筏板基礎大體積混凝土裂縫控制分析

摘要：混凝土澆筑過程中溫度變化明顯，一旦溫度差和溫度應力超過限制，極易發生混凝土開裂現象。基于此，基于洛陽市瀍河區中窯村棚戶區改造項目，在筏板基礎混凝土澆筑過程中布設觀測點，獲得澆筑過程中不同區域基礎溫度值和溫度應力變化規律。在此基礎上，從結構設計、原材料配合比和施工工藝三方面提出優化措施。研究表明，混凝土澆筑過程中，測點溫度先飛速增大，至某一時刻達到溫度最值，隨后溫度緩慢降低直至趨于穩定，且筏板基礎表面升溫速率最快，H區域中部容易發生裂開現象，其余部位開裂可能性較低。

關鍵詞：筏板基礎；大體積混凝土；溫度場；裂縫控制

0 引言

大體積混凝土在澆筑過程中，因水泥水解與水化作用造成內部溫度明顯變大，導致基礎發生膨脹變形。當溫度降低后，基礎又收縮，進而導致基礎混凝土產生裂縫。近年來，筏板基礎大體積混凝土開裂問題已逐漸成為當前研究熱點之一。國內眾多學者通過試驗法、數值模擬法、現場監測法等手段開展了一系列研究，并取得了豐碩成果。

郭文博[1]依托綠地星城光塔項目塔樓筏板基礎工程，以滿足筏板基礎強度前提下，設計合適混合土配合比，分析不同溫度下變形規律，提出養護、溫控等措施控制裂縫。古錚[2]以某超高層筏板基礎為研究對象，實時監測澆筑混凝土及養護過程中溫度場分布規律，進一步分析不同區域溫度差別。劉亞朋[3-4]以某筏板基礎工程為例，通過有限元軟件建立大體積混凝土模型，研究不同保溫措施以及溫度下的筏板基礎溫度場分布規律。在此基礎上，進一步通過數值手段分析筏板基礎zCtYqxNGZmhaBxEVSD+slWe5sqEqYWZpK1jVn8V8qeU=不同厚度位置的水化熱溫度場，提出最合理的溫控優化方案。馬小瑞[5]以液化天然氣低溫儲存罐大體積混凝土基礎為研究對象，通過現場實測提出了合理溫控措施，保證工程施工質量。王健等[6]基于羅馬假日商住小區筏板基礎工程，通過現場實測獲得了大體積混凝土溫度場，結合數值模擬研究不同基礎截面溫度隨時間變化規律。

本文依托洛陽市瀍河區中窯村棚戶區改造項目，通過布設觀測點，分析混凝土澆筑過程中筏板基礎不同區域溫度場規律，隨后提出筏板基礎裂縫控制措施。

1 工程概況

洛陽市瀍河區中窯村棚戶區改造項目（三期）安置房建設工程-1標建設工程，位于洛陽市瀍河區瀍澗大道與班家街交叉口東側100m路北，其中一期占地面積約87畝，建筑面積約25.03萬m2，地上建筑面積約16.3萬m2，地下建筑面積約8.73萬m2，包含26層住宅9棟、3層幼兒園1棟、3層社區服務中心1棟。地上建筑總高≤80m，容積率為2.899，綠化率33.5%。項目是瀍河區重要民生工程，可安置居民1424戶。

本工程采用復合地基上的筏板基礎，筏板厚度為1150mm。基底相對標高為-10.68m，其下施作100mm厚C20混凝土基礎墊層。基礎混凝土等級為C30，筏板底部混凝土保護層厚度為40mm。承臺、筏板基礎的施工順序為：基礎大開挖→基坑修整→CFG樁及樁頭處理→承臺、筏板基礎→基礎梁柱墻→回填土，并按“先遠后近”澆筑順序。

