大體積混凝土工程施工技術(shù)探討

莊進杰

摘要：近年來，隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，大體積混凝土得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如混凝土大壩、高層建筑的地下室混凝土底板都是用大體積混凝土澆筑而成的。本文對大體積混凝土的施工工藝及質(zhì)量控制進行探討。

關(guān)鍵詞：地下室；大體積混凝土；溫度控制；施工技術(shù)

Abstract: in recent years, with the rapid development of the construction industry, mass concrete have been applied more and more, such as concrete dam, high-rise building is the basement of the concrete slabs with mass concrete casting and become. In this paper, the mass concrete construction technology and quality control are discussed.

Key words: the basement; Mass concrete; Temperature control; Construction technology

中圖分類號：TV544+.91文獻標(biāo)識碼：A文章編號：

大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于lm以上，施工時必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理水化熱引起的混凝土內(nèi)外溫度差，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開展的混凝土結(jié)構(gòu)。其施工特點是：整體性要求比較高，要求連續(xù)澆筑；結(jié)構(gòu)的體量較大，澆筑混凝土后形成較大的內(nèi)外溫差和溫度應(yīng)力。

1．工程概況

本工程主樓地下室基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁整板基礎(chǔ)，整體呈扇形，面積約為2330㎡，整體厚度達(dá)到2.6m，核心筒局部厚度達(dá)到8.2m，一次砼澆筑總方量為7733m3（其中底板板低標(biāo)高以下砼方量為1500m3），其強度等級為C35 (P6)，導(dǎo)墻為C55 (P6)。主樓底板如下圖所示。

2．工程難點

①、為了保證底板有較好的受力性能，設(shè)計要求一次性連續(xù)澆筑砼，施工難度較大；

②、底板底板配筋為Ф28@150，上下各三層雙層雙向，中間位置設(shè)置了

2．工程難點

①、為了保證底板有較好的受力性能，設(shè)計要求一次性連續(xù)澆筑砼，施工難度較大；

②、底板底板配筋為Ф28@150，上下各三層雙層雙向，中間位置設(shè)置了＆14@200雙向溫度筋。由于底板標(biāo)高不一，錯落布置，加筋較多，形似蜂窩，無法簡單分層分段，砼澆筑室自然流淌通過阻力大，澆筑困難；

③、施工時時值初夏日夜溫差大，施工時溫差較大；

④、本工程地處市中心，場地狹小無車輛回旋場地，交通線路單一，施工組織困難，澆筑進度控制難、物料連續(xù)供應(yīng)困難；

⑤、導(dǎo)墻強度等級高，長度長極易產(chǎn)生裂縫。

3．大體積砼施工控制

3.1砼原材選用

1、水泥：選擇42.5R強度等級普通硅酸鹽水泥，為了降低水泥熱量，所用水泥提前全部用船運，利用河水降溫后，再輸送到儲料罐。

2、骨料：石料采用溧陽巨凝礦山上二次破碎好的顆粒級配為5-20mm連續(xù)粒徑碎石，含泥量控制在1%，在澆筑前會用地下水沖洗降溫，砂采用長江天然砂，為II區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5，含泥量同時控制在1%以內(nèi)。

3、摻合料：砼配制采用雙摻法，粉煤灰取代水泥用量150%，礦粉取代水泥總量的20%，砂率降為38%，粉煤灰為國電生產(chǎn)II級灰，細(xì)度不大于2.50，燒失量不大于8%，需水量不大于105%，三氧化硫含量不大于3%，含水量不大于1%，游離氧化鈣含量不大于1%，礦粉采用S95級超細(xì)礦渣粉。

4、外加劑采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCAR（II）聚酸，高性能減水劑，減水率≥25%，緩凝時間在10小時以上。

3.2砼的配合比

本工程砼配合比以最大限度的減少砼自身引起裂縫的概率，同時為了降低砼的早期升溫，經(jīng)科學(xué)的設(shè)計計算，經(jīng)過試配，進行優(yōu)化，綜合工程具體施工進度要求，確定不追求砼的早期強度，以60天強度評定標(biāo)準(zhǔn)，確定多個配比，并于2008年5月2日召開專家論證會，根據(jù)會議結(jié)論，確定配比如下表：

