大體積砼基礎防裂縫措施及冷卻管兼做鋼筋支撐架的研究

朱學海 ZHU Xue-hai

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

大體積砼在各類工程建筑施工中經常遇到，而裂縫問題一直是大體積砼基礎面臨的主要挑戰之一。裂縫的產生不僅會影響結構的耐久性和安全性，還會對工程的外觀和正常使用造成影響。因此，如何有效地防止大體積砼基礎裂縫的產生，成為了一個亟待解決的問題。本文聚焦于大體積砼基礎裂縫的成因及防治措施，提出采用優化配合比、低水化熱水泥和設置冷卻管等措施。此外，為降低成本和施工難度，本文創新性地提出將冷卻管兼做鋼筋支撐架的方案，既降溫又提高結構穩定性，并通過理論分析和實例證明其有效性和可行性。期望為大體積砼基礎的施工提供實用建議和指導。

1 工程概況

濟南市商河縣許商綜合片區（七期）棚改舊改項目C區項目位于山東省濟南市商河縣商中路以西，緯十二路以南，青年路以北，規劃路以東。該地塊主要包括15 棟民用住房、1 棟公用建筑、1 棟換熱站房、大型地下車庫、門衛、室外市政景觀配套等。

項目結構主要為剪力墻、框架結構?；A形式為筏板基礎，砼等級為C35，厚度為1.2～2.2m，屬于大體積砼，砼澆筑時會因水化熱問題產生裂縫，裂縫會破壞砼結構的整體性，導致鋼筋銹蝕，降低其承載能力和穩定性，對房屋安全構成威脅。裂縫會導致地下室滲水、漏水，給房屋使用帶來不便，同時也會影響地下室內設備的正常運行。因此，在房屋地下室筏板大體積砼施工中，需要采取有效的防裂措施，以避免裂縫的產生。

2 溫度控制指標

避免大體積砼產生裂縫的關鍵是砼溫控制，根據本項目的實際情況，提出了如下控制指標。

①砼澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于30℃；②砼澆筑塊體的里表溫差（不含砼收縮的當量溫度）不宜大于25℃；③砼澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d；④砼澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

3 筏板基礎砼熱工計算

為給控溫方案的制定提供決策依據，進行筏板基礎砼熱工計算，以獲得水化熱使筏板基礎中心位置的溫升值[1]。本項目根據常規施工時的條件和工藝參數，按《建筑施工手冊》（第四版）P613～616 頁所列公式及方法進行熱工計算，其中筏板厚度為2.2m 的中心砼澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值如表1 所示。

表1 各齡期砼中心溫升計算表

由表1 計算結果可知，砼中心溫升在齡期為3d～21d期間均超過30℃，且最高溫升達49.61℃，故需采取有效的溫升控制措施，以避免筏板基礎產生裂縫。

4 溫控措施

為確保工程質量，防止有害裂縫，采取了綜合控制措施。嚴格把關施工工藝、預拌砼質量和供應。注重原材料選擇和配合比優化，旨在提高砼性能和耐久性，減少裂縫。并對砼澆筑、振搗、養護等環節采取技術措施，確保施工過程質量穩定，為后續養護奠定基礎。以下以厚度2.2m 筏板為例進行闡述。

4.1 原材料選擇和配合比優化

4.1.1 水泥的選用

根據GB50496-2018《大體積砼施工標準》，為了降低砼中的熱量來源，我們選擇了水化熱較低的通用硅酸鹽水泥。經過比較，我們選用了海螺公司生產的P.O42.5（低堿水泥）。這種水泥的C3A 含量約為6%，具有較低的水化熱，其3 天的水化熱值約為238KJ/kg，7 天約為275KJ/kg。此外，這種P.O42.5 水泥的堿含量小于0.6%，性能穩定，早期強度較低，但后期強度較高，非常適合用于大體積砼結構。

4.1.2 雙摻活性摻合材，磨細礦粉與粉煤灰，降低水泥用量

磨細礦粉具有更細的粒度和更高的活性，將其摻入砼中，可以替代部分水泥，從而顯著降低水化熱。粉煤灰的加入則能改善砼的和易性，進一步降低砼的溫升，增強其耐久性并減少變形[2]。因此，通過摻入磨細礦粉和粉煤灰，對控制砼的內部溫度具有顯著益處。經過綜合考慮經驗及砼配合比的試驗結果，決定采用S95 級磨細礦粉和標準Ⅱ級粉煤灰，確保其各項技術指標均符合相應的規范要求。

