大體積混凝土跳倉法澆筑施工應用及關鍵技術措施

中圖分類號：TU745 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0082-07

Abstract：The hydration heatof massconcrete pouring causes theinternal heatingandcoling processIfreasonable measures arenottaken，harmfultemperatureshrinkagecrackswillappearuringthemassconcretepouringandcoolingprocessTetraditioal practiceofsetingpost-pouredstripshasgreatdificultiesitermsofshedule，qualityandmanagementInviewoftissituation thispapertakesthefoundationslabpouringofahigh-risebuildingwithatotalbuildingareaof178，50Om2astheresearch background，itroducestchicalicipleofempingiletdndtdingsilethod，dfti processofthejumpingsilomethodconstructiontechnologyinactualprojectslabpouringandkeyconstructiontechnicaleasures. Basedonthefiniteelementcalculationresults，therationalityofthejumpingsilomethodconstructionforthisprojectisproved， which providesengineering practical experience forthejumping silo method pouring construction technologyof mass concrete.

Keywords：massconcrete;jumpingmethodconstructiontechnology；thermal stress finiteelementanalysis;concreteexpansion post-poured strip; technical application

混凝土材料抗拉強度通常僅為抗壓強度的十分之一，短期加載極限拉伸變形范圍為 （0.6～1.0）×10^-4 大約相當于溫降 6～10C^[1] 。相較普通鋼筋混凝土結構，大體積混凝土配筋率較低，混凝土部分承擔較大部分拉伸變形，鋼筋承受受拉變形作用不突出，易出現受拉裂縫。大體積混凝土澆筑初期水泥水化熱導致混凝土內部溫度急劇上升，混凝土強度尚未完全成型，保留一定“流塑性”，升溫變形引起的壓應力較??；水化熱后期升溫速度小于散熱速度，混凝土內部溫度逐漸降低，混凝土強度和彈性模量成型，混凝土降溫收縮變形將產生較大拉應力，引起開裂。上述過程基于混凝土較低的熱傳導性能，混凝土溫升溫降過程在內部產生溫度梯度，因此在大體積混凝王施工過程中，采取合理措施減少和釋放溫度應力是研究重點。

1 工程概況

余政工出（2020）32號軟件和信息技術服務項目位于市余杭區五常街道，總建筑面積 178500m² 是由一棟十字形主樓和地下室組成的高層建筑，地上10層，地下4層，如圖1所示。地上主樓采用框架-剪力墻結構，地下室采用板柱結構，基礎采用樁筏式基礎。地下室長 167.8m ，寬 143.6m ，地下工程防水等級為一級，基礎及地下室外墻混凝土設計抗滲等級為P6～P8，底板厚度 1.2m ，底板采用跳倉法施工，施工現場底板澆筑如圖2所示。

2 跳倉法施工技術

2.1大體積混凝土施工溫度效應

跳倉法是解決大體積混凝土施工溫度裂縫的一種施工方法，可替代傳統設置后澆帶施工方法，具體做法為將大體積混凝土劃分為多個倉塊，相鄰混凝土倉塊施工時間間隔控制大于7d，利用間隔時間釋放混凝土水化熱降溫收縮變形產生的約束應力。跳倉法要求“抗放結合，先放后抗\"，所說的\"放\"即釋放混凝土水化熱降溫收縮變形，包括分倉澆筑、分層澆筑及養護措施等方法；而“抗\"是通過控制混凝土原材料、優化配合比及加強構造配筋措施等方面提高混凝土受拉強度。跳倉法分別從控制大體積混凝土收縮變形量和提高混凝土自身受拉變形能力2個方面，控制大體積混凝土施工伸縮裂縫。

圖1建筑效果圖

圖2項目現場底板澆筑

2.2傳統后澆帶方案問題

本項目原設計采用伸縮后澆帶控制底板混凝土最大施工長度，如圖3所示，但傳統伸縮后澆帶做法自身存在一定問題： ① 伸縮后澆帶在封閉前需采用正水做法，構造復雜，材料、管理、人工等成本較高；② 延長工期，設計規范要求45d后才能封閉伸縮后澆帶，延長模板使用時間； ③ 降低工程質量，由于施工后澆帶時周邊結構已經完工，難以泵送，后澆帶封閉通常采用人工運輸緩慢澆筑，增加養護難度，后澆帶內雜物清理問題增加工程質量風險。伸縮后澆帶做法增加較多施工上負擔，大體積混凝土跳倉法施工去除后澆帶具有明顯優勢。

圖3傳統后澆帶做法

2.3 跳倉法分倉

國家規范GB50496—2018《大體積混凝土施工標準》規定，跳倉的最大分塊單向尺寸不宜大于 40m ，中國工程建設標準化協會標準T/CECS640—2019《超長大體積混凝土結構跳倉法技術規程》規定，當分倉尺寸大于 40m 時，應通過計算溫度收縮應力確定分倉尺寸，根據極限變形概念研究推導的平均伸縮間距計算公式如下

