高層建筑筏板基礎大體積混凝土裂縫防控措施

陜艷娟（山西一建集團有限公司，山西 太原 030000）

隨著社會的發展，我國高層以及超高層建筑發展迅速，大體積混凝土結構隨之被廣泛應用于現代建筑工程中。但大體積混凝土在施工時經常受到各種因素影響，導致混凝土出現開裂問題，成為大體積混凝土的施工難點之一。大體積混凝土的開裂問題會嚴重影響建筑的結構安全和使用，因此，混凝土裂縫的防治十分重要[1]。通過對大量文獻和項目實例的查詢[2-5]，本文從溫度控制和自身裂縫防控兩方面研究大體積混凝土的施工技術。

1 大體積混凝土裂縫的產生原因

通過查詢大量相關文獻和對多個實際工程調研，對大體積混凝土裂縫產生機理深入研究，結合各方面因素影響，分析其對混凝土開裂造成的影響，總結大體積混凝土的開裂原因。

1.1 混凝土水化熱和外界氣溫影響

大體積混凝土在水泥水化階段產生的水化熱熱量非常龐大，由于混凝土的導熱能力一般，導致水泥水化釋放的熱量集中在混凝土內部難以發散，會引起溫度驟升。在混凝土實際施工時，外界的氣溫變化對混凝土的水化熱產生較大影響，在冬季施工時，混凝土的內部溫度和外界溫度產生的溫差較大，從而引發混凝土開裂。

1.2 混凝土的自收縮

混凝土在水泥水化階段，僅有少量水分會參與反應，大部分水分都會蒸發出去，水分蒸發又會引起混凝土體積變形，主要表現為收縮變形、膨脹變形；同時，混凝土中的水泥砂漿在硬化過程中也會發生微量的收縮現象；在施工環境的相對濕度不滿足條件時，混凝土的表面水分將會被蒸發，在這種表面張力的作用下，會出現收縮現象，導致混凝土開裂。

1.3 混凝土的約束情況

混凝土在發生變形的過程中，會產生相應的力來阻止其發生變形，這就是混凝土受到的約束條件。這種約束條件分為外約束和內約束兩種類型。外約束指的是外界條件對混凝土結構變形產生的約束，如模具或支座；內約束指的是混凝土內部溫度的差異和不均勻的收縮分布產生的不均勻變形造成相互約束。當約束大于某個值后，便會引起裂縫的出現。

2 工程案例

2.1 工程概況

某辦公樓建設工程，建筑高度約97.4m，地下2層停車場，地上26 層，建筑總面積約為5.6 萬m2，建筑主體結構為框架剪力墻結構，基礎采用樁基礎配合筏板基礎，筏板厚度達到1.6m，局部核心位置板厚要求2m，混凝土強度設計要求為C40，抗滲等級要求達到S8，建筑施工現場如圖1 所示。本工程混凝土澆筑體積達到4400m3，屬于大體積混凝土工程，且本工程要求筏板寬度達到68.4m×39m，因為底板設計為防水底板，所以對混凝土的裂縫問題要求嚴格。本文將從混凝土配合比設計優化、施工技術、溫度及裂縫控制等方面對工程進行闡述。

圖1 建筑施工現場

2.2 混凝土配合比設計

本工程施工過程較為復雜，面積大、難度高，對混凝土的強度要求較高。對此，本項目為降低混凝土的水化熱，選擇摻入粉煤灰，并摻入減水劑以延緩水化熱釋放速度，提高混凝土的工作性能和流動性額能，考慮到工程在冬季施工，還摻入了防凍劑。項目在施工前進行了多組試驗，對混凝土的配合比進行優化，試驗結果見表1。

表1 混凝土配合比

本工程選用的是P·O 42.5 級普通硅酸鹽水泥，Ⅱ級粉煤灰；粗骨料選用粒徑為5mm～25mm的碎石，表觀密度為2945kg/m3；細骨料選用中砂，含泥量為2.3%；水源取自當地自來水，外加劑選用防凍劑和減水劑。

