超高層建筑基礎(chǔ)大體積混凝土技術(shù)研究及應(yīng)用

王 鑫

(山西太鋼房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 太原 030008)

大體積混凝土結(jié)構(gòu)主要是由于水泥水化熱引起的溫度變化應(yīng)力產(chǎn)生收縮，混凝土裂縫較難以控制，施工技術(shù)要求相對(duì)較嚴(yán)格，需采用一系列措施防治，利用超高層建筑對(duì)大體積混凝土技術(shù)進(jìn)行研究應(yīng)用，優(yōu)化施工技術(shù)，提高施工質(zhì)量。

1 工程概況

某超高層建筑高度為176 m，總建筑面積為67 768 m2，地上部分建筑面積為58 018 m2,地下部分建筑面積為9 750 m2。地下2層，地上38層，總建筑高度為176 m。

結(jié)構(gòu)類型為型鋼混凝土框架+核心筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為筏形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板尺寸為45.7 m×48.7 m，基礎(chǔ)厚度為2.5 m，電梯部位基礎(chǔ)厚度達(dá)7 m(見(jiàn)圖1)，混凝土總方量約為5 200 m3。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55，抗?jié)B等級(jí)為P8。

2 施工部署

主樓筏板澆筑混凝土厚度為2.5 m，且受到密集樁基礎(chǔ)的約束，混凝土裂縫控制是混凝土施工的控制重點(diǎn)。

1)采用60 d強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

2)主樓筏板基礎(chǔ)以設(shè)計(jì)后澆帶位置為界，不留置施工縫，一次澆筑成型，采用斜面分層，薄層澆筑，循序推進(jìn)，一次到頂?shù)臐仓椒ā７謱雍穸?00 mm～500 mm。

3)受場(chǎng)地限制，采用3臺(tái)HBT60拖泵和1臺(tái)汽車泵平行分區(qū)域從北側(cè)向南側(cè)澆筑，備用1臺(tái)，同時(shí)2臺(tái)塔吊輔助配合吊運(yùn)混凝土澆筑。

4)溫度監(jiān)測(cè)采用無(wú)線測(cè)溫遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量。

5)分層澆筑厚度為400 mm～500 mm，分4個(gè)區(qū)(平面位置由西向東平行劃分為3個(gè)區(qū)，電梯井為1個(gè)區(qū))(如圖2所示)由北向南平行推進(jìn)澆筑，澆筑強(qiáng)度為80 m3/h～100 m3/h。計(jì)劃澆筑時(shí)間為52 h～65 h。

3 混凝土澆筑方案

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

在滿足設(shè)計(jì)對(duì)混凝土相關(guān)性能要求的前提下，為最大限度減少水泥用量，降低水化熱，混凝土配合比需滿足以下要求：

1)混凝土配合比按60 d強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)水泥采用低水化熱的礦渣水泥。

3)優(yōu)先采用Ⅰ級(jí)粉煤灰，不得低于Ⅱ級(jí)粉煤灰。

4)采用緩凝型高效減水劑。

5)坍落度：滿足到澆筑面不大于160 mm。

6)混凝土溫度要求：滿足入模溫度不大于30 ℃。

7)混凝土初凝時(shí)間不小于12 h。

3.2 原材料

原材的選擇滿足GB 50496—2009大體積混凝土施工規(guī)范的相關(guān)要求。最終選取原材如下：

1)水泥：采用吉港水泥有限公司生產(chǎn)的礦渣硅酸鹽水泥P.S.A42.5。

2)砂子：采用忻州豆羅砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量1.2%，屬中砂，質(zhì)量合格。

3)石子：采用鎮(zhèn)城碎石，粒徑為5 mm～31.5 mm，質(zhì)地堅(jiān)硬，連續(xù)級(jí)配，不含雜質(zhì)，質(zhì)量合格。

4)粉煤灰：采用Ⅱ級(jí)粉煤灰。

5)礦粉：采用太鋼礦粉廠生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉。

6)外加劑：采用太原鴻澤玉科技有限公司生產(chǎn)的MWL-1型緩凝高效減水劑，質(zhì)量合格。

7)膨脹劑：采用北京宏遠(yuǎn)建材廠生產(chǎn)的UEA，質(zhì)量合格。

3.3 配合比

C55 P8混凝土配合比嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。配合比能夠滿足設(shè)計(jì)、施工工藝、工程質(zhì)量要求，且經(jīng)濟(jì)合理。

