高空大體積混凝土承臺建造施工技術的研究

湯海偉

（中建八局發展建設有限公司，山東青島 266000）

0.引言

承臺聯系樁與柱兩部分能夠承受和分布橋梁建筑墩身傳遞的垂直、水平荷載，是工程關鍵部位，是建筑工程施工過程的痛點，牽涉建筑力學、材料學和結構力學等重要領域，是十分復雜的系統性工程。現階段，高空大體積混凝土承臺在橋梁基礎工程中已經得到大范圍的采用，在建造施工過程中，由于大體積混凝土結構物實體的最小幾何尺寸不小于1m，最小斷面任意方向的尺寸不小于1m，結構厚實、鋼筋密集、混凝土設計強度等級較高且數量較多、整體一次性澆筑體積龐大、施工條件較為復雜，因而對大體積混凝土承臺建造施工的技術要求較高，必須同時滿足強度、剛度、整體性和耐久性的要求，嚴防因溫度控制不佳而產生的變形、裂縫現象。如何在高空大體積混凝土承臺建造施工過程中，防止變形、裂縫現象的產生，確保工程建造施工質量，是需要常態化研究的技術性問題，鑒于此，文章結合大體積混凝土自身特點，研究高空大體積混凝土承臺建造施工技術，主要目的在于為相關工程提供建造施工技術參考。

1.大體積混凝土材料特征

1.1 大體積混凝土材料概述

大體積混凝土（Concrete in Mass，大體積砼）是就地澆筑、成型和養護的混凝土，類似混凝土重力壩，在水利工程建筑物、港口建筑物和高空建筑深基底板、大型設備基座和重力底座結構物中較為常見。為確保混凝土結構物能夠通過結構形狀、質量強度承受建筑所傳遞的載荷，大體積混凝土必須滿足建造施工質量要求，在耐久性、抗滲性上具備足夠強度。絕對截面的尺寸大小、由于水化熱產生的溫度收縮應力能夠定性大體積混凝土[1]。一旦大體積混凝土的基礎尺寸已經達到一定標準，必須通過有效措施妥善處理高空大體積混凝土承臺混凝土內部、表面溫度所產生的溫度差異，解決混凝土因體積變化所產生的對應應力，針對明顯變形及貫穿裂縫、深層裂縫、表面裂縫等予以嚴格控制。對于不同環境條件，建筑結構裂縫最大允許數值截然不同，大多數高空大體積混凝土承臺對裂縫的允許最大數值為0.2mm。

1.2 大體積混凝土材料特征

大體積混凝土對防水面施工技術的要求較為嚴格，大多數選擇現澆鋼筋混凝土結構，有可能在收縮和溫差變化影響下，結構應力達到限制，承載力不足，產生結構性裂縫等較為明顯的問題。大體積混凝土屬于建筑結構的基礎性部分，為確保建筑結構的安全性，需要根據GB 50164-2011《混凝土質量控制標準》，在原材料質量控制、配合比控制、生產與施工質量控制、混凝土質量檢驗等環節，通過嚴格的施工質量控制手段進行混凝土質量控制。大體積混凝土往往在混凝土的用量上較為龐大，工程條件相對復雜，施工技術標準較高。一般來講，大體積混凝土的設計強度等級較高，繼而水與水泥之間的水灰比率相對巨大，這一點為變形和裂縫的產生創造了一定條件，結構物較為容易產生溫度變形。

高空大體積混凝土承臺大多數是配筋砌體結構（Reinforced Masonry Structure），鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋與構件面積間的配筋率約為0.2%，在進行建造施工過程中，需要充分考慮鋼筋對混凝土產生的作用。水泥在水化過程中需要釋放熱量，大體積混凝土因結構斷面厚度較大，因而在表面系數上相對較小，水泥所釋放的熱量大部分聚集在混凝土結構內部，不易散發，混凝土內部所產生的水化熱不能及時消解，故而堆積后產生的水化熱溫度較高，造成混凝土內外的溫度差異較大。大體積混凝土在施工階段的澆筑溫度需要經受自然溫度變化的影響，在降溫和收縮等多重作用影響下，混凝土內外溫度差值加大，溫度差越大，溫度應力越大，在較大溫度應力條件下，大體積混凝土往往容易產生較為明顯的裂縫[2]。大多數大體積混凝土的結構抗裂性較為良好，針對裂縫現象，通過混凝土澆筑施工工藝的改良有效提升抵抗開裂的性能。