3.3施工計算

1、砼溫度計算

底板周邊沒有任何散熱和熱損失條件，水化熱全部轉(zhuǎn)化成溫升后的溫度值；砼澆筑時氣溫25℃，入模溫度按28℃考慮；在砼表面覆蓋麻袋作為保溫層；砼在3-3.5d的水化熱為峰值，取3d砼溫度；2.6m厚底板溫度計算如下：

①、3d最大水化熱絕熱溫升值

Tmax=（ mc +K.F）Q /(c.β)=（233+0.3×54）×461/（0.97×2339）=50.6℃

②、3d砼內(nèi)部實際最高溫度

Tmax=TO+T（t）ξ=28+50.6×0.66=61.4℃

查表，得ξ=0.66

③、砼表面溫度(采用60mm厚麻袋加兩層薄膜保溫養(yǎng)護)

Tb(t)=Ta+（4/H2）h(H- h)△T（t）=25+（4/3.42）×0.4×（3.4-0.4）×36.4=40.1℃

④、溫度差計算

砼內(nèi)部溫度與表面溫度之差：Tmax -Tb=61.4-40.1=21.3<25℃

砼表面溫度與大氣溫度之差：Tb- TO=40.1-25=15.1<25℃

表面溫差及砼梯度都能滿足要求。

⑤、砼所需要保溫材料厚度計算

δ=0.5λH(Tb-Tq)Kb/[λ1(Tmax-Tb)]

=0.5×0.14×2.6×(40.1-25)×1.3/[2.3(61.4-40.1)]

=0.073m

通過理論計算，采用面鋪73mm麻袋上下各加一層塑料薄膜進行砼養(yǎng)護時，其內(nèi)、外部溫差值可控制在25℃以內(nèi)。

同理對電梯井部位溫度計算:3d最大水化熱絕熱溫升值為50.6℃；內(nèi)部實際最高溫度78.6℃；表面按200mm厚麻袋及上下各一層薄膜保溫養(yǎng)護，其溫度為56.5℃，砼表面溫度與大氣溫度之差大于25℃，對保溫厚度計算確定460mm厚滿足要求。

2、混凝土裂縫控制計算(依據(jù)<<建筑施工計算手冊>>)

①自約束裂縫控制計算

由于溫差產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力和壓應(yīng)力由下式計算:

；

3d齡期的抗拉強度公式:

結(jié)論：因內(nèi)部溫差引起的拉應(yīng)力小于該齡期內(nèi)混凝土的拉抗強度值，所以滿足要求。

②澆筑前裂縫控制計算

混凝土因外約束引起的溫度(包括收縮)應(yīng)力(二維時),一般用約束系數(shù)法來計算，最大降溫收縮應(yīng)力按以下簡化公式計算:

砼3d齡期的抗拉強度為0.77N/mm2，則抗裂縫安全度:k=0.77/0.35 = 2.17 > 1.15，滿足抗裂條件。

3、泵送砼澆筑供應(yīng)量計算

泵送砼在兩條澆筑邊界之間及上下層之間必須在砼初凝前連續(xù)澆筑，不得出現(xiàn)冷縫，因此砼澆筑供應(yīng)量要滿足以下要求：

4、電梯基坑與整體大底板開始澆筑時間計算

本工程電梯基坑面積大且較深，為延緩大體積砼澆筑速度，釋放部分水泥的水化熱，防止電梯井筒一次澆筑造成模板上浮或位移，結(jié)合砼澆筑時會產(chǎn)生自然流淌，同時考慮砼澆筑連續(xù)進行且不產(chǎn)生冷縫，進行了電梯基坑與整體大底板澆筑開始時間的計算。

電梯基坑在-10.150m以下部分的方量約為1500m3，該部分分為三個澆筑層，每澆筑層之間做適當(dāng)間歇，現(xiàn)場考慮三臺泵進行澆筑，完成該部位的砼澆筑所需時間為：T=V/R=1500/120=12.5h

