超長(zhǎng)超厚筏板基礎(chǔ)大體積混凝土無(wú)縫施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用

魏國(guó)智

（寧夏對(duì)外建設(shè)有限公司,寧夏 銀川 750021）

溫差裂縫是大體積混凝土常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷,其形成原因是混凝土表面溫度低而內(nèi)部溫度高,在內(nèi)外溫差過(guò)大的情況下,溫度應(yīng)力不同進(jìn)而引起破壞性裂縫。無(wú)縫施工技術(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)混凝土的入模溫度、各物料的配合比,以及溫度監(jiān)測(cè)與溫度調(diào)控的配合措施,實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土內(nèi)外溫差的調(diào)節(jié)。隨著超長(zhǎng)超厚筏板基礎(chǔ)在現(xiàn)代建筑中得到推廣應(yīng)用,掌握無(wú)縫施工技術(shù)的應(yīng)用技巧成為保障工程建設(shè)質(zhì)量的重要舉措。

1 工程概況

某寫(xiě)字樓總建筑面積13.3 萬(wàn)m3,共28 層,其中地下2 層,地上26 層,結(jié)構(gòu)高度101.6 m。建筑總體采用鋼框架- 鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu),抗震設(shè)防烈度為8 度,設(shè)計(jì)使用年限50 年。建筑基礎(chǔ)部分采用筏板形式,長(zhǎng)37.7 m,寬28.2 m,分為A、B 兩個(gè)區(qū)域,A 區(qū)為3 m 厚底板,面積有2 154 m2,B 區(qū)為1.8 m 厚底板,面積有680 m2。本次工程的筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑總量預(yù)計(jì)為9 000 m2,統(tǒng)一使用C40 級(jí)混凝土澆筑[1]。由于筏板基礎(chǔ)混凝土的澆筑厚度均超過(guò)了1 m,故屬于大體積混凝土?？紤]到大體積混凝土內(nèi)外溫差大,在溫度應(yīng)變作用下容易出現(xiàn)裂縫,在實(shí)際施工中需要重點(diǎn)做好溫度的監(jiān)測(cè)與控制,從而達(dá)到無(wú)縫施工的技術(shù)要求。

2 施工方案設(shè)計(jì)

2.1 物料的選擇

筏板基礎(chǔ)施工所用混凝土主要由水泥、骨料、摻料等組成,各組成材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1） 水泥采用P.042.5 水泥,要求水泥無(wú)板結(jié)問(wèn)題；

（2） 粗骨料選用粒徑為5～20 mm 的碎石,含泥量≤0.8%；

（3） 細(xì)骨料選用優(yōu)質(zhì)中砂,細(xì)度模數(shù)為2.4,含泥量≤0.4%；

（4） 外摻料有粉煤灰和礦渣粉2 種,其中粉煤灰為II 級(jí),礦渣粉為S95 級(jí)?；郀t礦渣粉；

（5） 外加劑有減水劑和抗裂劑2 種；（6） 水選用飲用自來(lái)水。

2.2 混凝土的配合比

按照上述要求確定配制混凝土的物料后,還要通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定出最佳配合比,最終確定的筏板基礎(chǔ)大體積混凝土配合比如表1 所示。

表1 混凝土各物料的配合比（kg/m3）

按照上述配合比制作混凝土試件,并進(jìn)行試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果表明,試件7 d 強(qiáng)度達(dá)到32.6 MPa,28 d 強(qiáng)度達(dá)到48.8 MPa,能夠滿足該高層建筑工程中基礎(chǔ)筏板的承壓要求。

3 大體積混凝土的無(wú)縫施工

3.1 混凝土的運(yùn)輸

由于施工場(chǎng)地空間有限,筏板基礎(chǔ)所用混凝土由附近的拌合站提前制備,然后用砼車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。本次工程中共選用8 臺(tái)最大載重10 t 的混凝土運(yùn)輸車(chē),以及6 臺(tái)泵送效率為40 m3/h 的混凝土泵車(chē),可保證施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑量不低于3 600 m3/d。同時(shí),科學(xué)規(guī)劃運(yùn)送路線,將運(yùn)輸時(shí)間控制在1.5 h 以內(nèi),避免混凝土長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸出現(xiàn)離析、泌水情況。混凝土運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)后,首先檢查坍落度、溫度等參數(shù),判斷是否滿足澆筑要求。如果不滿足,一律不得使用,滿足要求的可用于筏板基礎(chǔ)澆筑施工。

