高層建筑基礎(chǔ)承臺大體積混凝土施工技術(shù)研究

劉濤（青島博海建設(shè)集團有限公司，山東青島 266011）

城市化發(fā)展進展的加快，使社會土地資源呈現(xiàn)一種日趨緊張的狀態(tài)，為滿足更多群體的生存與生活需求，建筑開始向高層發(fā)展[1]。基礎(chǔ)承臺施工是高層建筑施工方案中的主要環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)施工中，需要澆筑大體積混凝土，但由于澆筑的混凝土材料的承臺結(jié)構(gòu)上會發(fā)生水化熱反應，且此種反應在結(jié)構(gòu)層上較為集中，而在一個相對較短的時間內(nèi)又無法實現(xiàn)熱量快速散出，導致基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)在施工中會存在較大的溫度差，此種溫差不僅會誘發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫，還極易造成結(jié)構(gòu)變形[2]。

1 工程概況

華山東十地塊工程為青島博海建設(shè)集團有限公司承包的住宅建設(shè)項目，此項目主要由住宅樓構(gòu)成，建筑總面積13.2萬m2，下述將對兩個主要建筑的基礎(chǔ)情況進行分析，見表1。

表1 住宅樓建筑基礎(chǔ)情況

在此項目研究中發(fā)現(xiàn)，該工程項目的施工具有工序復雜、施工作業(yè)面大、質(zhì)量標準要求高等特點，根據(jù)項目業(yè)主方提出的需求，在施工中，基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)施工縫。因此，要滿足針對此工程項目的混凝土連續(xù)澆筑施工需求，應在基礎(chǔ)承臺的后澆帶位置，采用分層、分次施工方式進行澆筑，保證承臺澆筑混凝土后的剛度，降低裂縫等工程病害的發(fā)生[3]。

2 高層建筑基礎(chǔ)承臺大體積混凝土施工技術(shù)

2.1 基礎(chǔ)承臺大體積混凝土溫度應力計算

為解決混凝土澆筑施工存在的裂縫問題，應在施工時做好對現(xiàn)場澆筑溫度的控制，并結(jié)合實際情況，計算溫度應力[4]。將基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)沿厚度方向平均劃分為n-1個薄層，假設(shè)每一層的厚度為h，利用下述一維熱傳導方程分析相鄰三個節(jié)點上的溫度，其表達式為：

式中T-為某一節(jié)點i在t時間上的溫度數(shù)值；

θ-為截斷誤差；

t-為時間；

x-為變量；

α-為一維熱傳導系數(shù)。

利用上述公式，對i節(jié)點和相鄰的i-1節(jié)點、i+1節(jié)點進行內(nèi)點溫度分析[5]。在結(jié)合差分原理的基礎(chǔ)上，利用各階偏導數(shù)對溫度數(shù)值進行描述。在上述計算基礎(chǔ)上，建立以下穩(wěn)定條件：

式中r-為穩(wěn)定閾值。

對公式（2）進行計算，當r≥1/2時，并且符合1-2r＜0的條件，則當某一節(jié)點上的溫度逐漸增加時，會造成振蕩現(xiàn)象產(chǎn)生。因此，為了避免振蕩發(fā)生，需要將r數(shù)值控制在1/2以下，以此才能夠滿足穩(wěn)定條件，確保最終不會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象[6]。假設(shè)結(jié)構(gòu)具備良好的連續(xù)性，在此種條件下，邊界上存在下述關(guān)系：

式中T1-為基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)底面溫度；

T2-為基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)基巖表面溫度。

根據(jù)上述地面邊界條件，在具體施工中嚴格控制相關(guān)參數(shù)，確保最終施工效果符合預期要求。

2.2 混凝土配合比及養(yǎng)護

根據(jù)上述工程的實際情況，針對混凝土原材料進行選擇，優(yōu)先選擇具有低水化熱性能的硅酸鹽水泥，將其作為澆筑施工的主要材料，除此之外，還需要含泥量小于1.5%、泥塊含量小于0.3%、含水率小于5.0%的中砂材料；粒徑在5mm～25.3mm范圍內(nèi)的卵石，其含泥量要求在0.2%以下[7]。在拌合混凝土材料時，可添加II等級粉煤灰材料，并根據(jù)需要添加適量膨脹劑。在確定配合比時，結(jié)合在試驗室當中通過多組試驗得到的結(jié)果選擇最佳配合比，并完成對適用于上述工程項目的混凝土配合比，如表2所示。

表2 基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)混凝土配合比

按照表2中的配合比完成對混凝土澆筑材料的配置。引進施工中的二次壓光法，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行規(guī)范化養(yǎng)護處理[8]。要求混凝土的養(yǎng)護時間不得小于10d，并且在每一天的上午、中午和下午都需要進行一次灑水養(yǎng)護，由專門的養(yǎng)護小組完成上述任務，如圖1所示。

圖1 混凝土灑水養(yǎng)護圖

2.3 大體積混凝土裂縫控制

為進一步提高施工質(zhì)量，還應當針對承臺結(jié)構(gòu)上容易產(chǎn)生裂縫的位置進行合理控制。在確定混凝土裂縫結(jié)構(gòu)產(chǎn)生機理后，明確在某一齡期t時的混凝土抗拉強度與結(jié)構(gòu)變形之間的應力關(guān)系，可將其以下述公式表示：