式中： [L] 為平均伸縮縫間距（最大不裂分倉長度）； E 為混凝土彈性模量； H 為底板厚度或板墻高度； C_X 為地基或基礎水平阻力系數； α 為混凝土線膨脹系數； T 為互相約束結構的綜合降溫差，包括水化熱溫差 T₁ 氣溫差 T₂ 和收縮當量溫差 T₃ ，即 為鋼筋混凝土的極限拉伸應變。水化熱溫差 T₁ 可按下式計算

式中： T₁（t） 為混凝土齡期為 χ_t 時的絕熱溫升； W 為每立方混凝土的膠凝材料用量； Q 為膠凝材料水化熱總量； c 為混凝土的比熱： _;ρ 為混凝土的質量密度； ?_m 為與水泥品種、用量和入模溫度等有關的單方膠凝材料對應系數。

在加強養護和充分利用徐變基礎上，此項目通過計算可最長一次性澆筑 64m 而不出現有害的貫穿性裂縫。最終此項目底板跳倉法施工分倉如圖4所示，最大分倉長邊 61.65m ，圖中數字序列代表施工順序，相同數字表示在同一時間澆筑，每個施工順序間隔時間大于等于 7d 。

3溫度應力有限元計算

3.1有限元模型建立

采用MIDASFEANX有限元軟件對地下室地板跳倉法施工溫度應力進行有限元分析，選取如圖4所示A-B-C編號倉塊分析，在A倉塊混凝土澆筑7d后，再同時澆筑B和C倉塊。

圖4跳倉法分倉及施工順序示意圖

模型采用實體單元分析混凝土溫度應力，將CAD圖紙混凝土倉塊外邊線保存為DXF文件，再將倉塊邊線數據導人FEANX中建立平面并劃分 1000mm 長度網格，再用擴展方法沿厚度方向等間距劃分網格大小 200mm 厚的實體單元模型，經過試算，此網格大小兼具分析精度及分析效率，如圖5所示。不同倉塊的實體單元通過合并節點單元方式傳遞熱量和變形，并考慮施工模擬分批次激活。

圖5A、B和C倉塊實體模型網格

設定地基底部固定溫度模擬地基土散熱作用，混凝土上表面及側邊與空氣進行對流熱交換，混凝土定義絕熱升溫曲線模擬水花熱過程，FEANX水化熱分析軟件中在有3個倉塊3個熱源時，并且考慮施工模擬先后澆筑過程，升溫曲線應采用有效齡期?；炷翜囟葢τ嬎慊具壿嬋鐖D6所示，首先根據熱傳導公式和溫度邊界條件計算模型每個節點溫度（溫度場），然后計算各個位置溫度差帶入線膨脹系數 α_temp 得到節點之間位移，再根據力學上經典應力應變公式確定節點應力 σ_temp （考慮混凝土時變彈性模量 E（t） ），最終根據溫度應力（考慮安全系數 K ）與混凝土齡期 χ_t 時抗拉強度標準值 f_tk（t） 大小進行結構開裂判斷。

圖6溫度應力有限元計算過程

3.2混凝土熱工參數

混凝土熱工參數是研究混凝土溫度效應的重要前提，混凝土熱學性能中的導溫系數 α 、導熱系數 λ ！比熱容 Ψ_c 和混凝土密度 ρ 滿足公式（3）關系式，實際應用中混凝土材料配合比會有差異，上述參數一般由試驗測量，也可根據水、水泥及骨料等非混合物熱學性能和配合比進行加權平均進行估算，混凝土熱工參數見表1，混凝土表面空氣對流換熱系數考慮工程中覆蓋保溫材料。

表1混凝土熱工參數

A、B和C倉塊混凝土均在2022年7月份市余杭區進行澆筑施工，該月份平均每日最低氣溫23% ，最高氣溫 40% ，如圖7所示，采用正弦函數模擬混凝土澆筑時環境溫度，模型通過空氣對流交換系數考慮環境溫度對混凝土水化熱散熱的影響。由公式（2）建立如圖8所示的混凝土水化熱升溫曲線，單方膠凝材料經驗系數 m 取0.016（ ，最大絕熱溫升42.3‰ ，混凝土絕熱升溫曲線表征混凝土熱量產生過程，升溫曲線的斜率表征水化熱生熱的速率。