2.高空大體積混凝土承臺建造施工技術難點

2.1 承臺混凝土裂縫現象

高空大體積混凝土承臺應滿足防水、抗滲性能要求的相關標準。一方面，施工單位在建造施工過程中需要嚴格把控大體積混凝土的原材料質量，需要選擇抗水化熱、抗腐蝕、抗滲透的水泥，同時滿足混凝土拌合物在泵送、澆筑性能上的要求。另一方面，施工單位需要基于混凝土原材料質量控制，對混凝土配合比設計作出科學安排，主要目的在于降低大體積混凝土的水化熱反應，防止高空大體積混凝土承臺在建造施工中出現裂縫。

2.2 承臺的基礎開裂風險

鋼筋大量應用于高空大體積混凝土承臺建造施工過程中，其配筋密度應予以滿足承臺建筑結構開裂性保護等功能性要求。由于高空大體積混凝土承臺的鋼筋分布較為密集，應用大量大尺寸鋼筋，承臺的上下層結構存在較大高度差值，極其容易出現質量控制問題，造成大體積混凝土握裹強度下滑，保護層剝落。故此，在進行高空大體積混凝土承臺建造施工過程中，需要嚴格依據承臺建造施工設計圖紙的要求，對鋼筋實施正確綁扎處理，針對鋼筋的規格、型號，利用卡尺限位，保持鋼筋整齊，防止承臺基礎產生開裂風險，合理控制鋼筋搭接的具體長度[3]。

2.3 承臺模板穩定性檢驗

承臺模板施工成為承臺外形、尺寸的直接制約因素，在具體施工過程中，施工單位需要通過科學的技術運用，保持承臺模板的穩定性。大體積混凝土在澆筑的同時，需要利用輸送泵完成拌合料的泵送處理，在拌合料輸送階段，有可能對承臺的結構模板產生巨大的側向壓力，造成模板失去穩定性。為確保承臺模板處于穩定狀態，需要依據施工質量規范性標準，通過實施科學的側向壓力值計算，確認承臺模板尺寸，便于立模施工過程中預先做出標示，保持底模焊接的平穩性。與此同時，需要進行模板穩定性檢驗，針對滲漏情況予以檢查，規避漏漿。

3.高空大體積混凝土承臺建造施工質量控制

3.1 原材料選擇

為合理控制大體積混凝土在承臺建造施工過程中所產生的水化熱反應，施工單位需要依據GB 50496—2018《大體積混凝土施工標準》中關于混凝土原材料質量控制標準，進行大體積混凝土原材料的選擇，在水泥選擇及其質量要求上應符合GB 175《通用硅酸鹽水泥》有關規定，需要選擇水化熱低的通用硅酸鹽水泥，3d水化熱不宜超過250kJ/kg，7d水化熱不宜超過280kJ/kg，一旦選用52.5強度等級的水泥時，7d水化熱宜小于300kJ/kg。在水泥進入攪拌站時，入機溫度不應當超過60℃。在細骨料的選擇上，要保持細度模數在2.2～2.3，含泥量少于3%的中砂，而粗骨料在選擇上，需要保持粒徑介于5mm～31.5mm、含泥量少于1%的碎石，粗骨料一般為非堿性的活性料體。拌合料的選擇需要使用粉煤灰和高爐礦渣粉，滿足GBT1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標準及GBT18046《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標準。在化學添加劑的選擇上需要以控制大體積混凝土需水量為目標，降低高空大體積混凝土承臺的水化熱反應，可以采用密度在±0.01g/ml內、pH值在±1.0內、砂漿堿水率在95%內的聚羧酸高效減水劑[4]。

3.2 配合比設計

大體積混凝土在配合比設計上，除應當符合現行的行業標準JGJ 55《普通混凝土配合比設計規程》所進行的規定，同時應當滿足下述要求：在高空大體積混凝土承臺采用齡期為60d或90d進行混凝土強度指標驗收時，可以將該齡期的混凝土配合比作為高空大體積混凝土承臺混凝土配合比的設計根據。在配合比設計上，混凝土坍落度（Concrete slump）不應當超過180mm，在混凝土拌合物的用水量上不應當超過170kg/m3，在粉煤灰的摻和量上，不應當超過無機、有機膠結料使用總量的50%，礦渣粉的實際摻和量不應當超過膠結料使用總量的40%。粉煤灰、礦渣粉總摻和量不應當超過膠結料使用總量的50%。每立方米混凝土的總用量與膠結料用量的比值不應當超過45%，而混凝土中，最優的砂率應當在38%～45%。

