超高層建筑基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)研究

許東陽(yáng)

（廈門城健建設(shè)有限公司，福建 廈門 360100）

0 引言

基礎(chǔ)大體積混凝土具有整體性能好、沉降量小、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在高層、超高層建筑中應(yīng)用廣泛。但由于混凝土水化熱特性，大體積混凝土水化熱產(chǎn)生的熱量容易在內(nèi)部集聚，如控制不當(dāng)則可能產(chǎn)生溫度裂縫，包括收縮裂縫、貫穿裂縫等，會(huì)對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此只有通過(guò)原料質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)、加強(qiáng)施工管理和養(yǎng)護(hù)管理等措施加以控制。

1 工程概況

本工程為創(chuàng)冠國(guó)際中心項(xiàng)目，項(xiàng)目地址位于福建省廈門市思明區(qū)觀音山商務(wù)營(yíng)運(yùn)中心項(xiàng)目?？偨ㄖ娣e為56721.49 m2，層高31 層，其中地下4 層。地下室底板面標(biāo)高-16.3m，地下室防水除設(shè)備房、地下室頂板等級(jí)為一級(jí)外，其余主體部分防水等級(jí)二級(jí)。主樓基礎(chǔ)筏板和純地下室底板混凝土強(qiáng)度均為C35，采用密實(shí)性防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)P10，混凝土中應(yīng)摻入抗裂防水劑。本工程設(shè)計(jì)等級(jí)為1級(jí)，抗震等級(jí)為2 級(jí)，安全等級(jí)為2 級(jí)，設(shè)計(jì)使用壽命為50年，抗震設(shè)防烈度為7 度。本工程為超高層建筑，地下室塔樓部分基礎(chǔ)厚度為2.4m，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，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(zhì)量控制與配合比設(shè)計(jì)

2.1 混凝土原料質(zhì)量控制

本工程采用商品混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P10，設(shè)計(jì)坍落度為180±20mm。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)混凝土原料質(zhì)量如下：

（1）水泥。采用P42.5 型號(hào)水泥，水泥比表面積為354m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度為25.9，初凝時(shí)間為3h，終凝時(shí)間為6h。安定性檢測(cè)合格，3d 抗折強(qiáng)度大于3.5MPa，抗壓強(qiáng)度大于17.0MPa，28d 抗折強(qiáng)度大于6.5MPa，抗壓強(qiáng)度大于42.5MPa。

（2）骨料。本工程采用連續(xù)級(jí)配的細(xì)骨料為中砂，含泥量控制在1%以內(nèi)，細(xì)度指數(shù)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(xù)級(jí)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(dāng)摻量達(dá)到0.4%時(shí)，其減水率為14%左右；摻入緩凝型CSA 膨脹劑，對(duì)混凝土收縮應(yīng)力起到良好的補(bǔ)償作用。

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

2.2 混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)配合比試驗(yàn)研究，最終確定本工程混凝土配合比方案如下：

對(duì)P42.5 水泥、中砂細(xì)骨料、5～20mm 的粗骨料、飲用水、Ⅱ級(jí)粉煤灰摻和料及FDN-G 外加劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，P42.5 水泥為425kg,中砂細(xì)骨料為552kg,粗骨料為1084kg，飲用水為167kg,Ⅱ級(jí)粉煤灰摻和料為108kg,FDN-G 外加劑為13kg。在具體施工中，這些項(xiàng)目的配合比分別為P42.5 水泥為425kg,中砂細(xì)骨料為594kg,粗骨料為1099kg，飲用水為110kg,Ⅱ級(jí)粉煤灰摻和料為108kg,FDN-G 外加劑為13kg。

根據(jù)試驗(yàn)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(qiáng)度為41.5MPa，28d 強(qiáng)度為58.1MPa，拌合物坍落度為180±20mm，混凝土強(qiáng)度、坍落度均滿足工程設(shè)計(jì)要求。

3 大體積混凝土溫度計(jì)算

為確保大體積混凝土溫度控制的有效性，應(yīng)對(duì)混凝土溫度進(jìn)行計(jì)算，以此制定有效的溫度控制措施。大體積混凝土溫度計(jì)算具體包括水化熱計(jì)算、內(nèi)外溫差計(jì)算等。

3.1 混凝土絕熱溫升計(jì)算

根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GB50496-2018）提供的計(jì)算公式，大體積混凝土絕熱溫升計(jì)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(jù)混凝土配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)，計(jì)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(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合拌和溫度、環(huán)境溫度和運(yùn)輸損失，計(jì)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(huán)境溫度，℃；A,+A2-A3+IAN為混凝土運(yùn)輸損失系數(shù)，取0.3455?；炷翝仓h(huán)境溫度取7℃，計(jì)算混凝土澆筑溫度為Tj=9.26=9.26℃。