圖7環境溫度曲線

圖8混凝土水化熱絕熱升溫曲線

混凝土時變力學性能見表2，考慮混凝土澆筑初期強度尚未成型對混凝土應力影響，使計算過程更加完善合理[]。

表2C35混凝土時變力學參數

3.3有限元計算結果

3.3.1 溫度變化結果

倉塊中心節點混凝土溫度變化曲線如圖9所示，階段一表示第一個7天澆筑A倉塊，階段二表示第一個7天澆筑B和C倉塊。A、B和C倉塊混凝土內外溫度變化呈現相同規律，先增大后減小，最后趨于環境平均溫度，各倉塊在澆筑 108h 左右達到溫度極值，此時混凝土水化熱生熱速率和體系散熱速率達到臨界平衡，內部中間水化熱極值溫度分別為48.9、54.6和 150.1^°C ，各倉塊最大水化熱內外溫差均小于 15^°C O

澆筑 ^108h 倉塊A中間溫度如圖10所示，其中局部最大溫度 57.4^cC ，相對澆筑初始溫度 25°C 上升22.4‰ 。倉塊四周溫度漸變是因為施加了倉塊側邊額外散熱，模擬支護模板散熱影響，設定散熱效率比上表面空氣換熱散熱效率更低

A倉塊混凝土澆筑完成7d后筑B和C倉塊，澆筑后 252h 混凝土水化熱溫度云圖如圖11所示。3個倉塊形狀和大小表現出溫度云圖上的區別，溫度云圖上存在局部溫度集中，可能的原因是倉塊形狀存在局部收進，非規則長方體。3個倉塊升溫效率（升溫曲線）相同，散熱途徑有3個：上表面空氣對流換熱、側邊散熱和下表面地基傳熱，上下表面散熱為主要途徑，3個倉塊均出現了溫度集中。

圖11澆筑 252h 混凝土溫度云圖

當設定地基土恒定為初始溫度 25^°C 時，混凝土水化熱考慮地基土對混凝土底板傳熱影響，地基熱傳導率設定為 7.12kJ/（m?h?C） ，地基散熱效率相對于混凝土自身傳導率更低，混凝土更容易在遠離空氣表面的內部形成積熱9]。

3.3.2 應力變化

分倉澆筑A、B和C倉塊，各倉塊溫度和應力變化有較為相同的特征，混凝土底板澆筑過程內部溫度應力如圖12所示，A倉塊單獨澆筑時，中間部分應力由受壓轉為受拉，倉塊中間，在 ^108h 時達到第一個應力極值，然后內部應力開始降低，此過程和溫度先升后降。

圖12澆筑過程混凝土應力云圖

A倉塊中間內外節點應力隨澆筑時間變化如圖13所示，倉塊中間內部升溫過程中存在較小的壓應力，后面隨著倉塊降溫后期，逐漸出現較大的拉應力；倉塊中間表面僅在降溫過程中出現較大拉應力。根據有限元計算結果，混凝土溫度應力即受拉裂縫容易出現在降溫過程，有限元分析中建筑底板在平面尺度遠大于厚度尺度情況下，混凝土受壓效應弱于受拉效應。倉塊周邊表面區域，應力變化趨勢和內部溫度趨于一致，應力隨澆筑過程先增大后減少，應力峰值較大，是最易發生混凝土開裂區域。

圖13典型倉塊內外節點應力變化

以上計算結果中，出現了部分區域（周邊表面）混凝土受拉應力輕微超過了開裂應力，在實際施工驗收過程中，并未發現混凝土表面開裂情況，可能的原因：① 有限元分析中未考慮鋼筋，特別是防裂鋼筋網對混凝土開裂的影響； ② 跳倉法施工，其核心是“抗\"與“放”的結合，有限元分析中更多考慮分倉后對混凝土約束的“放”，釋放溫度應力，施工中抵抗溫度裂縫技術措施并未考慮； ③ 出現溫度應力較大值區域范圍較小，盡管超過受拉應力標準值但也十分接近?？傮w而言，根據計算結果和現場施工措施，混凝土底板溫度應力處于可靠范圍內。溫度計算中的邊界條件，其中有底板下部土溫度、混凝土澆筑入模溫度、澆筑完成后表面大氣環境溫度等[，而實際施工中會有太陽熱輻射物體升溫，此部分溫度影響可通過施工控溫措施進行控制。

4跳倉法施工技術措施

4.1混凝土材料控制與配合比優化設計

混凝土材料控制與配合比設計的原則是在保證抗壓強度滿足要求的條件下，盡量提高抗拉強度及采用低水化熱水泥，同時從減少水泥用量與用水量2個方面減小混凝土的溫度收縮與干燥收縮[1]。減少水泥用量可有效降低混凝土水化熱[13]，本項目控制水泥水化熱3d小于 小于 270kJ/kg ，水泥的進攪拌站溫度應小于 60°C ，根據抗滲需求，水泥的鋁酸三鈣含量不大于 8% ，不摻加膨脹劑類外加劑，混凝土配合比見表3，同時保證要求初設澆筑混凝土入泵坍落度在 （180±20）mm ，到澆筑倉面坍落度在（ 160±20 ）mm，澆筑過程中嚴禁加水，保證混凝土具有良好的和易性與保水性，施工現場混凝土澆筑如圖14所示。

