)底板的施工質(zhì)量,保證高層建筑的施工安全性。

1 施工工程概況

1.1 施工背景

此次研究選擇某位于城市中心的廣場(chǎng)工程作為研究背景,此廣場(chǎng)總建筑面積為30 9541m2,地下面積為50 041m2。此建筑由50層塔樓(300.15m)、5層裙房(21.25m)以及3層地下室組成。塔樓采用鋼框架-核心結(jié)構(gòu),裙房采用框架結(jié)構(gòu)。此建筑建成后將成為城市中心標(biāo)志建筑物,是一座集多種功能為一體的綜合性建筑。在建筑設(shè)計(jì)時(shí),將建筑基坑長(zhǎng)度設(shè)定為145.2m,寬度設(shè)定為110.5m?；A(chǔ)底板施工總面積為10 400m2,基礎(chǔ)形式采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)底板厚度為3.50m,坑深22.0m?；A(chǔ)底板混凝土用量約為25 000m3。

1.2 施工技術(shù)要求

根據(jù)當(dāng)前施工工程設(shè)計(jì)參數(shù),以及大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工特點(diǎn)[5,6],提出此工程項(xiàng)目施工技術(shù)要求:

(1) 考慮到混凝土施工質(zhì)量以及水化要求,混凝土總用量不得少于300kg,混凝土原材料中水泥用量為混凝土總用量的2/3;

(2) 混凝土基礎(chǔ)底板強(qiáng)度設(shè)定為C40,抗?jié)B等級(jí)設(shè)定為1.5MPa,水膠比小于0.5,抗壓強(qiáng)度大于50MPa;

(3) 在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí),初始溫度與澆筑后溫度的溫差要低于40 ℃,混凝土表里溫度差不得大于20 ℃,混凝土澆筑降溫速度不得大于2.5 ℃/d,混凝土澆筑體表面與大氣溫度差不得大于25 ℃。

根據(jù)上述提出的施工技術(shù)要求,選擇施工原材料,制定施工用混凝土配合比(雙摻)方案,設(shè)定施工環(huán)節(jié)完成大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工過(guò)程。

2 大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工過(guò)程

2.1 原材料選用

在混凝土施工過(guò)程中,水泥對(duì)混凝土建筑物理力學(xué)性能具有十分關(guān)鍵的影響。[7]在進(jìn)行大體積混凝土施工時(shí),基礎(chǔ)混凝土的水化熱相對(duì)較高,對(duì)于基礎(chǔ)底板的耐熱性影響較大,極易出現(xiàn)裂縫。因此,需要在基礎(chǔ)混凝土中按照合適的比例添加一定的摻和物,在一定程度上提升混凝土的性能,降低混凝土水化熱。對(duì)大量的混凝土配比方案進(jìn)行分析,在此次研究中選擇二級(jí)粉煤灰、礦渣等材料對(duì)混凝土的配比方案進(jìn)行優(yōu)化,以此降低混凝土水化熱。具體施工用混凝土配比(雙摻)方案設(shè)定見(jiàn)表1。

表1 施工用混凝土配比(雙摻)

如表1所示,此次研究中共提出三種施工用混凝土配比(雙摻)方案,并在此三種方案中選取最佳原材料配比方案。根據(jù)以往研究結(jié)果,將坍落度、擴(kuò)展度以及抗壓強(qiáng)度[8]作為配比方案的性能參數(shù),通過(guò)對(duì)比上述性能參數(shù),確定最佳混凝土配比,具體性能參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土配合比性能參數(shù)

除表2性能參數(shù)外,在配比設(shè)計(jì)方案中,盡可能降低施工結(jié)構(gòu)的水化熱,以避免出現(xiàn)混凝土升溫導(dǎo)致的混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。對(duì)比表2中內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn),HNT-02與HNT-03不具備經(jīng)濟(jì)效益且HNT-02與HNT-01方案的性能參數(shù)較為接近,因此在此次研究中選取HNT-01作為原材料配合比。

2.2 基礎(chǔ)底板施工工藝優(yōu)化

此次研究中不對(duì)常規(guī)施工方案內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,僅對(duì)施工中的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行處理。具體基礎(chǔ)底板施工工藝如下所示。

