超高層建筑大體積混凝土施工質量控制

陳潤釗

廣東汕頭 515000

摘要：本文結合工程實例，對超高層建筑大體積混凝土的施工質量控制進行了研究分析，從施工方案、施工重難點、施工組織管理、裂縫控制等方面，提出了針對性的具體措施，以保證大體積混凝土建筑的施工質量，具有一定的參考借鑒價值。

關鍵詞：高層建筑；大體積混凝土；澆筑；質量控制

0 前言

為保證超高層建筑基礎結構的穩定性和安全性，其施工建設的關鍵在于大體積混凝土的施工。大體積混凝土結構特點包括體積大、承受荷載大、澆筑面積及澆筑量打、水泥水化熱大、內部受力相對復雜。在高層建筑工程實踐中，為解決大體積混凝土出現的質量通病，在施工過程中務必采取相應的合理措施加以控制，在滿足各項指標規定的同時，有效的控制大體積混凝土裂縫的產生，保證工程的順利完成，具有極大的現實意義。

1 工程概況

某工程總建筑面積210276.54m2，其中地上172526.18m2，地下37750.36m2，由3棟主樓和商業裙房組成。1號辦公樓地下2層，地上42層，總高度178.25m，框架-核心筒結構，高速電梯核心筒部位高低跨局部高差為7m；2，3號公寓樓地下2層，地上39層，總高度136.45m，框架-核心筒結構，高速電梯核心筒部位高低跨局部高差為5.2m；商業裙房地下2層，地上3層，總高度22.25m，框架-剪力墻結構。

2 大體積混凝土澆筑范疇

1號辦公樓為樁筏基礎+防水板，基底標高-12.400m，核心筒下筏板厚度為2900mm，外框柱下承臺厚度為2450～2750mm；2，3號公寓樓也為樁筏基礎+防水板，基底標高-11.900m，核心筒下筏板厚度為2500mm，外框柱下承臺厚度為2100～2450mm。1號辦公樓核心筒下筏板混凝土澆筑總量為2900m3，外框柱下承臺混凝土澆筑總量為2600m3；2，3號公寓樓核心筒下筏板混凝土澆筑總量為1800m3，外框柱下承臺混凝土澆筑總量為1400m3。因此，3棟主樓基礎底板部分均為大體積混凝土的澆筑范疇。限于篇幅，本文以1號辦公樓為例，詳細介紹煙臺天馬中心工程基礎底板大體積混凝土的施工方案及質量控制措施。1號辦公樓基礎底板的細部平面及剖面如圖1所示。

圖1 1號辦公樓基礎底板示意

3 施工重點與難點

（1）基礎底板厚度大，根據后澆帶劃分流水段，連續澆筑量大，要避免產生施工冷縫。

（2）基礎底板采用雙層雙向的HRB500φ18E，板筋附加筋為HRB500φ32E，鋼筋水平方向間距較小，混凝土振搗困難。

（3）基礎底板屬于大體積混凝土，控制好混凝土內外溫差，防止混凝土出現溫度裂縫和收縮裂縫是底板施工重點。

（4）基礎底板大體積混凝土的保溫、保濕養護及測溫工作是本工程的控制重點。

（5）本工程在煙臺開發區的中心地段，施工現場區域狹窄，混凝土車輛出入、汽車泵和布料機架設都較困難，施工組織難度大。

4 施工方案

4.1 原材料

（1）在基礎底板混凝土施工階段，為了有效控制混凝土裂縫的產生，原材料選用低水化熱的P·O52.5R摻加礦粉的普通硅酸鹽水泥，礦粉摻量為水泥用量的43.0%。

（2）采用粒徑5～31.5mm的碎石，含泥量為0.4%；采用中砂，含泥量為2.5%，細度模數為2.7；采用優質II級粉煤灰，摻量為水泥用量的24.0%；外加劑為抗裂泵送劑和低堿混凝土膨脹劑UEA，摻量分別為水泥用量的3%和16.50%。

4.2 混凝土配合比

本工程大體積混凝土在基礎筏板、承臺和集水坑部位采用C40P8抗滲混凝土，水膠比0.42，砂率48%，配合比（質量比）為：水泥：砂：石子1-2：石子1-3：泵送劑：UEA：粉煤灰：礦粉：水=1：3.74：0.68：2.72：0.03：0.17：0.24：0.43：0.52，設計坍落度為160～180mm，實測坍落度為180mm，保水性及和易性良好；在基礎底板核心筒部位采用C45P8抗滲混凝土，其水灰比0.38，砂率46%，配合比為：水泥：砂：石子1-2：石子1-3：泵送劑：UEA：粉煤灰：礦粉：水=1：2.86：0.58：2.32：0.03：0.16：0.13：0.43：0.46，設計坍落度為160～180mm，實測坍落度為180mm，保水性及和易性良好。