4.1.3 摻入高性能膨脹劑

通過摻入膨脹劑，配制了補償收縮砼，不僅補償了砼的收縮，還減少了水泥用量，降低了水化熱。該措施能使本工程的砼內部最高溫度降低大約3～5℃，對控制最大溫升值非常有利。本項目選用了高性能的SECA-I 型膨脹劑，其內摻量為8%。這種膨脹劑的特點是堿含量低、膨脹效率高，非常適合本工程的需求。

4.1.4 摻入高性能聚羧酸減水劑

摻入聚酸酸類高性能減水劑，為第三代砼外加劑，具有減水率高，抗壓強度比高，砼收縮率比平均值為102%[3]，砼體積早期穩定性有較大提高等特點。本工程筏板砼施工采用該類外加劑控制水泥的水化速度，延緩水泥水化熱的釋放過程，還使砼在8～12h 以內具有可塑性。通過延長砼凝結時間，不僅可以使得砼有更長時間散熱，有效避免內部溫度過高，從而確保砼強度和耐久性。此外，還能確保砼在長時間內保持良好的工作性（流動性、可塑性和穩定性），從而提高澆筑質量。更重要的是，延長凝結時間可以減少因砼快速凝結和收縮導致的裂縫產生，進一步保證工程質量。

4.1.5 嚴控粗細集料的質量

嚴控粗細集料的質量。細集料除了滿足相應國家標準的要求外必須嚴格控制含泥量和細度模數，粗集料除了滿足相應國家標準的要求外必須嚴格控制含泥量、泥塊含量和壓碎指標。本工程砼的細集料采用全機制砂，并嚴格控制機制砂的綜合細度模數2.6±0.2，MB 值≤1.4。采用5～10mm、5～25mm 兩種石灰石碎石搭配，根據筏板鋼筋布置情況調整比例，并確保壓碎指標低于10%，含泥量不超過1.0%。

4.1.6 優化配合比

根據本工程砼的技術要求和原材料特性，科學調整施工配合比，在保證質量前提下，嚴格控制水泥用量和單方用水量，以降低水化熱。在滿足泵送砼施工要求的同時，提高了砼中粗粒徑碎石的比例，有助于減少砼自身的收縮，通過試配及試生產決定采用的配合比如表2 所示。

表2 優化后的C35 配合比（重量單位：kg）

根據計算上述C35 砼配比計算各齡期的筏板中心砼溫升如表3 所示。

表3 各齡期砼中心溫升計算表

由表3 計算結果可知，采取的系列溫控措施取得了一定的效果。但砼中心溫升在齡期為3d～18d 期間還是超過30℃。

4.2 冷卻管降溫

盡管在原材料和配合比等方面采取了預防措施，但筏板內部的溫升仍然較高，且與環境溫差較大，超出了25℃的規范要求。為了解決這個問題，計劃采用降溫效果顯著的埋設冷卻管降溫方法?？紤]到本項目筏板基礎的厚重以及其鋼筋骨架的高大，需單獨設置支撐架，這無疑增加了施工成本。而埋設冷卻管通常使用導熱效果好的鋼管?？紤]到鋼管具有優良的承載力、剛度及穩定性，決定使用鋼管作為鋼筋骨架的支撐架，同時作為循環水降溫系統的通水管。這樣的解決方案既有效地解決了筏板內部溫度過高的問題，又合理地利用了資源，降低了施工成本。設計方案如下：

4.2.1 鋼筋支撐架結構設計

由于鋼筋支撐架需要承受巨大的載荷，因此，首先根據工程的特點和方案要求，對支撐鋼筋的鋼管架體進行了設計和承載能力計算。明確了支架的步跨和立桿的縱橫間距，并繪制成詳細的圖紙。作為對鋼管架體進行改造，以適應冷卻管系統的深化設計的依據。

