淺談高層建筑基礎大體積混凝土施工質量事故分析

孔憲忠

(廣東省 湛江市）

一、前言

近年來通過大量的工程實踐，我國的高層建筑施工技術得到快速的發展。在基礎工程方面，高層建筑多采用樁基礎、筏式基礎、箱形基礎或樁基與箱形基礎的復合基礎，涉及深基坑支護、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術。本文重點分析在基礎工程大體積混凝土施工中常見的質量事故。

二、大體積混凝土常見質量事故。我國最新發布的《普通混凝土配合比設計規程》中規定：“混凝土結構實體最小尺寸≥1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導致裂縫的混凝土”，定義為大體積混凝土。大體積混凝土具有結構厚、鋼筋密、混凝土數量大、工程條件復雜和施工技術要求高等特點。大體積混凝土結構的截面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小，但水泥在水化反應過程中釋放的水化熱所產生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會產生較大的溫度應力和收縮應力，是大體積混凝土結構出現裂縫的主要原因。

在大體積混凝土施工中，施工不當引起的溫度裂縫主要有表面裂縫和貫穿裂縫兩種。大體積混凝土施工階段產生的溫度裂縫，是其內部矛盾發展的結果。一方面是混凝土由于內外溫差產生應力和應變，另一方面是結構物的外約束和混凝土各質點的約束阻止了這種應變，一旦溫度應力超過混凝土能承受的極限抗拉強度，就會產生不同程度的裂縫。產生裂縫的主要原因：

（1）沒有選用礦渣硅酸鹽水泥和低熱水泥，水泥用量過大，沒有充分利用摻入粉煤灰等摻和料來減少水泥的用量。

（2）沒有注意好原材料的選擇。如骨料級配差、含泥量大、水灰比偏大等。

（3）混凝土振搗不密實，影響了混凝土的抗裂性能。

（4）沒有嚴格加強混凝土的養護，加強溫度監測。

（5）發現混凝土溫度變化異常，沒有及時采取有效的技術措施。

（6）沒有有效減少邊界約束作用。

（7）沒有選擇合理的混凝土澆筑方案。

（8）原大體積基礎拆模后，沒有及時回填土，以保溫保濕，使混凝土長期暴露。

（9）混凝土摻用UEA等外加劑時，品種、用量的使用不合理，沒有達到預期效果。

三、工程實例。1、[背景資料]廣東省湛江市某工程有兩塊厚2.5m，平面尺寸分別為27.2m×34.5m和29.2m34.5m的板；兩塊厚2m，平面尺寸分別為30m×10m和20m×10m的板。

設計中規定把上述大塊板分成小塊，間歇施工。其中2.5m厚板每大塊分成6小塊，2m厚板分成10m×10m小塊。

混凝土所用材料為：P42.5抗硫酸鹽水泥，中砂，花崗巖碎石，其最大粒徑100mm,人工級配 5～20mm、20～50mm、50～100mm 共三級。

混凝土強度等級:厚2.5m板為C20,抗滲等級為S6，抗凍為D150,其配合比為：水泥：砂：石=1：2.48:5.04。水灰比為0.51，單方水泥用量為262kg/m3，三級級配石子的比例是大：中：小=0.56:0.21:0.23；厚2m板為C20混凝土，B=6，M=300，配合比為：水泥：砂：石=1:2.02:4.71，水灰比為0.46，水泥用量為294kg/m3，石子級配大：中：小=0.55:0.23:0.22。

混凝土中摻入0.006%～0.01%的松香熱聚物加氣劑，含氣量控制在3%～5%（用含氣量測定儀控制）。

配筋情況：在距離板的上、下表面50mm處配置，雙向螺紋鋼筋Φ28～36@300。

地基情況：鋼筋混凝土板直接澆筑在微風化的軟質巖石地基上，澆筑混凝土前用鋼絲刷及高壓水沖刷干凈。

大塊板分成小塊時，臨時施工縫采用鍵槽形施工縫（圖1）。縫面用人工鑿毛，并設插筋Φ16@500。塊體內配置的螺紋鋼筋網在接縫處拉通。

為了進行溫度觀測，在混凝土板中埋設了28個電阻溫度計和87個測溫管，進行了4個多月的溫度觀測。裂縫觀測時用5倍的放大鏡建筑裂縫，用20倍帶刻度的放大鏡測讀裂縫寬度。裂縫情況：

