超高層建筑基礎大體積混凝土施工技術要點研究

許東陽

（廈門城健建設有限公司，福建 廈門 360100）

0 引言

基礎大體積混凝土具有整體性能好、沉降量小、承載能力強等特點，在高層、超高層建筑中應用廣泛。但由于混凝土水化熱特性，大體積混凝土水化熱產生的熱量容易在內部集聚，如控制不當則可能產生溫度裂縫，包括收縮裂縫、貫穿裂縫等，會對大體積混凝土結構性能產生嚴重影響。因此只有通過原料質量控制、配合比優化設計、加強施工管理和養護管理等措施加以控制。

1 工程概況

本工程為創冠國際中心項目，項目地址位于福建省廈門市思明區觀音山商務營運中心項目。總建筑面積為56721.49 m2，層高31 層，其中地下4 層。地下室底板面標高-16.3m，地下室防水除設備房、地下室頂板等級為一級外，其余主體部分防水等級二級。主樓基礎筏板和純地下室底板混凝土強度均為C35，采用密實性防水混凝土，抗滲等級P10，混凝土中應摻入抗裂防水劑。本工程設計等級為1級，抗震等級為2 級，安全等級為2 級，設計使用壽命為50年，抗震設防烈度為7 度。本工程為超高層建筑，地下室塔樓部分基礎厚度為2.4m，屬于大體積混凝土結構，澆筑量大，溫度控制難度大，給建筑工程施工造成一定的困難。

2 混凝土原料質量控制與配合比設計

2.1 混凝土原料質量控制

本工程采用商品混凝土，混凝土強度等級為C35，抗滲等級為P10，設計坍落度為180±20mm。根據工程設計要求，加強混凝土原料質量如下：

（1）水泥。采用P42.5 型號水泥，水泥比表面積為354m2/kg，標準稠度為25.9，初凝時間為3h，終凝時間為6h。安定性檢測合格，3d 抗折強度大于3.5MPa，抗壓強度大于17.0MPa，28d 抗折強度大于6.5MPa，抗壓強度大于42.5MPa。

（2）骨料。本工程采用連續級配的細骨料為中砂，含泥量控制在1%以內，細度指數為2.7，小于0.315mm 的顆粒含量小于20%；粗骨料采用粒徑為5～20mm連續級配的花崗巖碎石，喊你量小于1%，針片狀含量小于10%，泥塊含量小于0.5%。

（3）外加劑。采用FDN 減水劑，摻入范圍為0.2～0.5%。當摻量達到0.4%時，其減水率為14%左右；摻入緩凝型CSA 膨脹劑，對混凝土收縮應力起到良好的補償作用。

（4）礦物摻和料。采用密度為1.77～2.43g/cm3的優質粉煤灰，需水量控制在92～107%之間。

2.2 混凝土配合比試驗設計

經配合比試驗研究，最終確定本工程混凝土配合比方案如下：

對P42.5 水泥、中砂細骨料、5～20mm 的粗骨料、飲用水、Ⅱ級粉煤灰摻和料及FDN-G 外加劑進行配合比設計，P42.5 水泥為425kg,中砂細骨料為552kg,粗骨料為1084kg，飲用水為167kg,Ⅱ級粉煤灰摻和料為108kg,FDN-G 外加劑為13kg。在具體施工中，這些項目的配合比分別為P42.5 水泥為425kg,中砂細骨料為594kg,粗骨料為1099kg，飲用水為110kg,Ⅱ級粉煤灰摻和料為108kg,FDN-G 外加劑為13kg。

根據試驗研究，中砂含水率為7.6%，粗骨料含水率為1.4%，混凝土拌合物和易性、粘聚性、保水性良好，水灰比為0.31，7d 強度為41.5MPa，28d 強度為58.1MPa，拌合物坍落度為180±20mm，混凝土強度、坍落度均滿足工程設計要求。

3 大體積混凝土溫度計算

為確保大體積混凝土溫度控制的有效性，應對混凝土溫度進行計算，以此制定有效的溫度控制措施。大體積混凝土溫度計算具體包括水化熱計算、內外溫差計算等。

3.1 混凝土絕熱溫升計算

根據《大體積混凝土施工標準》（GB50496-2018）提供的計算公式，大體積混凝土絕熱溫升計算為：

式中，T0為混凝土拌和溫度，℃；W 為各材料重量，kg；c 為各材料比熱，Kj/kg· K；Ti為各材料初始溫度，℃。

根據混凝土配合比試驗設計，計算大體積混凝土拌合溫度為10.45℃，拌合出料溫度為11.98℃。

混凝土澆筑溫度可根據施工現場實際情況，綜合拌和溫度、環境溫度和運輸損失，計算混凝土澆筑溫度為：

式中：Tj為混凝土澆筑溫度，℃；TC為混凝土拌和溫度，℃；TQ為室外環境溫度，℃；A,+A2-A3+IAN為混凝土運輸損失系數，取0.3455。混凝土澆筑環境溫度取7℃，計算混凝土澆筑溫度為Tj=9.26=9.26℃。