4.3 混凝土攪拌、運輸

本工程基礎底板混凝土澆筑量大，必須采用強制式攪拌機進行攪拌，嚴格控制混凝土原材料的溫度，其供應能力應滿足大體積混凝土連續施工的需要。

混凝土攪拌車應配備防風、防曬和防雨設施。其單程運輸時間應控制在1h內；當運輸過程中出現離析或使用外加劑進行調整時，攪拌車應加快攪拌速率，攪拌時間控制在2min以上，禁止向混凝土中加水。

由于本工程基礎底板施工階段為7月炎熱天氣，運輸車應采取遮蓋、灑水等措施來降低混凝土原材料的溫度。

4.4 大體積混凝土施工工藝

基礎底板均為大體積混凝土，核心筒筏板和承臺混凝土強度等級也不盡相同，這給混凝土澆筑帶來很大難度。為了避免產生施工冷縫和溫度裂縫，本工程施工時采用甩槎水平分層且交叉間歇式澆筑的施工工藝。澆筑核心筒筏板和外框柱承臺混凝土時，設置2臺泵車和1臺布料機，其設置位置及覆蓋范圍如圖2所示。

圖2 1號辦公樓澆筑機械布置位置及覆蓋范圍

分層澆筑遵循的原則：混凝土澆筑過程中設置皮數桿，核心筒區域筏板混凝土的澆筑層高度均為500mm；承臺區域混凝土第1層澆筑高度為500mm，由于采用甩槎澆筑的施工工藝，每次澆筑混凝土的長度要比上一層長，故每次的澆筑高度降低100mm，直至降到200mm為止，以此類推，直到混凝土澆筑完成，分層澆筑如圖3所示。

圖3 分層澆筑示意

泵車B1和泵車B2分別同時澆筑東、西兩個核心筒位置第1層C45筏板混凝土，布料機C1澆筑核心筒位置北側第1層C45筏板混凝土。完成后泵車B1從4號承臺按照逆時針方向開始澆筑第1層C40承臺混凝土，泵車B2從14號承臺按照順時針方向開始澆筑第1層C40承臺混凝土，與此同時，布料機C1從5號承臺按照順時針方向開始澆筑第1層C40承臺混凝土。

當4，3，2號承臺，14，11，10號承臺及5，17，18號承臺首層C40混凝土澆筑完成，澆筑量約為100m3，澆筑時間控制在2h；此時，東、西核心筒區域底板首層混凝土還未初凝，泵車B1和B2再次澆筑東、西核心筒區域第2層筏板混凝土；布料機C1則再次澆筑核心筒位置北側第2層C45筏板混凝土。

當4，3，2，14，11，10，5，17，18號承臺混凝土初凝之前，泵車B1和B2及布料機C1停止澆筑核心筒區域筏板混凝土，改為繼續澆筑此部分承臺混凝土，由于澆筑工藝是甩槎分層澆筑施工，東、西核心筒區域第2層筏板混凝土未初凝；接下來的澆筑方式及順序與上述一致，核心筒筏板與承臺混凝土交叉間歇式澆筑。

因布料機覆蓋范圍內僅有5，7，18號承臺，比泵車B1和B2覆蓋承臺范圍小，故當5，7，18號承臺混凝土全部澆筑完成之后，布料機改為專門澆筑核心筒區域筏板混凝土，泵車B1和B2依然采用交叉間歇式澆筑的施工工藝來澆筑核心筒筏板與承臺混凝土。

綜上所述，采用甩槎水平分層且交叉間歇式澆筑的施工工藝可以圓滿完成核心筒區域筏板和外框柱區域承臺混凝土的澆筑，并且避免了施工冷縫和溫度裂縫的產生。

4.5 大體積混凝土澆筑的施工部署

為了避免施工冷縫和溫度裂縫的產生，采取甩槎水平分層澆筑施工工藝的同時，澆筑過程中的施工部署也尤為重要。結合場地的實際情況，制訂了切實可行的施工部署方案。

（1）混凝土攪拌車在建筑用地西門連接泵車B1澆筑混凝土，后備車輛在建筑用地外西側道路等候，當前車澆筑完畢且駛出西門之后，后備車輛從西門進入現場，繼續連接泵車B1澆筑混凝土，以此類推。