2.2.1 混凝土攪拌

當(dāng)前的混凝土攪拌工藝,使水分與原料外部直接結(jié)合,降低了原料硬化后混凝土的粘合度,降低了基礎(chǔ)底板的力學(xué)功能。因此,在此次研究中提供優(yōu)化混凝土攪拌工藝的方式,提升混凝土的拉伸度,降低混凝土的收縮力,提升施工質(zhì)量,避免基礎(chǔ)底板出現(xiàn)裂縫。

在進(jìn)行混凝土攪拌時(shí),運(yùn)行新型攪拌技術(shù),避免水分集中與原料接觸,縮短混凝土硬化時(shí)間,提升混凝土結(jié)構(gòu)的緊密程度以及原料之間聯(lián)系性,為基礎(chǔ)底板施工提供優(yōu)質(zhì)混凝土基礎(chǔ)。

2.2.2 混凝土澆筑施工管理

由于施工工程項(xiàng)目相對(duì)過(guò)大,采用一次性澆筑技術(shù)會(huì)在施工完成后產(chǎn)生較大的溫差變化,進(jìn)一步加速基礎(chǔ)底板裂縫的產(chǎn)生速度。因此,在此次研究中采用分層分段式澆筑技術(shù)完成基礎(chǔ)底板的澆筑工作。

在混凝土進(jìn)入施工環(huán)節(jié)后,施工人員必須在第一時(shí)間參與到混凝土的澆筑工作中。按照相應(yīng)的施工技術(shù)規(guī)范,控制澆筑工作中的全部環(huán)節(jié)。為保證混凝土澆筑效果,應(yīng)注重下述幾個(gè)問(wèn)題:

(1) 在混凝土澆筑過(guò)程中,施工單位必須保證施工作業(yè)的合理性,科學(xué)安排施工順序;

(2) 施工前應(yīng)確定施工所需材料、車(chē)輛以及管道鋪設(shè)情況;

(3) 按照預(yù)設(shè)澆筑順序完成澆筑過(guò)程,如施工時(shí)環(huán)境溫度超過(guò)30 ℃,停止施工,避免由于大氣溫度導(dǎo)致施工質(zhì)量下降的問(wèn)題出現(xiàn)。

2.2.3 混凝土二次振搗

在混凝土的澆筑過(guò)程中,施工環(huán)境的坡度對(duì)于基礎(chǔ)底板澆筑的平整度以及抗壓強(qiáng)度造成影響。[9]因此,為保證施工質(zhì)量符合技術(shù)要求,此次研究將選擇兩臺(tái)振搗器同時(shí)工作,避免出現(xiàn)堆積。與此同時(shí),保證料泵運(yùn)行的穩(wěn)定性,以提高澆筑送料速度。在施工時(shí)科學(xué)地控制振搗時(shí)間,確?；炷撩芏纫约皩?shí)度。由于大體積混凝土基礎(chǔ)底板鋪攤較長(zhǎng),在澆筑的過(guò)程中同時(shí)振搗,振搗順序設(shè)定從坡腳到坡中部,振搗棒插入澆筑成品70mm,并灌入10mm混凝土,保證每層混凝土中不會(huì)出現(xiàn)施工縫。在對(duì)大量的施工案例進(jìn)行分析后,將振搗時(shí)間嚴(yán)格控制在30秒左右。

2.2.4 基礎(chǔ)底板施工后養(yǎng)護(hù)

基礎(chǔ)底板澆筑完成后,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)。此次施工項(xiàng)目選擇保溫法與保濕法[10]相融合的養(yǎng)護(hù)方式,在基礎(chǔ)底板表面覆蓋塑料薄膜,并在此薄膜上方覆蓋保護(hù)材料對(duì)基礎(chǔ)底板進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。在澆筑施工完成24h內(nèi),對(duì)其進(jìn)行溫度、濕度檢測(cè)。同時(shí),設(shè)定防護(hù)欄,以避免踩踏。當(dāng)混凝土表面溫度與施工環(huán)境溫度差控制在15 ℃左右時(shí),拆除保溫保濕材料,自然風(fēng)干。養(yǎng)護(hù)工作中的測(cè)定操作每隔4h進(jìn)行一次,當(dāng)混凝土表面溫度與施工環(huán)境溫度差達(dá)到預(yù)設(shè)要求時(shí),結(jié)束測(cè)溫工作。