式中σ(t)為澆筑結(jié)構(gòu)在受到外界作用力影響后，出現(xiàn)形變問題時的應力值；

σN(t)為澆筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力分布；

σW(t)為在約束條件下的應力分布。

假設(shè)在某一齡期t時，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的抗拉強度為R(t)，則當R(t)＞σ(t)時，結(jié)構(gòu)上不會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，對混凝土裂縫進行控制。首先，選擇水化熱較低的水泥對混凝土裂縫產(chǎn)生預防。水泥的水化熱可以根據(jù)不同礦物成分以及添加混合材料的量決定。在施工中應當避免使用水化熱較高的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，可選擇利用低熱硅酸鹽水泥替代，以此能夠在確保混凝土施工設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，達到降低水化熱的效果。同時，還需要對建設(shè)過程中水泥材料的使用量進行嚴格控制。混凝土的干濕和化學變化對混凝土的體積會產(chǎn)生較大影響，但產(chǎn)生的影響遠遠小于水泥水化熱造成的混凝土體積變化，因此，除了需要使用較低水化熱的水泥材料以外，還應結(jié)合施工現(xiàn)場實際需求，控制水泥的摻入量，以此有效減少基礎(chǔ)承臺大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度變形。

2.4 大體積混凝土澆筑施工

在完成對裂縫的控制后，開展混凝土的澆筑施工工作，可采用如圖2所示的方法完成分段分層澆筑。

圖2 大體積混凝土分段分層澆筑示意圖

對需要進行澆筑的承臺結(jié)構(gòu)進行分層和分塊處理，并完成分期澆筑。沿著承臺水平縫方向，將其劃分為多個澆筑層結(jié)構(gòu)，分別針對每一層進行澆筑，一方面能夠方便混凝土施工，減少混凝土單位結(jié)構(gòu)內(nèi)的基礎(chǔ)尺寸，并進一步擴大其散熱面積；另一方面，在澆筑過程中，采用先底部澆筑、后頂部澆筑的順序，以此減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 實例分析

按照上文所述方式，對所選的工程項目進行施工，為確保工程施工可以達到預期的標準與設(shè)計要求，可在施工中，以《大體積混凝土基礎(chǔ)工程施工技術(shù)規(guī)程程》作為參照，設(shè)計兩個方面的溫度控制指標：①混凝土澆筑施工后，基礎(chǔ)承臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部結(jié)構(gòu)之間的溫度差控制在25℃范圍內(nèi)；②基礎(chǔ)承臺澆筑混凝土內(nèi)部溫度的下降速度控制在1.5℃/d范圍內(nèi)。

在此基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)對澆筑后結(jié)構(gòu)不同位置混凝土溫度的檢測，需要根據(jù)現(xiàn)場施工的具體部署，在施工平面上固定并安裝上下兩端呈現(xiàn)封閉狀態(tài)的溫度檢測套管，在套管的不同高度位置上安裝溫度測量組件，將其與計算機設(shè)備建立連接后，按照熱電轉(zhuǎn)換的方式，對澆筑混凝土結(jié)構(gòu)不同位置的溫度變化情況進行監(jiān)測。按照此種方式，布置基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境。施工現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備見表3。

表3 施工現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備

圖3 混凝土測溫現(xiàn)場

設(shè)計測溫裝置的周期為30s反饋一次，通過此種方式，確保終端監(jiān)測溫度與澆筑混凝土溫度變化保持同步。監(jiān)測作業(yè)現(xiàn)場見圖3。

統(tǒng)計施工后基礎(chǔ)承臺混凝土澆筑施工兩個溫度控制指標的具體數(shù)值（見上文指標①和指標②），見表4。

表4 混凝土澆筑施工溫度控制效果

通過表4所示的實驗結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的施工方案在實際應用中的效果良好，可以滿足在施工中將基礎(chǔ)承臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部結(jié)構(gòu)之間的溫度差控制在25℃范圍內(nèi)的同時，實現(xiàn)將基礎(chǔ)承臺澆筑混凝土內(nèi)部溫度的下降速度控制在1.5℃/d范圍內(nèi)。

施工完成后，在建筑上隨機選擇測點，對其進行裂縫檢測，發(fā)現(xiàn)澆筑作業(yè)面上并未出現(xiàn)明顯的裂縫，說明本文設(shè)計的施工方法可以在實際應用中實現(xiàn)對基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)裂縫的有效控制。

4 結(jié)語

為解決高層建筑基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)在施工中存在裂縫等病害問題，本文提出了針對性的施工方案。此方案在完成設(shè)計后被應用到實例中，經(jīng)過檢驗證明了此方案的可行性。

通過此次的研究，明確了保障基礎(chǔ)承臺結(jié)構(gòu)的規(guī)范化澆筑施工是提高建筑工程質(zhì)量的主要措施。但要進一步實現(xiàn)對裂縫的控制，應在后續(xù)的工作中加大對現(xiàn)場的勘查，結(jié)合實際情況設(shè)計規(guī)范化的施工作業(yè)方案，通過此種方式，實現(xiàn)對本文提出施工方案的精細化設(shè)計。