（2）混凝土攪拌車在建筑用地北門西側連接泵車B3，泵車B3與布料機C1相連開始澆筑混凝土，后備車輛在建筑用地外北側道路等候，當前車澆筑完畢后，后備車輛再次連接泵車B3繼續澆筑混凝土，以此類推。

（3）混凝土攪拌車從建筑用地北門駛入施工臨時通道，到達泵車B2處連接泵車B2澆筑混凝土，后備車輛在建筑用地外北側道路等候，當前車輛澆筑完畢且駛出北門之后，后備車輛再次從北門駛入施工臨時通道泵車B2處，再次連接泵車B2，繼續澆筑混凝土，以此類推。

以上措施均配有專人進行現場的調度和管理。

4.6 大體積混凝土澆筑其他注意事項

（1）混凝土振搗時插入點應均勻布置，要做到快插慢拔、插點均勻、切勿漏點、層層扣搭。

（2）混凝土甩槎水平分層澆筑時，應該縮短間歇時間，并在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢。

（3）在澆筑過的混凝土初凝之前進行二次振搗、二次抹面不僅可以消除沉降及收縮裂縫等，還能使混凝土收縮后與鋼筋及止水鋼板的縫隙消除，使混凝土與鋼筋的握裹加強，混凝土與止水鋼板無間隙成型。

（4）大體積混凝土澆筑過程中，混凝土表面的泌水現象會比較嚴重，因此，在施工過程中，在表面上設置成一定的坡度，使大量的泌水順坡度流入到后澆帶內的積水坑，通過積水坑排放到基坑外，無積水坑部位采用海綿或棉氈將泌水吸出。

5 大體積混凝土質量控制

5.1 大體積混凝土裂縫控制

混凝土的自約束溫度應力超過了混凝土的極__限抗拉強度是大體積混凝土產生裂縫的主要原因。為了控制混凝土溫度和收縮裂縫的產生，應從混凝土的原材料、混凝土的配合比、混凝土的水化升溫、混凝土的降溫速率、混凝土的極限拉伸強度、混凝土的攪拌和澆筑溫度等進行全方面考慮，結合本工程的特點及其大體積混凝土的施工方案，對裂縫控制采取以下技術和質量控制措施。

5.1.1 混凝土原材料及外加劑

（1）選用低水化熱的普通硅酸鹽水泥，摻和料為II級粉煤灰和S95級礦粉，充分利用混凝土的后期強度；摻加減水劑能夠顯著推遲和減少水化熱。

（2）基礎底板采用補償收縮性能混凝土，用以抵消混凝土早期干縮裂縫和中期水化熱引起的溫度收縮裂縫。摻入按照水泥含量6%的UEA用以抵消混凝土初期在硬化階段產生的干縮拉應力，補償水化熱引起的收縮應力。

（3）摻加抗裂泵送劑能夠增強混凝土的防裂性能，提高混凝土的極限拉伸強度。抗裂泵送劑通過大量吸收能量，可以有效地控制水泥基內部微小裂縫的產生和發展，提高混凝土拉伸強度能達10%以上。

（4）為延緩基礎底板混凝土的初凝時間，摻加緩凝劑，使基礎底板混凝土的初凝時間控制在6～8h內。

5.1.2 施工工藝

（1）基礎筏板和承臺混凝土采用甩槎水平分層且交叉間歇式澆筑的施工工藝可以避免產生施工冷縫和溫度裂縫。

（2）嚴格控制混凝土澆筑速度，防止水化熱的積聚，進而減少溫度應力。

（3）采用二次振搗的施工工藝可以提高混凝土的密實度。

（4）采用二次抹面的施工工藝可以防止混凝土表面收縮裂縫的產生。

（5）采取降低混凝土內外溫差和減慢降溫速率來達到降低混凝土澆筑體的自約束應力，進而避免裂縫的產生。

5.1.3 保溫覆蓋方面

大體積混凝土澆筑體的高水化熱導致混凝土澆筑體的上部溫度與環境溫差在20℃以上，故采取混凝土表面覆蓋1層塑料膜，塑料膜上覆蓋塑料布，塑料布上再覆蓋2層棉被（現場準備3層棉被以進行覆蓋調整）的措施來控制塑料膜下混凝土表面與測溫孔上部的溫差在20℃以內。該措施還能對混凝土進行保濕養護，保濕養護的持續時間為14d。試驗員不定期檢查覆蓋的完整情況，以此來保持混凝土表面濕潤，確保混凝土與環境溫差在25℃以內；當混凝土與環境溫差在25℃以上時，及時增加覆蓋棉被層數；保溫覆蓋層的拆除應該遵循分層逐步的原則，當混凝土表面與環境溫度最大差值在20℃以內時，可以將保溫覆蓋層全部拆除。