根據(jù)混凝土拌和溫度和澆筑溫度，計(jì)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(shù)值，取2.718；t 為齡期，d；m 與水泥品種、振搗溫度相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，澆筑溫度取值為10℃，經(jīng)查表可得，m 取值為0.318。根據(jù)水泥品種、齡期和常數(shù)值系數(shù)，計(jì)算可得，不同齡期的1-e-mt計(jì)算值為：

表1 不同齡期的計(jì)算值

根據(jù)式3 計(jì)算所得，計(jì)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(jì)算

根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GB50496-2018），計(jì)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(shù)，查表獲得。

根據(jù)式4，計(jì)算混凝土中心溫度為：

表2 混凝土中心溫度

根據(jù)計(jì)算結(jié)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(yǎng)護(hù)措施計(jì)算

以環(huán)境溫度7℃，計(jì)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(dǎo)熱系數(shù)，泡沫板取0.038W/Mk；T2為混凝土表面溫度，取25℃；Tq為環(huán)境溫度，取7℃；Kl為傳熱修正系數(shù)，取1.3；λ為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33 W/Mk；T1(t)為混凝土中心溫度，取44.34。

根據(jù)式5計(jì)算所得，混凝土養(yǎng)護(hù)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(shù)規(guī)范要求。在混凝土表面覆蓋1層薄膜和草墊即可滿足養(yǎng)護(hù)要求。

4 大體積混凝土施工及質(zhì)量控制

4.1 混凝土澆筑施工

在混凝土澆筑施工前，應(yīng)對(duì)混凝土泵送路線、操作過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化布局。首先，根據(jù)本工程大體積混凝土澆筑面積大的特點(diǎn)，合理劃分混凝土澆筑區(qū)域，具體支撐結(jié)構(gòu)如圖1所示；其次，根據(jù)分層澆筑原則，按1:6坡度進(jìn)行澆筑?；炷翝仓缘讓娱_(kāi)始，兩臺(tái)泵送設(shè)備同步澆筑。分層澆筑時(shí)，應(yīng)待下層混凝土達(dá)到初凝后再澆筑上一層。此外，針對(duì)混凝土澆筑過(guò)程中可能出現(xiàn)的沁水現(xiàn)象，可借助抽水設(shè)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(gè)點(diǎn)的振搗持續(xù)時(shí)間不少于30s，直至混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡、灰漿為止。振搗點(diǎn)距離應(yīng)均勻、密實(shí)，振搗點(diǎn)間隔為300～400mm。為確?；炷琳駬v密實(shí)，每臺(tái)混凝土甭管附近設(shè)置2臺(tái)振搗棒，1臺(tái)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(tái)布置于坡底，用于下層混凝土振搗。針對(duì)鋼筋密集的混凝土位置，應(yīng)加強(qiáng)振搗，振搗棒插入下層混凝土深度為5cm。

圖1 泵管支撐結(jié)構(gòu)示意圖

4.3 混凝土表面處理與養(yǎng)護(hù)

混凝土初凝前，應(yīng)進(jìn)行首次抹壓，確保混凝土表面平整，并臨時(shí)覆蓋塑料膜。在混凝土終凝前1～2h進(jìn)行二次抹壓。如澆筑完成后，混凝土表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，應(yīng)利用素灰漿進(jìn)行抹平處理。在混凝土終凝后，應(yīng)及時(shí)覆蓋薄膜和草墊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在養(yǎng)護(hù)管理期間，應(yīng)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(shí)，可采用燈照或搭設(shè)保溫棚等方法提高混凝土表面溫度，混凝土灑水養(yǎng)護(hù)不得少于7d。此外，在混凝土養(yǎng)護(hù)期間，嚴(yán)禁在混凝土表面行走或搭設(shè)支架，避免因外部荷載導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)破損。

4.4 混凝土溫度監(jiān)控

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

5 結(jié)語(yǔ)

本工程中，經(jīng)混凝土溫度監(jiān)測(cè)和控制，混凝土溫度與表面溫差保持在25℃以內(nèi)，未出現(xiàn)溫度裂縫，結(jié)構(gòu)性能滿足施工設(shè)計(jì)要求，取得了良好的工程實(shí)踐效果。在超高層建筑大體積混凝土施工中，施工單位應(yīng)通過(guò)事前計(jì)算混凝土絕熱溫升、中心溫度、保溫層厚度等，通過(guò)混凝土試驗(yàn)方式確定最佳配合比，優(yōu)化混凝土施工組織設(shè)計(jì)和保溫養(yǎng)護(hù)管理措施，并加強(qiáng)大體積混凝土各環(huán)節(jié)施工管理，確保大體積混凝土施工質(zhì)量，防止大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生。