表3C35混凝土配合比

圖14現場混凝土澆筑

4.2施工縫設計與施工要求

分倉澆筑混凝土施工縫需采取防水措施，底板與外墻、底板與底板分別采用鋼板止水帶，底板施工縫如圖15所示，施工縫處采用12雙向方格（ 200mm× 80mm ）骨架，骨架上再綁扎雙層20目 /cm² 不銹鋼絲網封堵混凝土，設置止水鋼板時骨架及鋼絲網上下斷開，如圖16所示，此種做法相較于圖3傳統后澆帶做法更簡單，需要的后續措施較少。

施工縫處混凝土澆筑前將該處模板面清除干凈，鑿除浮槳和未經嚴格振搗不夠密實混凝土，并對混凝土和模板進行濕潤。澆筑時應避免直接靠近施工縫已終凝的混凝土邊緣下料和振搗，但應對施工縫內新澆筑的混凝土加強振搗，使其結合緊密。施工縫處混凝土澆筑后應加強養護，時間不少于14d，地下室外墻在距基礎底板上皮不小于 500mm 截面留施工縫。

4.3混凝土澆筑施工及控溫措施

為提高混凝土澆筑質量，本項目采取了分層布料、分層振搗、分層斜坡推進等澆筑方法，如圖17所示。設定每層澆筑厚度 400mm ，坡度1：6至1：7，坡腳錯開不小于 3m 為宜，在混凝土坡腳、坡道中間和表面設置3道振搗點，進行充分振搗并及時排除泌水。上層澆筑時間需在下層混凝土初凝之前，應合理安排每層澆筑間隔，不出現冷接縫，每塊倉澆筑路線如圖18所示，長邊方向弓字型推進。

混凝土澆筑前，將基層和模板澆水濕透，如果沒有澆水或澆水不夠，則模板吸水量大，干燥模板將過多吸收混凝土中拌合物中的水分，將引起混凝土的塑性收縮，產生裂縫[14。基礎底板混凝土表面進行了抹壓，混凝土入模用刮桿刮平后進行噴霧養護（圖19），在混凝土初凝前后進行第一遍人工壓抹、收光工作，邊壓抹、收光邊覆蓋薄膜（圖20）。在混凝土終凝前后進行第二遍人工壓抹、收光與抹光機收光工作，掀一塊收一塊，收光完畢后立刻重新覆蓋薄膜與覆蓋土工布或麻面袋，此措施可降低混凝土早期應力[15]。

本文3.2節理論分析可知，混凝土內外溫差是導致混凝土溫度裂縫關鍵因素，混凝土表里溫差越大，混凝土表面裂縫安全系數越小。依據規范GB50496—2018《大體積混凝土施工標準》和T/CECS640—2019《超長大體積混凝土結構跳倉法技術規程》 等溫度控制要求，本項目采取了如下控溫措施： ① 混凝土澆筑后，實時監控混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率及環境溫度，入模溫度的測量及測溫點布置如圖21所示。 ② 為降低入模溫度，澆筑時間盡量定于夜間與清晨。入模溫度控制在 5～30°C ，不大于 32°C ，混凝土澆筑體內相鄰兩測溫點溫差不大于 25^°C 。 ③ 混凝土澆筑后 12h 內，采取控溫、保濕措施使混凝土的降溫速率不大于2% ，養護時間不少于 14d 。 ④ 在覆蓋養護或帶模養護階段，混凝土澆筑體內部溫度與表面溫差不大于25^°C ；結束覆蓋養護或拆模后，混凝土澆筑體表面以內 50mm 位置處的溫度與環境溫差不大于 20% □

圖21底板測溫點豎向測點定位布置

5結論與展望

1）跳倉法施工技術能有效控制大體積混凝土澆筑時產生伸縮裂縫，從抵抗混凝土拉應力、降低混凝土內外溫度差和釋放溫度變形3個方面保證混凝土施工質量，替代傳統伸縮后澆帶施工工藝，解決設置后澆帶導致的痛點問題。

2）建筑結構底板為典型扁平結構，熱量主要傳遞方向為混凝土上下表面，混凝土熱對流交換系數較大程度影響混凝土散熱效率，繼而影響混凝土內外溫差，不同倉塊之間溫度傳遞效應并不明顯，分倉之后能極大減少混凝土開裂計算長度。

3）根據有限元計算結果，混凝土分倉時，盡量使得混凝土較為規整，突出和收進位置，容易使水化熱熱量產生區域集中?；炷翝仓^程，內部中間是溫度較大區域，而較大受拉應力出現在倉塊表面的四周。

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