5.1.4 混凝土測溫

針對大體積混凝土澆筑體的里表溫差、降溫速率及環境溫度的測試，隨時掌控混凝土溫度，以便發生問題時采取相應措施來控制混凝土表面裂縫的產生。由試驗員在混凝土澆筑3h后開始連續進行測溫，第1～7d每2h測溫1次，第8～9d每6h測1次，第10～15d每12h測溫1次。在測試區內監測點按平面分層布置，本著能夠反映底板整體溫度變化、具有代表性的原則進行設置，每組測溫線由3根組成，分別為距混凝土上表面50mm處、距混凝土下表面50mm處、混凝土底板中部位置處；澆筑厚度>1.5m部位相應增加測溫點，豎向間距≤600mm。混凝土澆筑體的里表溫差≤25℃，混凝土在入模基礎上的溫升值≤50℃，且混凝土的降溫速率≤2℃/d。基礎底板混凝土分別在典型部位布設6組測溫孔，1號辦公樓基礎底板中心位置及端部位置混凝土測溫孔的溫度曲線如圖4所示（限于篇幅，只給出了1組測溫點的測溫曲線）。

圖4 混凝土測溫孔溫度曲線示意

5.2 大體積混凝土試塊留置及養護

基礎底板混凝土澆筑量超過1000m3，每200m3制作3組混凝土試塊，2組與基礎底板在同等條件下進行養護，1組標準條件下養護。連續澆筑混凝土每500m3留置1組抗滲試塊，每增加250～500m3增加1組試塊（每組6個試塊）。

6 大體積混凝土施工組織管理

6.1 質量保證措施

6.1.1 成立以項目經理為首的領導小組，建立質量保證體系，落實各級人員崗位責任制，在施工過程中形成一個縱、橫向全方位覆蓋的質量管理網絡。

6.1.2技術質量組應在大體積混凝土施工之前對作業人員進行詳細的技術交底，明確質量要求及施工工藝。

6.1.3 嚴格控制大體積混凝土質量通病的產生，具體防治措施如下：

（1）混凝土表面蜂窩及孔洞現象基礎底板鋼筋較密部位應使用相同強度等級的細石混凝土；避免混凝土振搗不均勻、振搗不密實及漏振；模板不能存在拼縫等問題，保證水泥漿不流失。

（2）混凝土內部縫隙及夾渣層施工縫處剔鑿到位；雜物清理干凈；澆筑底漿。

6.2 大體積混凝土成品保護措施

（1）混凝土初凝以后但強度未達到1.2MPa以前不得在混凝土表面上堆放材料及施工作業；混凝土初凝且強度達到1.2MPa之后，在混凝土表面上堆放材料應該遵循限載及限位置的原則進行堆放；混凝土初凝以后至強度未達到1.2MPa之前，偏位鋼筋不允許進行調整。

（2）模板拆除必須嚴格按規范強度要求的進行；建立拆模審批制度，拆除模板之前必須經項目技術負責人的簽字同意；在拆除模板過程中，要注意保護混凝土棱角以免受損。

7 大體積混凝土施工效果

當筏板及承臺混凝土拆模之后，對混凝土澆筑完成的效果進行檢查，結果如下。

（1）筏板及承臺混凝土表面觀感質量良好，混凝土振搗密實，無露筋、孔洞、夾渣、蜂窩麻面等現象。

（2）筏板及承臺混凝土頂面標高最大偏差為9mm及-6mm；截面尺寸最大偏差為3mm及-2.5mm，標高及尺寸控制良好，完全滿足《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204—2002（2011年版）的規定。

（3）混凝土裂縫方面無施工冷縫及溫度裂縫。

8 結語

綜上所述，在大體積混凝土施工過程中，為了保證混凝土施工質量，得到更具整體性及耐久性的建筑結構，必須做好正確的施工方案，在各個方面控制其施工質量，加強施工現場管理，提高施工工藝，才能使施工裂縫等質量通病得到最有效的控制。

參考文獻：

[1]劉廣春.大體積混凝土結構裂縫控制措施[J].中國新技術新產品.2008（08）.

[2]田曉朋.大體積混凝土裂縫產生原因及其預防控制措施[J].科學之友.2008（07）.