3 應(yīng)用案例分析

3.1 測(cè)試區(qū)域劃定

選取廣場(chǎng)工程某小區(qū)域作為本文技術(shù)的操作范圍,為便于施工操作且不對(duì)廣場(chǎng)施工效果造成影響,施工操作范圍劃定為20m×10m大小。與此同時(shí),將其區(qū)域劃分為5個(gè)測(cè)試區(qū),測(cè)試區(qū)劃分結(jié)果如圖1所示。

圖1 施工測(cè)試區(qū)域劃分

應(yīng)用本文技術(shù),完成此區(qū)域施工過(guò)程。并在每個(gè)測(cè)試區(qū)域安裝溫度傳感器以及抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀,對(duì)施工后基礎(chǔ)底板進(jìn)行測(cè)溫與抗壓強(qiáng)度測(cè)量,通過(guò)基礎(chǔ)底板溫度變化以及混凝土基礎(chǔ)底板力學(xué)性能,判定本文提出的施工技術(shù)是否可以有效控制基礎(chǔ)底板裂縫問(wèn)題,以確定文中技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.2 混凝土基礎(chǔ)底板溫度變化分析

在此次測(cè)試中,將測(cè)溫周期設(shè)定為20d。每隔2d使用溫度傳感器獲取測(cè)試區(qū)域的溫度數(shù)值,統(tǒng)計(jì)測(cè)試區(qū)域溫度變化曲線(xiàn),具體內(nèi)容見(jiàn)表3。

表3 測(cè)試區(qū)域混凝土溫度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出,本文施工技術(shù)使用后,在測(cè)溫周期中各個(gè)測(cè)試區(qū)域溫度變化較為一致,升溫與降溫過(guò)程較為平緩。此測(cè)試結(jié)果表明,本文施工技術(shù)在一定程度上可以控制混凝土水化熱,避免基礎(chǔ)底板施工后出現(xiàn)溫度激增或激降的情況,以進(jìn)一步避免溫度型裂縫出現(xiàn)問(wèn)題。

3.3 混凝土基礎(chǔ)底板力學(xué)性能分析

在混凝土基礎(chǔ)底板溫度變化測(cè)試分析過(guò)程中,每隔5d對(duì)測(cè)試區(qū)域的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定,以此確定施工后基礎(chǔ)底板的力學(xué)性能。

對(duì)表4中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得出,應(yīng)用本文施工技術(shù)后各測(cè)試區(qū)域抗壓強(qiáng)度穩(wěn)步增加。當(dāng)測(cè)試周期完成后,抗壓強(qiáng)度大于50MPa,滿(mǎn)足預(yù)設(shè)施工技術(shù)要求。與此同時(shí),根據(jù)表4中數(shù)據(jù)可以確定本文施工技術(shù)在應(yīng)用可有效提升基礎(chǔ)底板的抗壓能力,避免出現(xiàn)由于壓力過(guò)大造成的底板裂縫,進(jìn)一步提升基礎(chǔ)底板施工質(zhì)量。將此環(huán)節(jié)測(cè)試結(jié)果與測(cè)試區(qū)域混凝土溫度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行融合分析可以確定,本文施工技術(shù)可針對(duì)當(dāng)前基礎(chǔ)底板施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行完善與優(yōu)化,提升基礎(chǔ)底板施工效果,保證高層建筑底端穩(wěn)定性。

表4 測(cè)試區(qū)域混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前大體積混凝土基礎(chǔ)底板施工過(guò)程中水化熱控制能力較差,造成混凝土溫度變化波動(dòng),形成大量溫度化裂縫的問(wèn)題展開(kāi)此次研究,并提出了部分具有針對(duì)性的解決方案。在日后的高層澆筑施工項(xiàng)目中,應(yīng)用新型施工技術(shù),可確保施工技術(shù)的安全性與完整性,嚴(yán)格控制施工全過(guò)程,保證施工質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大體積混凝土施工技術(shù)的發(fā)展。