根據混凝土拌和溫度和澆筑溫度，計算混凝土絕熱溫升為：

式中，c 為混凝土比熱，取0.97Kj/(kg· K)；ρ為混凝土密度，取2400kg/m3；W 為每立方混凝土膠凝材料摻入量，取425 kg/m3；Q 為每千克水泥28d 水化熱，取377kJ/kg；e 為常數值，取2.718；t 為齡期，d；m 與水泥品種、振搗溫度相關的經驗系數，澆筑溫度取值為10℃，經查表可得，m 取值為0.318。根據水泥品種、齡期和常數值系數，計算可得，不同齡期的1-e-mt計算值為：

表1 不同齡期的計算值

根據式3 計算所得，計算不同齡期混凝土絕熱溫升值為：

表2 不同齡期混凝土絕熱溫升值

3.2 混凝土中心溫度計算

根據《大體積混凝土施工標準》（GB50496-2018），計算混凝土中心溫度如下：

式中：T1(t)為t 齡期混凝土中心溫度，℃；Tj為混凝土澆筑溫度，℃；T(t)為t齡期混凝土絕熱溫升，℃；ξ(t)為t 齡期混凝土降溫系數，查表獲得。

根據式4，計算混凝土中心溫度為：

表2 混凝土中心溫度

根據計算結果可知，厚度為2.4m 的大體積混凝土溫度最高，最高溫度為6d的44.34℃。

3.3 混凝土養護措施計算

以環境溫度7℃，計算混凝土保溫層厚度如下：

式中：δ為保溫層厚度（m）；λx為保溫材料導熱系數，泡沫板取0.038W/Mk；T2為混凝土表面溫度，取25℃；Tq為環境溫度，取7℃；Kl為傳熱修正系數，取1.3；λ為混凝土導熱系數，取2.33 W/Mk；T1(t)為混凝土中心溫度，取44.34。

根據式5計算所得，混凝土養護層厚度為0.25mm，混凝土中心溫度為44.34℃，表面溫度為25℃，表面溫度與中心溫度溫差為19.34℃≤25℃，符合大體積混凝土施工技術規范要求。在混凝土表面覆蓋1層薄膜和草墊即可滿足養護要求。

4 大體積混凝土施工及質量控制

4.1 混凝土澆筑施工

在混凝土澆筑施工前，應對混凝土泵送路線、操作過程進行優化布局。首先，根據本工程大體積混凝土澆筑面積大的特點，合理劃分混凝土澆筑區域，具體支撐結構如圖1所示；其次，根據分層澆筑原則，按1:6坡度進行澆筑。混凝土澆筑自底層開始，兩臺泵送設備同步澆筑。分層澆筑時，應待下層混凝土達到初凝后再澆筑上一層。此外，針對混凝土澆筑過程中可能出現的沁水現象，可借助抽水設備或海綿將水吸出。

4.2 混凝土振搗

本工程中，混凝土振搗中每個點的振搗持續時間不少于30s，直至混凝土表面不再出現氣泡、灰漿為止。振搗點距離應均勻、密實，振搗點間隔為300～400mm。為確保混凝土振搗密實，每臺混凝土甭管附近設置2臺振搗棒，1臺布置于混凝土澆筑斜坡中段，用于澆筑斜坡混凝土振搗；1臺布置于坡底，用于下層混凝土振搗。針對鋼筋密集的混凝土位置，應加強振搗，振搗棒插入下層混凝土深度為5cm。

圖1 泵管支撐結構示意圖

4.3 混凝土表面處理與養護

混凝土初凝前，應進行首次抹壓，確保混凝土表面平整，并臨時覆蓋塑料膜。在混凝土終凝前1～2h進行二次抹壓。如澆筑完成后，混凝土表面出現龜裂現象，應利用素灰漿進行抹平處理。在混凝土終凝后，應及時覆蓋薄膜和草墊進行養護。在養護管理期間，應采取定期灑水和保溫管理措施，如中心溫度與表面溫度溫差大于25℃時，可采用燈照或搭設保溫棚等方法提高混凝土表面溫度，混凝土灑水養護不得少于7d。此外，在混凝土養護期間，嚴禁在混凝土表面行走或搭設支架，避免因外部荷載導致混凝土表面出現破損。

4.4 混凝土溫度監控

本工程中，為及時掌握混凝土內部和表面溫度，分別在0.7m、1.0m和2.4m處設置測溫管。測溫管由DN20鋼管制成，測溫管底部以膠帶、海綿等進行封堵，防止砂漿進入測溫管。待混凝土澆筑完成后，將電子測溫儀放置于測溫管內，將電子測溫儀分別放置于0.7m、1.0m和2.4m處，以此監測混凝土表面和中心溫度。

5 結語

本工程中，經混凝土溫度監測和控制，混凝土溫度與表面溫差保持在25℃以內，未出現溫度裂縫，結構性能滿足施工設計要求，取得了良好的工程實踐效果。在超高層建筑大體積混凝土施工中，施工單位應通過事前計算混凝土絕熱溫升、中心溫度、保溫層厚度等，通過混凝土試驗方式確定最佳配合比，優化混凝土施工組織設計和保溫養護管理措施，并加強大體積混凝土各環節施工管理，確保大體積混凝土施工質量，防止大體積混凝土溫度裂縫的產生。