3.3 鋼筋的綁扎

在承臺所用鋼筋進行綁扎前，需要對鋼筋的參數進行核實，嚴格依據高空大體積混凝土承臺建造施工設計所規定內容進行檢驗、堆放。在鋼筋綁扎過程中，要根據綁扎要求按照合理順序和密度進行綁扎，順序按照先長、后短的要求從承臺的一側進行，在此過程中，需要使用直徑為0.711mm的22號鐵絲進行牢固綁扎。深入承臺的人工鋼筋混凝土挖孔樁采用“十字扣法”進行綁扎，在絕對和相對標高、位置和長度上，均應滿足承臺設計要求，嚴格杜絕漏綁、錯位等問題的產生。針對大體積混凝土內沿長方向所布置的受力鋼筋，需要確保搭接的接頭在位置上保持正確，采用“雙面搭接焊”的方式將接頭錯開，保證接頭的面積處于鋼筋總面積的25%，達到這一標準后，將受力鋼筋的交接位置進行牢固綁扎，規避鋼筋跳扣。在鋼筋綁扎完成后，要針對施工現場進行嚴格的檢查驗收。

3.4 澆筑和振搗

混凝土運送至高空大體積混凝土承臺建造施工現場后，施工單位需要將混凝土澆筑入模直至產生塑化，完成澆筑施工的質量控制。在澆筑施工質量控制過程中應當嚴格遵循技術操作要求，對不同澆筑環節進行控制。在澆筑過程中，混凝土自由高度不應當超過2m，在混凝土自由高度超過3m時要采取技術性措施進行干預。在大多數情況下，混凝土澆筑施工經受綜合性因素干擾的可能性較大，因此，需要施工單位針對澆筑施工流程進行合理設計，按照澆筑施工具體需求量，進行運輸安排，確保混凝土泵能夠連續性工作，假如產生故障，需要停歇45min或等待混凝土離析后，使用壓力水等方式沖洗泵管內殘土，確保澆筑施工過程中溫度不大于30℃，與此同時，為控制施工質量，需要針對收縮應力進行科學計算。在混凝土進行澆筑的過程中，針對混凝土從料口下落的自由傾落高度問題，要及時采取振搗操作確保結構質量[5]。

在振搗時需要采取分層連續方式進行，根據結構特征和鋼筋的疏密程度決定分層的高度，一般搗實混凝土的方法有插入式、表面振動式，可以通過人工進行搗固，也可以使用兩臺振搗器同時作業，為確保振搗施工過程中的混凝土堆壓現象，可以將振搗器放置于混凝土泵管的送料位置。振搗施工期間，施工單位需要對振搗時間和振搗厚度進行嚴格控制，一般振搗層的厚度為振搗器作用部分長度1.25倍左右，注意混凝土強度等級所對應的混凝土振搗間隙允許時間，假如振搗時間不足將難以滿足結構密實程度要求。

3.5 結構性養護

結束振搗后，施工單位需要按照高空大體積混凝土承臺建造施工質量控制標準進行結構性養護，可以在結構上部分進行覆蓋，保證施工溫度。在結構性養護過程中，施工單位要根據時間要求，及時進行承臺建筑工程結構的表面溫度測量，假如承臺的內外溫度差異已經超過25℃，需要通過采取及時有效的養護措施進行妥善處理，防止承臺產生裂縫等嚴重問題。為防止承臺產生裂縫，施工單位可以在混凝土中添加外加劑，或者在進行混凝土澆筑過程中，通過設置冷卻水管釋放結構內部熱量，控制混凝土內外溫度差異和溫度應力。另外，施工單位要從技術角度出發，提升承臺建筑結構的配筋率，以此防止裂縫的擴散，確保承臺建筑結構的大體積混凝土澆筑保持在較高質量水平。

4.結語

高空大體積混凝土承臺在建造施工過程中，存在承臺混凝土裂縫、承臺的基礎開裂、承臺模板失穩等技術性難點。為全面提升承臺建筑工程施工質量，促使承臺具備安全性和穩定性，施工單位可以通過原材料選擇、配合比設計、鋼筋的綁扎、鋼模板安裝、澆筑和振搗、結構性養護等環節進行施工技術的質量控制，滿足交通新基建對工程的質量需求。