2 筏板基礎溫度場分析

2.1 觀測點布置

為對筏板基礎澆筑過程中溫度場進行分析，在筏板基礎不同區域布置多個觀測區域。同一觀測區域不同深度處布設觀測點，上部測點距基礎表面約5cm，下部測點距基礎底部約8cm。其余測點等間距布置。觀測點布置如圖1所示。

2.2 H位置不同測點實測溫度變化

H位置不同測點實測溫度隨時間的變化曲線如圖2所示。從圖2可以看出，隨時長增長，不同測點的溫度隨首先迅速增大，在某一時間達到溫度最值，隨后溫度緩慢降低直至趨于穩定。筏板基礎底部位移溫度降低最慢，中部位置次之，基礎表明溫度降低最快。此外，由于受到外部環境影響最為顯著，H位置表面溫度呈波動降低，其余位置溫度曲線平緩。筏板基礎底部溫度曲線最為平緩，且溫度降低速率小。

進一步觀察可知，4號觀測點溫度最值在所有測點中最大，接近80℃，8號觀測點溫度最值在所有測點中最小，約為53℃。筏板基礎表面初始升溫速率最快，最先達到溫度最值，而基礎內部達到溫度最值最為緩慢。

2.3 不同測區混凝土溫差隨時間變化

不同測區混凝土溫差隨時間變化曲線如圖3所示。從圖3可以看出，隨著時長增大，不同測區混凝土溫差先迅速增大，隨后達到溫度最值，最后緩慢降低趨于穩定。除G區域外，其他觀測區溫差曲線波動較大.分析認為，這是因為除G區域外，其他管測區基礎表面溫度變化波動大，而基礎內部溫度變化波動下。

進一步觀察可知，G區域在約155h混凝土溫差達到峰值23.8℃，滿足《大體積混凝土溫度測控技術規范》規定的限值28℃。I和J趨于在約260h出現混凝土溫差最值，分別為25.7℃和27.3℃，也均在規定限值內。H區域在約255h混凝土溫差達到峰值32℃，超過規范限值。

2.4 H觀測區基礎不同部位溫度應力變化

H觀測區基礎不同部位的溫度應力隨時間變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出，筏板基礎中間部位溫度應力最小，呈受壓狀態，基礎底面和表面溫度應力較大，受力狀態不一。隨著時長增大，基礎表面溫度應力首先緩慢增加，一定時間后，溫度應力達到最大值，隨后開始減小。

2.4.1 基礎表面溫度應力規律

在混凝土澆筑初期溫度應力為正值，呈受拉狀態。隨著溫度應力逐漸降低，溫度應力從正值轉變為負值，混凝土受力狀態也從“受拉”狀態轉為“受壓”狀態。當混凝土澆筑約62h后，混凝土溫度應力大于允許應力。在澆筑約290h后，溫度應力達到最大值9800kN/m2。混凝土溫度應力大于允許應力，一直持續到混凝土澆筑約770h。因此，在澆筑62～770h時間段基礎表面產生裂縫的可能性很大，容易導致此區域混凝土應力重分布。

2.4.2 基礎中部溫度應力規律

混凝土溫度應力（絕對值）隨時長增大逐漸增大，溫度應力為負值，可見混凝土澆筑過程中基礎中部位置一直處于受壓狀態，因此基礎中部不會發生開裂現象。

2.4.3 基礎底部溫度應力規律

混凝土澆筑初期，溫度應力為負值，且逐漸增大，在混凝土澆筑近1090h后，溫度應力轉為正值，呈“受拉狀態”。當澆筑時間超過1190h后，基礎底部溫度應力超過允許應力，基礎底部發生開裂的幾率增大。

3 裂縫控制措施

3.1 結構設計方面

一般筏板基礎底部從上至下分別布設保護層、防水層、墊層。但這種設計會導致新澆筑混凝土與它們間產生過大的摩擦力，進而影響筏板基礎及防水層。為此，優化筏板基礎，在混凝土保護層和防水層間布設一隔離層。隔離層采用塑料薄膜，厚度為0.5mm，以有效降低筏板基礎底部的約束作用，保證筏板底部自由伸展性。