3.4 混凝土澆筑順序

混凝土采用斜面分層薄層澆筑法。

總體澆筑原則“縱向由底處向高處，平面從北向南澆筑”。

1)先采用汽車泵和地泵同時(shí)將北側(cè)電梯井處澆筑到2.5 m筏板底部位置。

2)待北側(cè)電梯井處澆筑到2.5 m筏板底部位置后，1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)同時(shí)開(kāi)始從北向南澆筑筏板基礎(chǔ)混凝土。

3)混凝土澆筑流淌至南側(cè)電梯井附近處，開(kāi)始集中澆筑南側(cè)電梯井混凝土到2.5 m筏板底部位置。

4)電梯井處混凝土澆筑完后，繼續(xù)由北向南側(cè)澆筑混凝土，直到澆筑完成。

3.5 混凝土供應(yīng)保障措施

3.5.1混凝土生產(chǎn)

商品混凝土攪拌站要保證混凝土原材料儲(chǔ)備充足，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。誠(chéng)泰集團(tuán)下屬的旭峰混凝土攪拌站現(xiàn)有兩條120 m3/h生產(chǎn)線和一條180 m3/h生產(chǎn)線，旭達(dá)混凝土攪拌站有兩條180 m3/h生產(chǎn)線。根據(jù)地理位置及原材料準(zhǔn)備情況本次供應(yīng)由旭峰攪拌站供應(yīng)，若因停電等其他原因不能及時(shí)供應(yīng)時(shí)由誠(chéng)泰集團(tuán)下屬的旭達(dá)攪拌站供應(yīng)，確保混凝土供應(yīng)的連續(xù)性。

3.5.2混凝土運(yùn)輸

商品混凝土供應(yīng)廠家混凝土運(yùn)輸車輛供應(yīng)。根據(jù)基礎(chǔ)底板工程施工期間，現(xiàn)場(chǎng)施工部署及運(yùn)距，確保供應(yīng)速度滿足施工要求。

3.6 混凝土澆筑施工工藝

3.6.1澆筑

1)澆筑前對(duì)混凝土坍落度、溫度進(jìn)行檢測(cè)，要注意測(cè)量入模處的坍落度。

2)混凝土灌注落差不大于2 m，電梯井處應(yīng)采取串桶澆筑。

3)注意觀察下料后混凝土流動(dòng)的情況，必要時(shí)采用汽車泵補(bǔ)充混凝土，保證混凝土的均勻性。

4)分層厚度控制在40 cm～50 cm，在鋼筋或模板上做記號(hào)來(lái)控制澆筑厚度。

3.6.2振搗

1)根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成的流淌斜坡度，在每條澆筑帶的澆搗面前、中、后布置3臺(tái)振動(dòng)器，第1臺(tái)布置在混凝土卸料點(diǎn)，振搗人員負(fù)責(zé)出管混凝土的振搗，使之順利通過(guò)面層鋼筋流入底層；第2臺(tái)設(shè)置在混凝土斜面的中間部位，振搗人員負(fù)責(zé)斜面混凝土的密實(shí)；第3臺(tái)設(shè)置在坡腳及底層鋼筋處，因底層鋼筋間距較密，振搗手負(fù)責(zé)混凝土流入下層鋼筋底部，確保下層鋼筋混凝土的振搗密實(shí)。

2)振搗人員振搗方向?yàn)椋合聦哟怪庇跐仓较蜃韵露希蠈诱駬v自上而下，嚴(yán)格控制振動(dòng)棒移動(dòng)的距離、插入深度、振搗時(shí)間，避免各澆筑帶交接處的漏振。

3)搗固棒采用φ50長(zhǎng)50 cm的型號(hào)。

4)搗固時(shí)間20 s左右，最大不超過(guò)30 s。采用“快插、慢拔、慢插、慢拔”的步驟。

5)搗固間距30 cm，離模板10 cm左右。搗固深度進(jìn)入下層10 cm，搗固棒上要做好標(biāo)記。

6)當(dāng)局部區(qū)域的筏板澆筑到頂面后采用平板振搗器進(jìn)行振搗。

4 大體積混凝土內(nèi)部降溫措施

在混凝土中間部位利用鋼筋支架兼作降溫冷卻循環(huán)水管，利用主樓深井抽出的地下水作為冷卻水，通過(guò)循環(huán)水有效地帶走混凝土內(nèi)部的水化熱量，降低混凝土芯部溫度，控制混凝土內(nèi)部與表面溫差。