建筑物東側(cè)端頭起始部位可澆筑且不會發(fā)生大面積流淌的總體方量約為450 m3，完成該部位的澆筑考慮采用兩臺泵，計劃完成時間為：T=V/R=450/80=5.6h

考慮砼初凝時間大于10h，電梯基坑砼分層澆筑時每層完成后停歇3-4小時，現(xiàn)場澆筑時間做如下安排：

電梯基坑砼開泵先安排兩臺汽車泵及一臺地泵，在澆筑至-13.75m后，只留一臺汽車泵繼續(xù)澆筑，將另一臺汽車泵及一臺地泵延伸至大底板東側(cè)開始進行大底板的澆筑，該兩臺泵在澆筑4小時后，再移至電梯基坑集中澆筑，在完成電梯基坑的-11.75標(biāo)高的砼澆筑后，開動所有砼泵，三臺地泵繼續(xù)從東邊澆筑，兩臺汽車泵繼續(xù)進行電梯基坑部位的澆筑。

3.4砼計量、生產(chǎn)、運輸?shù)目刂?/p>

1、計量控制，要求每一班稱量前，均對所有儀器設(shè)備進行檢查，用實物進行較正。

2、原材料每盤控制偏差為：水泥、水、粉煤灰、礦粉，PCA外加劑±1%，砂、石±2%。

3、生產(chǎn)過程中對石子進行沖洗，同時考慮砂的含水率不具連貫性，要求每一班至少兩次測定骨料的含水率，當(dāng)含水率有變化時，立即調(diào)整配合比，在拌作過程中嚴(yán)格控制時間，同時測定每機的坍落度、和易性，從嚴(yán)把關(guān)，不允許不合格砼出站。

4、砼運輸控制：運輸時間控制在60min內(nèi)，如到澆筑的時間超過120min停止使用，同時嚴(yán)格要求砼離站后不得加入水等任何材料，并根據(jù)施工環(huán)境的氣溫，中午用地下水對砼車進行沖洗降溫，現(xiàn)場嚴(yán)格測定每車澆注時的坍落度，坍落度大于設(shè)計要求的作退貨處理。

3.5砼澆筑控制

電梯基坑與大底板澆筑起始時間見上節(jié)，整體大底板砼澆筑分為四條澆筑帶，均采用斜面分層澆筑，由低向高，循序推進，逐步到頂。考慮到砼的流淌性，由于整個基坑形式碗狀，基底標(biāo)高變化較大，錯臺較多，從而造成分層澆筑困難，為了有效解決這一問題，充分綜合考慮計算砼流淌的速度、每臺泵的澆筑速度、各區(qū)的砼量，采用分區(qū)布泵，分批開泵，控制開泵的時間差，來達(dá)到分層澆筑的目的，從而確保每層厚度不大于500mm，保證砼早期沉實，簡化了砼的泌水處理，減少泵管的拆除、接長、沖洗，同時保證上下層澆筑的間隙不超過砼的初凝時間，確保不形成冷縫。

3.6砼的養(yǎng)護

砼的養(yǎng)護在于保溫、保濕，控制砼的內(nèi)外溫差，防止大體積砼出現(xiàn)裂縫，通過熱工計算，并參照成功的范例，整體采用表面鋪設(shè)相應(yīng)厚度麻袋及上下各一層薄膜（下層薄膜下設(shè)補水管）保溫養(yǎng)護；電梯井道基坑內(nèi)采取蓄水養(yǎng)護，并分區(qū)由專人負(fù)責(zé)，養(yǎng)護期不離人，鑒于施工養(yǎng)護期間天氣溫差較大，隨時根據(jù)測溫情況進行增減和補水工作。此外重點加強墻柱插筋部位、導(dǎo)墻等養(yǎng)護薄弱部位的保溫，采用包裹薄膜塞麻袋，掛草簾防止局部散熱降溫過快。