表面裂縫。在大部分板的表面都發現程度不同的裂縫，裂縫寬度為0.1～0.25mm，長度短的僅幾厘米，長的達160cm。裂縫出現時間是拆模后的第 1～2d。

臨時施工縫（即小塊板接縫處）裂開。在一小塊板澆筑后的第6～17d，再澆筑相鄰的另一塊板。當后澆的一塊板達23～42d期間，兩塊板之間的臨時施工縫全部裂開，裂縫寬度為0.1mm～0.35mm。

裂縫的開展。裂縫是逐漸開展的。如一塊板的第一條裂縫出現拆模后的第一天，裂縫長15cm，最大寬度0.15mm。隔一天裂縫發展為長40cm，寬0.2mm。臨時施工縫也是由局部的、分段的表面裂縫逐步發展成為通長的表面裂縫，隨著時間的推移，裂縫向深處發展，以致全部裂開。

2、原因分析。（1）溫差引起裂縫

由于該工程屬于大體積混凝土，因此水泥水化熱大量積聚，又散發很慢，造成混凝土內部溫度高，表面溫度低，形成內外溫差；在拆模前后或受寒潮襲擊，使表面溫度降低很快，造成了溫度陡降（驟冷）；混凝土內達到最高溫度后，熱量逐漸散發而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值就是內部溫差。這三種溫差都可能導致混凝土裂縫。

1）內外溫差、溫度陡降引起的表面裂縫圖2所示為2.5m厚板混凝土澆筑后6d的板內溫度分布曲線。這條溫度曲線是用埋入混凝土內的電阻溫度計（共5只）測得的。測溫時的氣溫為6℃。從圖中可見，內部溫度與表面溫度差值為23℃左右，內部溫度與氣溫差達26℃左右。混凝土內部溫度高，體積膨脹大，表面溫度低，體積膨脹較小，它約束了內部膨脹，在表面產生了拉應力，內部產生壓應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就產生了裂縫。

在有裂縫的板中，多數受到8℃～10℃的溫度驟降作用。因此，表面溫度陡降是引起表面裂縫的重要原因。溫度驟降通常出現在拆模前后或寒潮襲擊時，由這種溫差所造成的溫度應力形成較快，徐變影響較小，產生表面裂縫的危險性更大。

2）內部溫差引起的裂縫：本例中的板澆灌在巖石地基上，水泥水化熱使內部溫度升高，在基巖的約束下產生壓應力，然后經過恒溫階段后，開始降溫如圖3所示，混凝土收縮（除了降溫收縮外，還有干縮）在基巖的約束下產生拉應力。由于升溫較快，此時混凝土的彈性模量較低，徐變影響又較大，因此壓應力較小。但經過恒溫階段到降溫時，混凝土的彈性模量較高，降溫收縮產生的拉應力較大，除了抵消升溫時產生的壓應力外，在板內形成了較高的拉應力，導致混凝土裂縫。這種拉應力靠近基巖面最大，裂縫靠近基巖處較寬，如圖4所示。當板厚較小，基巖約束較大時，拉應力分布較均勻，產生貫穿全斷面的裂縫。

從圖4中可見板內部溫差值為37℃。從施工記錄中可見，施工縫會全部裂開時的內部溫差僅12℃～19℃（兩塊大的板溫差12℃左右，一塊小的板溫差19℃），實際溫差都大大超出裂開時的溫差。值得指出的是，尺寸小的板，約束相對減小，其裂縫的溫差相應就增大。

（2）干縮裂縫

混凝土表面干縮快，內部干縮慢，表面的干縮受到內部混凝土的約束，在表面產生了拉應力，是造成表面裂縫的重要原因之一。

內外溫差、溫度陡降與干縮引起的拉應力可能同時產生，幾種應力疊加后，造成裂縫的危險性更大。當表面裂縫與內部裂縫的位置接近時，可能導致貫穿裂縫，將影響結構安全。

結束語

高層建筑基礎大體積混凝土施工，一定要從材料品質的選用（含外加劑的選用）、施工工藝和方法等嚴格把關，才能減少或避免質量事故的產生。

[1] （GB50202-2002）2002.建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].

[2] 西安建筑科技大學.高層建筑地基與基礎[M].北京：中國建筑工業出版社出版，2000.