3.2 原材料及配合比設計方面

大體積混凝土原材料包括水泥、石子、砂子、化學外加劑和礦物摻合料。水泥使用低熱礦渣水泥或者低熱礦渣水泥，同時施工前對水泥開展水化熱測定。石子使用非堿活性碎石這種膨脹系數小碎巖（如玄武巖、花崗巖），碎石粒徑在10～30mm最佳。為降低水泥摻入量，骨料粒徑盡可能大一點。砂子使用級配良好中粗砂，細度模數不小于2.5，含泥量不超過2%，平均粒徑宜為0.4mm。可摻入一定的減水劑，以保持混凝土和易性。為了降低水化熱，減小水泥用量，并保證足夠的強度，礦物摻合料使用粉煤灰，

優化配合比可減少混凝土水化熱，降低水泥使用量，優化后混凝土配合比如表1所示。從表1可知，細骨料選擇河砂，粗骨料選擇碎石。混凝土3d強度不低于34MPa，7d強度不低于42.1MPa，28d強度不低于47.2MPa。

3.3 施工工藝方面

澆筑混凝土應選擇低氣溫時間，并保持入模溫度。氣溫應盡量控制在7～12℃。混凝土在攪拌和澆筑過程中，應保證其散熱良好。

分層澆筑混凝土，隨后需抹面2次，以防混凝土表面出現裂紋。振搗混凝土結束后約4h應進行打磨，以保證收水裂紋閉合。

混凝土養護應選擇保溫隔熱法，采用塑料薄膜結合草袋，保溫和保濕混凝土。控制混凝土水化熱，保證混凝土滿足穩定要求，并盡快澆水，以防失水過快。

4 結束語

本文依托洛陽市瀍河區中窯村棚戶區改造項目，通過布設觀測點，分析混凝土澆筑過程中筏板基礎不同區域溫度場規律，提出筏板基礎裂縫控制措施。主要獲得以下主要結論：

混凝土澆筑過程中，筏板基礎不同部位溫度變化規律基本一致。隨著時間的增加，測點溫度先飛速增大，至某一時刻達到溫度最值，隨后溫度緩慢降低直至趨于穩定。筏板基礎表面升溫速率最快，基礎內部升溫速率最慢，且基礎內部溫度比表面溫度高。

混凝土澆筑過程中，不同測區混凝土溫差先迅速增大，隨后混滿減小。H區域混凝土溫差超過規范限制，容易發生開裂現象。

基礎表面初期溫度應力為正值，呈受拉狀態，隨著溫度應力逐漸降低，溫度應力從正值轉變為負值，且某一時段溫度應力超過允許應力，發生開裂幾率很大。基礎底部和基礎中部發生開裂可能性較低。

基于筏板基礎溫度場分析，需從結構設計、原材料配合比優化和施工工藝3個方面進行開裂控制。

參考文獻

[1] 郭文博，汪健軍，李尹，等.C50P10大體積混凝土配合比設計在塔樓基礎筏板中的應用[J].建筑結構，2022，52（S1）：2382-2386.

[2] 古錚，李盛，劉亞朋，等.超高層筏板基礎大體積混凝土溫度場分布現場試驗研究[J].材料導報，2018，32（S2）：446-451.

[3] 劉亞朋，李盛，王起才，等.筏板基礎大體積混凝土溫度裂縫控制措施分析[J].硅酸鹽通報，2018，37（8）：2562-2568.

[4] 劉亞朋，古錚，李盛，等.筏板基礎大體積混凝土水化熱溫度場數值模擬[J].混凝土與水泥制品，2018，（1）：84-88.DOI：10.19761/j.1000-4637.2018.01.019

[5] 馬小瑞.超低溫儲罐基礎大體積混凝土施工質量控制研究[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2018，50（3）：389-395.

[6] 王健，延森，王錦力.筏板基礎大體積混凝土溫度場實測與數值模擬[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2015，34 （3）：364-368.