4．測溫監(jiān)測

本工程混凝土溫度監(jiān)測采用JDC-2型建筑電子測溫儀及配套測溫元件，共布置了10個測位，豎向5-13層，共計76個測溫點。

監(jiān)測頻率及周期：澆筑期間及澆筑后1-5天，每2小時測溫一次； 6-10間每3小時測溫一次；11-15天間每4小時測溫一次；16-21天間每6小時測溫一次；22天后每12小時測溫一次；直到砼內(nèi)外溫差小于15℃時，開始撤除保溫層，并繼續(xù)測溫兩天后停止監(jiān)測，整體監(jiān)測持續(xù)了30天。

監(jiān)測結(jié)果及變化規(guī)律：水化熱升溫時，各斷面的中心溫度最高，基本都在該斷面混凝土澆筑后第四天開始升至最高點，其中A、B、C、D、E、F、G、H、J、K測位截面溫度峰值分別為73.0℃、70.5℃、72℃、76℃、73.2℃、75.1℃、77.3℃、75.4℃、75.8℃、73.6℃。中心溫度維持約1天左右開始降溫。降溫過程中，上層測點降溫較快，中層次之，下層較慢。砼澆筑第12天開始，底板內(nèi)各測溫截面上的最高溫度點由中心點轉(zhuǎn)變?yōu)橄虏繙y點。大體積砼升降溫曲線如下圖所示。

5．施工組織與管理

5.1人員組織工作

項目部成立了大體積砼施工指揮小組，項目經(jīng)理任總指揮，負(fù)責(zé)施工總協(xié)調(diào)和指揮，管理人員分為A班和B班，每個班組按總負(fù)責(zé)、質(zhì)量、砼振搗、場容、后勤、安全、收料、抽查、砼協(xié)調(diào)、機電保障、車輛協(xié)調(diào)指揮、砼檢測、試驗、駐砼公司代表、測溫等管理人員近60人，工人200余人，全部由分公司統(tǒng)一調(diào)配其他項目部骨干人員組成。

5.2應(yīng)急準(zhǔn)備

為了保證大體積砼澆筑萬無一失，指揮部小組專門編制了應(yīng)急預(yù)案，充分考慮了施工過程各種不利因素，組織各種備用機械，備用物資、備用砼供應(yīng)線、備用人員等在緊急情況下隨時調(diào)動。

5.3物資準(zhǔn)備

本次砼澆筑共投入45m汽車泵兩臺，地泵3臺，運輸車50輛、備用汽車泵一臺，地泵一臺，砼生產(chǎn)線4條，備用線2條，要求砼公司提前保養(yǎng)設(shè)備，確保設(shè)備完好無損。

砼原材料儲備，是保證砼能否連續(xù)供應(yīng)的關(guān)鍵，在砼澆筑前指揮組到砼公司檢查材料準(zhǔn)備情況，要求備用水泥2000T、砂5000T、石子8000T，粉煤灰500T、礦料550T、PCA外加劑40T、并檢查后進行封庫處理，確保萬無一失。

現(xiàn)場投入塑料薄膜18萬㎡，麻袋1.5萬條，草簾8千條，振搗機械60套，水泵20臺、彩條布5000㎡。

5.4技術(shù)準(zhǔn)備

在施工前做好各種技術(shù)準(zhǔn)備工作，詳前文所述外，同時在澆筑前召開多次技術(shù)準(zhǔn)備會議，并邀請各方專家對大體積砼施工方案、配合比進行了專家論證，項目部根據(jù)要求及時完善，同時向全體工作人員進行技術(shù)交底，使參加人員明確各自的崗位職責(zé)。

5.5現(xiàn)場準(zhǔn)備

本工程澆筑時僅一個出入口，現(xiàn)場又無迂回場地，交通組織困難，指揮部針對這種情況，協(xié)調(diào)相鄰拆遷工地借用其場地，作為臨時回車場地，并提前進行了簡易硬化，加設(shè)了兩臺沖洗設(shè)備。保證了車輛有序控制。

6．結(jié)束語

大體積砼由于水泥與水的化學(xué)作用，產(chǎn)生大量熱量，在溫度變化過程中產(chǎn)生應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過砼的抗裂能力，砼就會開裂形成有害裂縫。如何控制水化熱，避免砼開裂或造成過大的溫度應(yīng)力是大體積砼混凝土施工的關(guān)鍵。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。