3.2 混凝土的澆筑

本次工程中,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形情況和無(wú)縫施工技術(shù)要求,確定了“自西向東、斜向分層、薄層澆筑”的混凝土澆筑作業(yè)方法。從大斜面分層下料,層層澆筑、分層振搗,每層厚度控制在50 cm 左右。第一層澆筑完畢后立即開(kāi)始振搗,同一點(diǎn)位振搗時(shí)間控制在30～40 s,隨后將插入式振搗棒移動(dòng)至下一點(diǎn)位[2]。第一層混凝土全部振搗結(jié)束后,靜置約15 min,然后開(kāi)始復(fù)振,這樣既可以使大體積混凝土內(nèi)部氣泡完全逸出,減少混凝土的蜂窩、麻面等質(zhì)量問(wèn)題；同時(shí)還能讓混凝土水化熱產(chǎn)生的熱量得到充分消散,減少大體積混凝土因?yàn)閮?nèi)外溫度差太大而出現(xiàn)裂縫的情況。

3.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

按照施工方案完成筏板基礎(chǔ)的混凝土澆筑后,立即開(kāi)始養(yǎng)護(hù)。具體方法為：在剛剛澆筑完成的混凝土表面蓋上一層保溫膜,相鄰兩條保溫膜的搭接寬度應(yīng)不低于30 mm。保溫膜除了有保溫效果外,還能避免混凝土水分過(guò)快蒸發(fā)而引起干縮裂縫。在保溫膜之上覆蓋50 mm 后的擠塑板,在邊緣位置使用重物壓緊。在擠塑板之上覆蓋草墊或棉氈,同樣要求相鄰兩條棉氈的搭接寬度不低于30 mm[3]。另外,還要準(zhǔn)備防雨薄膜,如果養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)降雨,要及時(shí)覆蓋。整個(gè)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 底板養(yǎng)護(hù)示意圖

4 筏板基礎(chǔ)混凝土溫度和應(yīng)力控制

大體積混凝土?xí)驗(yàn)樗嗟乃療崽匦远a(chǎn)生大量的熱,其中表層熱量可以較快的散失,而內(nèi)部熱量因?yàn)椴荒芗皶r(shí)散失而導(dǎo)致混凝土溫度逐漸升高,從而形成“內(nèi)熱外冷”的現(xiàn)象。在溫度應(yīng)變的作用下,當(dāng)內(nèi)外溫度差達(dá)到一定程度后就會(huì)出現(xiàn)裂縫。因此,筏板基礎(chǔ)大體積混凝土的無(wú)縫施工技術(shù)中,最關(guān)鍵的就是進(jìn)行溫度的控制,避免溫度差太大而出現(xiàn)有害裂縫。

4.1 混凝土溫度的監(jiān)測(cè)與控制

4.1.1 測(cè)溫點(diǎn)布置

為了準(zhǔn)確獲取筏板基礎(chǔ)各處的實(shí)時(shí)溫度及溫度變化情況,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了12 個(gè)測(cè)溫孔。在每個(gè)測(cè)溫孔從上到下分別設(shè)置上、中、下3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn),這樣整個(gè)工程中共布置12×3=36 個(gè)測(cè)溫點(diǎn),如圖2 所示。

圖2 筏板測(cè)溫點(diǎn)布置示意圖

4.1.2 混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從正式養(yǎng)護(hù)的第1 h 開(kāi)始,采集一次溫度數(shù)據(jù),之后分別在第10 h、20 h、40 h、60 h、80 h、100 h、120 h 各采集一次溫度數(shù)據(jù)。這里以第1 h 為例,12個(gè)測(cè)溫孔的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)記錄如表2 所示。

表2 大體積混凝土測(cè)溫記錄

匯總120 h 齡期內(nèi)的所有溫度數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)際溫度雖然存在一定差別,但是溫度隨齡期的變化曲線基本一致。在養(yǎng)護(hù)開(kāi)始的1～20 h內(nèi),隨著齡期的增加,混凝土各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度也隨之升高。在20 h 時(shí)達(dá)到極值,然后緩慢下降。同時(shí)注意到,同一個(gè)測(cè)溫孔的上、中、下3 個(gè)測(cè)溫點(diǎn),溫度變化幅度也有差異。其中上層測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化幅度較大,中層次之,下層溫度隨著齡期的增加無(wú)明顯變化。以3#測(cè)溫孔為例,上層測(cè)溫點(diǎn)在1 h 時(shí)溫度最低,為41.4 ℃；在20 h 溫度最高,達(dá)到了63.7 ℃；之后溫度緩慢降低,在120 h 溫度為54.0 ℃,期間最大溫差為21.3 ℃。3#測(cè)溫孔的下層測(cè)溫點(diǎn),在1 h 溫度最低,為44.9 ℃；在20 h 溫度最高,為52.6 ℃；之后溫度也呈下降趨勢(shì),在120 h 溫度為44.3 ℃,與初始溫度基本持平,期間最大溫差為8.3 ℃。