3 基礎大體積混凝土施工要點

3.1 施工前期準備

為保障混凝土的澆筑質量，在施工準備階段，健全管理制度，成立管理部、監測部、后勤部等，并保證人員齊全，從而能夠良好地管理施工過程；對全體施工人員進行了多輪技術交底，保證施工人員技術達標；建立嚴格的材料監測機制，對水泥、粉煤灰等混凝土原材料和其他材料的質量多次抽檢，保證材料完好；做好現場整理工作，對材料儲存位置、設備停放位置以及運輸通道做好規劃，保障本項目能有序地完成各項工序；機械設備和測溫設備準備齊全，對重要設備做了備用方案，避免因機械損壞而耽誤工程施工；針對工程容易出現問題的地方做好應急預案，在發生問題或事故時能夠及時解決。得益于本工程完善的前期準備，工程在保障高質量的同時能夠順利完成施工。

3.2 鋪設冷凝管

采用在混凝土內部布設冷凝管，利用水的物理性質對混凝土內部直接降溫，同時，在表面覆蓋塑料薄膜和草袋等進行保溫處理，通過內部降溫和外部保溫的方法控制溫差。冷凝管材質采用鑄鐵管，用彎管和直管接頭連接冷凝管，為保證連接位置牢固，使用冷膠帶在連接處加固。冷凝管鋪設方式采用矩形排列，冷凝管水平間距1.2m，垂直間距0.9m。在進水口設置一個抽水泵，控制水速在0.9m/s左右，準備測溫儀器有專人看管，每3h測量一次溫度，從而有效控制混凝土內部溫度，保證溫差在25℃之內。

3.3 混凝土澆筑和振搗施工

基礎施工時，遵循“斜向分層澆筑、一個坡度、循序遞進、逐層到頂”的施工原則，由混凝土自身的流動性自然流淌形成斜坡，分層厚度控制在600mm，澆筑寬度控制在1m左右，每次澆筑時間大約1.5h，使每層混凝土的澆筑停歇時間不超過初凝時間，且分層界面的交界處不會漏振，避免冷縫的出現。在項目現場配備了技術過硬的施工人員負責振搗工作，并配備15 臺插入式振動棒和輸送泵搭配，在澆筑帶布置三個振搗點，第一個在出料位置，負責上部的振搗工作；第二個在中部位置，使混凝土能順利流淌；第三個在坡腳處，防止混凝土出現堆積問題，然后對整個澆筑帶全面振搗。振搗時，振搗點分布均勻，振搗棒作用半徑約400mm，振動操作遵循快插慢拔的原則，每次振動時間控制在15s左右，直至混凝土表面不再出現氣泡，泛出灰漿。并且，振搗時將振動棒插入下層混凝土50mm～70mm，成功避免了分層間裂縫的出現。

3.4 混凝土泌水和表面處理

由于混凝土澆筑采用分層施工，且澆筑時間間隔較長，所以在振搗時多次出現泌水和浮漿的現象，由于在結構側模位置的底部設置了排水孔，讓多余的水分從孔中排出，并且在積水較多的位置用軟抽泵將積水排出，避免了泌水對混凝土粘結力的影響，保證了混凝土的抗裂、抗滲能力。另外，由于本筏板工程高度較高，振搗后會泛出較多水泥漿，施工人員對此按照設計標高先用標尺刮平，在初凝前和終凝前用抹子抹壓兩遍，并對表面進行抹平處理，提高混凝土的表面強度，防止其因表面收縮而開裂，影響工程的施工質量。

3.5 混凝土測溫、保溫養護

由于施工時天氣較為寒冷，為保障混凝土的澆筑質量，掌握混凝土內部的溫度變化，且為拆模提供依據，在混凝土內部設置了測溫點，用電子測溫儀掌握混凝土內部的溫度變化，并且，配備了專人負責監控溫度變化，每3h 測定一次溫度，監測2d～4d，在溫差較大時及時加強保溫，把溫差控制在25℃之內。同時，由于項目是在冬季施工，所以采取覆蓋保溫養護，在澆筑3h內覆蓋嚴實，防止混凝土由于干縮產生裂縫，且在柱墻插筋處用薄膜覆蓋嚴實，并對其他重要位置做好保溫處理。