1)冷卻循環(huán)水管采用φ48的鋼管，單層單向布置在混凝土的中間部位。

2)每個(gè)進(jìn)出水口均安裝閥門用于控制冷卻水流量，在混凝土澆搗之前，先對(duì)冷卻水管通水，檢查是否有滲水，對(duì)滲水部位進(jìn)行處理，保證不漏水。

3)在不同部位的進(jìn)出水管處預(yù)埋溫度傳感器，接在混凝土測(cè)溫儀上，與混凝土同步測(cè)溫，根據(jù)測(cè)得的混凝土溫度和進(jìn)出水口的溫度，通過(guò)閥門對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止降溫過(guò)快造成內(nèi)部裂縫。

4)降溫結(jié)束后，將水管內(nèi)積水排空，然后用摻加緩凝劑的純水泥漿通過(guò)壓力泵注入冷卻水管內(nèi)，注滿后將水管兩頭封閉。

5)循環(huán)冷卻水流量控制要滿足混凝土降溫值在2 ℃/d，管道內(nèi)水流處于紊流狀態(tài)。

5 混凝土養(yǎng)護(hù)措施

混凝土養(yǎng)護(hù)采用保濕溫控養(yǎng)護(hù)法，表面先覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋草簾子。根據(jù)計(jì)算，草簾子保溫層厚度0.2 m。

1)養(yǎng)護(hù)要設(shè)置專人負(fù)責(zé)，覆蓋的草袋應(yīng)采用澆水保持濕潤(rùn)。

2)混凝土保濕養(yǎng)護(hù)期至少持續(xù)14 d，要經(jīng)常檢查塑料薄膜的完整情況，保持混凝土表面濕潤(rùn)。

3)保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行，當(dāng)混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20 ℃時(shí)，可全部拆除。

6 無(wú)線測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用

本工程采用無(wú)線測(cè)溫遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，需要在混凝土內(nèi)部埋置溫度測(cè)量元器件，能及時(shí)、準(zhǔn)確、高效監(jiān)測(cè)混凝土溫度，并設(shè)有預(yù)警報(bào)警功能。

6.1 測(cè)量點(diǎn)位的布置

按照大體積混凝土施工規(guī)范，溫度測(cè)量點(diǎn)位共10處，布置位置見(jiàn)圖2。

1)C1～C6每處在距上表面5 cm，65 cm,125 cm,185 cm,245 cm處布探頭，每處布置5個(gè)測(cè)溫探頭。

2)C7,C8,C10處每處在距上表面5 cm，75 cm,145 cm,205 cm,265 cm，325 cm，385 cm，445 cm，505 cm，565 cm，625 cm處布探頭，每處布置11個(gè)測(cè)溫探頭。

3)C9處在距上表面5 cm，65 cm,125 cm,185 cm,245 cm，305 cm，365 cm，425 cm，485 cm，545 cm，605 cm，665 cm，725 cm布置13個(gè)探頭。

4)另外在南北兩側(cè)各設(shè)1處測(cè)量大氣溫度的探頭。

6.2 測(cè)溫方法

1)采用2套無(wú)線測(cè)溫儀，每套能測(cè)32個(gè)點(diǎn)位。C1～C6處測(cè)溫點(diǎn)和大氣溫度測(cè)溫點(diǎn)用1套無(wú)線測(cè)溫儀，C7和C9處測(cè)溫點(diǎn)用另1套無(wú)線測(cè)溫儀。

2)電梯井處的測(cè)溫點(diǎn)留有1組備用，當(dāng)測(cè)溫點(diǎn)位失效時(shí)，采用C8或C10處的測(cè)溫點(diǎn)。

3)測(cè)溫頻率：澆筑完成后每隔2 h進(jìn)行一次測(cè)量。

7 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土施工綜合性要求較高，需提前進(jìn)行合理的施工部署和澆筑方案的優(yōu)化，過(guò)程中要科學(xué)采取有效控溫、降溫、保溫保濕等措施，監(jiān)控到位、處置及時(shí)，大體積混凝土施工質(zhì)量才能得到保證。