4.1.3 溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

大體積混凝土的上層溫度降幅更快,中層次之,下層最慢。這是因?yàn)榛炷帘韺佑辛己玫纳釛l件,甚至可以實(shí)現(xiàn)混凝土與空氣之間直接進(jìn)行熱交換,因此水化熱產(chǎn)生的熱量可以得到快速消散,溫度降幅明顯。相比之下,中層混凝土受到上層混凝土的阻擋,不利于熱量的散失,因此部分熱能聚集導(dǎo)致中層混凝土溫度升高,溫度降幅變緩,下層同理。

對(duì)比12 個(gè)測(cè)溫孔的溫度變化也發(fā)現(xiàn),在同一時(shí)刻、同樣位置測(cè)得的溫度,位于筏板基礎(chǔ)邊緣部位的測(cè)溫孔（如3#、5#、8#）,要比筏板基礎(chǔ)內(nèi)部測(cè)溫孔（如0#、6#）的溫度更低。這也是因?yàn)榉ぐ寤A(chǔ)邊緣部位的混凝土更容易散熱,而中間部位混凝土散熱效果差。

4.2 混凝土溫度應(yīng)變的監(jiān)測(cè)與控制

4.2.1 應(yīng)變傳感器的選型與安裝

混凝土溫度的變化會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,而溫度應(yīng)力則是導(dǎo)致混凝土裂縫的主要原因。因此,在應(yīng)用無(wú)縫施工技術(shù)時(shí)必須要測(cè)量混凝土的溫度應(yīng)變,如果溫度應(yīng)變過(guò)大需要采取措施防止裂縫的發(fā)生；反之,如果溫度應(yīng)變較小,則不需要做特殊處理[4]。本次工程中使用YL-4200 型振弦式應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度應(yīng)變的測(cè)量,該儀器的結(jié)構(gòu)組成如圖3 所示。

圖3 YL-4200 型振弦式應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

在混凝土澆筑前安裝應(yīng)變傳感器,安裝位置與測(cè)溫點(diǎn)一致。從混凝土澆筑完畢后的第12 h 開(kāi)始采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。

4.2.2 混凝土溫度應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度應(yīng)變值雖然略有差異,但是“應(yīng)變- 齡期”曲線的變化規(guī)律基本一致。在養(yǎng)護(hù)初期,隨著齡期的增加應(yīng)變值也相應(yīng)升高,達(dá)到極值后開(kāi)始緩慢減小[5]。這里以5#測(cè)點(diǎn)為例,各層溫度應(yīng)變值隨齡期的變化如表3 所示。

4.2.3 應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

由表3 數(shù)據(jù)可知,5#測(cè)點(diǎn)上層混凝土的應(yīng)變值與齡期有良好的線性關(guān)系,即隨著齡期增加,應(yīng)變值逐漸減小。而中層和下層混凝土的應(yīng)變值,則是初期增加,在第10 h 達(dá)到極值,分別為33.5 με 和42.8με,之后開(kāi)始下降。從最終（120 h）的應(yīng)變值來(lái)看,中層混凝土的應(yīng)變值達(dá)到了-116.2 με,高于上層和下層。分析認(rèn)為,由于上層溫度降幅明顯,導(dǎo)致上層與中層之間的溫度差較大,而中層與下層之間的溫度差相對(duì)較小,因此中層混凝土所受的溫度應(yīng)變更大。

表3 5#測(cè)點(diǎn)各層溫度應(yīng)變監(jiān)測(cè)值（με）

5 結(jié)論

將無(wú)縫施工技術(shù)應(yīng)用到大體積混凝土工程中,需要從混凝土物料的選擇、配合比的設(shè)計(jì)、混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)以及混凝土溫度的監(jiān)測(cè)與調(diào)控等方面采取綜合管理措施,才能最大程度上減少混凝土裂縫的出現(xiàn)。根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果,一旦發(fā)現(xiàn)大體積混凝土內(nèi)外溫度差太大,要立即采取循環(huán)冷水等措施降低內(nèi)部溫度,使內(nèi)層與表層溫度差控制在合理范圍之內(nèi),真正達(dá)到無(wú)縫施工要求,切實(shí)保障筏板基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。