4 基礎大體積混凝土溫度及裂縫控制措施

本工程主要是通過冷凝管內部控溫和表面覆蓋保溫措施相結合，同時，通過電子測溫儀實時監控混凝土內部溫度，以保證混凝土內外溫差在可控范圍之內，避免裂縫問題的發生。

4.1 溫控措施和裂縫防控措施

為有效地控制溫度變化，應從混凝土內部布置冷凝管物理降溫、外界做好保溫工作、監控混凝土內部溫度和外界溫度的角度采取措施。首先，通過冷凝管內水循環來調控混凝土內部溫度，當內部溫度過高時，循環冷水快速降溫，溫差較小時，循環常溫水或停滯循環，以保障混凝土內外溫差保持平衡狀態；由于本工程在冬季進行施工，所以混凝土要在澆筑完成后，把入模溫度控制在10℃左右，脫模后通過多層覆蓋，保證混凝土的保溫保濕養護條件，第一層覆蓋塑料薄膜，第二層覆蓋養護毯，第三層覆蓋加厚的防雨布；通過電子測溫儀和多個測溫點的結合，有效監控混凝土內部溫度的變化，實時監控天氣變化，以此調控冷凝管內冷水和常溫水的選擇以及供水速率，并及時調整混凝土表面覆蓋物的厚度。通過這三者結合，成功地使混凝土內外溫差控制在20℃之內。

4.2 大體積混凝土裂縫防控措施

為了有效控制裂縫的出現，從控制混凝土內部的水化反應釋放的熱量、提高施工工藝水平、減少混凝土自收縮的角度采取措施。首先，選用水化熱低的水泥，摻入粉煤灰，盡量降低水泥的用量，以此降低混凝土的水化反應釋放的熱量，并選擇級配良好的碎石做骨料，摻入減水劑，改善混凝土的和易性，延緩水化熱的峰值期，從而降低水化熱；其次，采用分層分段的方法澆筑混凝土，同時設置后澆帶，降低混凝土的約束條件，減少混凝土水化熱的蓄熱量，從而降低溫度應力；最后，通過采用級配良好的粗骨料，保證振搗施工質量，提高胡凝土密實度，達到減少混凝土自收縮產生的變形，再結合二次振搗，提高混凝土抗裂性。

4.3 混凝土內部溫度監控和分析

根據混凝土澆筑順序，在澆筑之前布置測溫點，根據筏板厚度，總共設置10個測溫點，每一個測溫點頂部的測溫組件設置為距混凝土表面150mm 處，中部的測溫組件放置在混凝土中心位置，底部的測溫組件放置在距混凝土下表面150mm 處，通過三處位置的測溫組件對混凝土內部溫度實時監控，指導混凝土施工。本工程采用的測溫裝置的巡檢周期設置在30s，在施工現場，配備有專人對混凝土的溫度變化實時記錄，每3h或溫差變化接近25℃時，要向管理人員進行匯報。

本工程從開始進行混凝土的澆筑到澆筑完畢，澆筑時長達到60h，外界溫度最低氣溫6℃，最高氣溫13℃，混凝土入模溫度控制在10℃～15℃。通過測溫結果顯示，1#測點首先進行澆筑，位于1.5m 的單樁承臺，水化熱達到峰值所用時長為32h，47.6℃；8#測點位于2.6m 的大承臺位置，水化熱達到峰值所用時長為45h，53.6℃。由此可見，大部分水化熱在2d 左右便能達到峰值，且澆筑點厚度越厚，溫度峰值便越高，此外，水泥用量和入模溫度對其也會起到影響。

5 結語

本文在查詢大量相關文獻和對多個實際工程調研后，以辦公樓筏板基礎工程為例，總結了大體積混凝土裂縫的產生機理和防控措施，得出以下結論：

（1）溫差裂縫和收縮裂縫是大體積混凝土開裂的主要原因，可以從設計、材料、施工以及管理監控等多方面進行裂縫的防控。

（2）本工程采取優化設計、提供施工工藝水平以及加強溫度監控等有效施工控制措施，使得本工程各個測溫點溫差均未超過25℃，沒有裂縫產生，施工質量良好。

（3）根據本工程實際施工情況，監控混凝土內部溫度對施工質量起到了有效的幫助，此外，施工人員的施工技術對裂縫的產生關系重大，不可忽視。