4.2.2 鋼管支撐架循環水降溫系統設計

2.2 m 厚筏板采用多排水平桿的鋼管支撐架，選擇支撐架體系的一根立桿作為冷水輸入管，掃地桿及中部各水平桿作為循環水降溫管，再連接至另一側的立桿作為熱水輸出管。降溫管每4 跨設置成一個系統，頂部水平桿不作為循環水降溫管。鋼管支架循環水降溫系統大樣設計見圖1、圖2。

圖1 鋼管支撐架循環水降溫系統大樣剖面圖

4.2.3 連接的結點設計

連接所用的套管、彎管采用內徑50mm，壁厚3mm 的鋼管，套管長度200mm。套管、彎頭處采用400mm 長C10鋼筋焊接固定，以保證架體穩定，焊接完成后用膠帶纏繞覆蓋，防止砼水泥漿滲入管內，連接點構造如圖3 所示。

圖3 連接結點的構造

4.3 在砼澆筑、振搗、養護等環節采取的抗裂縫技術措施

①采用斜向分層推進式澆筑法，每層砼的厚度不超過500mm。這種方法既方便振搗，保證澆筑質量，又能利用砼層面散熱，降低溫升[4]。需注意，層面間隔時間需在初凝時間之內，避免形成施工縫。②施工前需了解近期氣象情況，避免極端天氣影響，并提前做好應對措施。③澆筑時做好保溫保濕工作。澆筑完成后立即用塑料膜或彩條布覆蓋保濕養護。根據砼凝結情況，適時揭開塑料膜進行二次處理，處理完后再次覆蓋塑料膜。在砼終凝后，在塑料膜或彩條布上鋪蓋草墊，構成保溫層和均溫層。因需控溫養護，采取搭設擋風控溫棚，設置加溫設施并根據溫度變化適時調整，確保筏權砼塊體內外溫度差不超過25℃，保證各段溫度的均勻性。④水泥水化熱釋放主要集中在1～3 天齡期，但溫度檢測和保溫養護時間不得少于7 天。后期保溫養護過程中，砼表面保持濕潤狀態。⑤保溫養護完成后，逐步降低溫度并嚴格控制降溫速度在1.5℃/d 以內，以防出現貫穿性裂縫。⑥本工程使用補償收縮砼，摻入適量高性能的SECA-I 型膨脹劑，生成大量膨脹性結晶水化物水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），使砼適度膨脹。建立預壓應力以抵消收縮產生的拉應力，從而避免或減輕開裂。鈣礬石的生成需要大量水，因此砼硬化12～24h 后進行澆水養護，養護時間不得少于14d。

5 溫度量測監控

為了有效控制砼澆筑后的溫度和內外溫差，需要在澆筑前預埋測溫元件。以監測砼內部溫度，確保溫度梯度在規范范圍內。精確測溫不僅有助于了解砼內部溫度和各部位溫差，還可以優化養護周期，加快施工進度并節約成本。測溫時，需要關注的時間點、砼水化熱即時溫度、內表溫差、溫降速率和大氣溫度等都是重要的監測內容。

測溫方法包括預埋測溫探頭監測點和配合使用的測溫儀。采用C10 鋼筋作為預埋桿，并在每個測點上固定三個測溫探頭。監測布點遵循中心軸線原則，并兼顧均勻與重點布點。每個測桿分為上、中、下三個測點，具體位置為：上測點距砼上表面50～100mm，中測點位于筏板中心，下測點距砼下表面50～100mm。同時設置大氣溫測點以獲取更全面的數據。

通過觀察圖4 的溫度變化曲線圖，可以清晰地看到，各時段的溫控數據均達到了預期的溫控目標參數要求。這一結果充分證明了所采取的措施是行之有效的，并且具有很高的可行性。

圖4 溫度測量及典型測溫點溫度變化曲線圖

6 結束語

本文對大體積砼基礎防裂縫措施及冷卻管兼做鋼筋支撐架進行了深入的研究。通過分析裂縫產生的原因，提出了多種有效的防裂縫措施。在此基礎上，進一步探討了利用冷卻管兼做鋼筋支撐架的方案，為解決裂縫問題提供了一種新穎的思路。通過理論分析和工程實例，證明了這些措施的有效性和可行性。希望本文的研究成果能夠對同類工程提供一定的借鑒和參考價值。