大体积混凝土在地基基础中的应用探讨

大体积混凝土在地基基础中的应用探讨
李涛
摘　要: 本文作者结合多年的工作经验实践,主要从温度应力控制、水平施工缝和竖向后浇带的处理、混凝土输送过程中离析和坍落度的控制等,采用冷却水管的方法解决了复杂的大体积混凝土的温控问题,效地降低了成本,提高了效率。阐述了基础大体积混凝土施工在高层基础中的应用,设置合理的混凝土强度评定龄期,优化混凝土的材料结构,降低水泥用量,试验测定该配合比的绝热温升，为温度建模分析和制定温控措施提供依据。
关键词: 基础工程；配合比；大体积混凝土；施工组织

1 　工程概况
某建筑物地下二层,裙房三层,主楼三十层组成。总建筑面积为51195.2m2 ,其中:地下室二层暂时为人防工程,平时地下二层为自行车车库、设备用房,地下室一层为停车库。一三层为商业用房,四五层为写字楼,六十一层为宾馆,十二层三十层为住宅楼,三十一层为电梯机房,三十二层为水箱间,十一与十二层之间有一个转换层,建筑总高度为108.9m。
1.1建筑物结构特点
本工程结构形式框剪结构,基础为筏板基础。
工程设防:(1)人防地下室:人民防空设防级:六级。(2)抗震:抗震设防烈度为八度。
(3)防火:耐火等级为三类一级。(4)防水:地下室防水为二级,屋面防水二级。
1.2 建筑地点特征
(1) 建设场地地质特征:建筑物场地,地形平坦,地面高度1520m左右。建筑物场地地质情况为:杂填土:厚度1.70—2.80m;粉土层:厚度1.70—2.80m;粉细砂层:厚度0.30—0.90m;卵石层:厚度1.70—2.80m;砂　　岩:揭露厚度21.60m;本工程室面一层±0.00 ,相当于绝对标高1520.40m ,基础底标高—11.32m ,相当于绝对标高1509.08m。地下埋深3.874.05m ,地下水对混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性。
1.3 材料要求
混凝土强度等级: 基础垫层C15;基础筏板C45P12;地下室侧壁C60P12;蓄水池C35P12;地下室12层,地上18层柱子、剪力墙C60 ,916层柱子、剪力墙C55,1725层柱子、剪力墙C50 ,2631层剪力墙C45 ,塔楼C30,楼梯、构造柱C30;各楼层梁、板均比同楼层柱子强度降低两级。
2 基础大体积混凝土施工技术
2.1基础工程概述
工程基础为天然地基满堂筏板,四周基础埋深- 11.03m ,中心筒体部位基础设计埋深- 11.65m。基础底板为菱形,东西长70.50 m ,南北宽47.40 m ,厚度为1.80m和2. 40m二种,混凝土体积约5500m3。混凝土为C45P12防水混凝土。
2.2基础大体积混凝土温度应力控制难点
本工程是具有一系列大体积混凝土的施工难题:如温度应力控制、水平施工缝和竖向后浇带的处理、混凝土输送过程中离析和坍落度的控制等。
(1) 基础混凝土配筋率低,抗拉强度低,裂缝对拉应力敏感,相对温度控制、应力控制尤为重要,须将温度应力控制在较小的范围。在产生拉应力的部位须采取措施,加强养护,严格控制拉应力低于混凝土相应龄期的抗拉强度。
(2) 由于施工要求尽量不采用冷却水管,为此应相应减小浇筑层的厚度,降低混凝土内部温度峰值。浇筑层厚度的减小会相应增加水平施工缝层数,因此应优化大体积混凝土分层和分块施工方案,既满足温度应力控制的要求,又尽量减少水平施工缝和竖向后浇带,采取合理的施工缝和后浇带施工方法,提高施工效率。
(3) 本工程基坑深,混凝土块体厚度大,浇筑底层混凝土离析和坍落度较难控制,因此应采取合理的混凝土配合比和输送方案,在保证混凝土和易性的基础上,减小单方混凝土水泥浆量,降低坍落度,防止混凝土离析。
2.3 基础大体积混凝土配合比的选用
(1) 混凝土配合比
对于大体积混凝土,水泥水化产生的水化热会引起温度上升,若不同部位混凝土温差过大,温度应力超过混凝土的抗拉强度,会导致混凝土的开裂。大体积混凝土的温控措施应全面考虑,合理的配合比设计是非常重要的环节。基础大体积混凝土配合比设计中主要考虑降低水化热,减小混凝土的绝热温升。本工程采用的配合比主要从三个方面考虑。
1) 在保证强度和耐久性的同时尽量降低单位水泥用量,水泥用量与大体积混凝土的最高升温有直接关系,降低水泥用量是最有效的温控措施。
2) 选用对大体积混凝土温度控制最有利的外加剂NF 型缓凝高效减水剂。缓凝型外加剂能有效延缓水化热的释放时间,降低水化热放热峰值,使混凝土水化热释放比较平缓,避免中心部位混凝土温度急剧上升而导致温差增大。用NF 型配制的C45P12 混凝土的绝热温升延缓,对大体积混凝土温度的均匀性有利。
3) 选用对温控有利的原材料。
考虑以上各种因素,对基础混凝土配合比进行了初步设计。确定的原材料类型如下:42.5级普通水泥;Ⅱ级粉煤灰;中砂,MX = 2.5,I级配合格;碎石粒径为53.5 ,Ⅱ级配合格,针片状含量、含泥量合格;缓凝高效减水剂NF ,膨胀剂采用HPE 低碱型混凝土膨胀剂。混凝土配合比经试配后作了适当调整,见表1
表1 　C45P12 混凝土施工配合比单位:kg

水
(mw) 水泥
(mc) 砂
(ms) 碎石
(mg) 粉煤
(mf ) 膨胀剂
(mc) 减水剂
(ma)
166 322 732 1072 122 21 2.254
C45P12 混凝土试配主要技术参数
水灰比
(W/C) 砂率
(βc)
抗压强度代表值(Mpa)

f27d f28d
f60d
f90d

0.36 0.42 27.6 41.2 48.3 55.6

注:1 、混凝土坍落度设计为:150～170mm。
2 、其中f7d、f28d、f60d、f90d 分别为混凝土试配7d、28d、60d、90d 龄期强度代表值。
2.4基础大体积混凝土施工技术
(1) 基础大体积混凝土分块施工,并埋设冷却水管是否采用冷却水管,对厚度影响很大,采用冷却水管,可降低混凝土内部温度峰值,延缓升温速度。根据本工程特点,基础底板C45P12 混凝土厚度1.8m ,局部厚度2.4m ,整块混凝土体积5500M3,经过热工计算若要将其温度降低10℃,则需要用水300t ,要在50小时内完成降温,设计移流量应该为15L/ S。应将整个降温系统分为2个区域进行。地下水直接排入下水道。为了保证有良好的降温效果,保证降温在混凝土内部平稳进行,不出现大的温度不均匀现象,我们采用De20管径的PEX 交联管作为降温支管,PEX交联管可以满足热工计算要求。
(2) 混凝土输送
由于基坑深达11.65m ,纵向净长70.5m ,根据本工程自身特点,考虑多种因素,基础大体积、采用泵送混凝土,首先优化配合比,掺入减水剂、保证混凝土出机和入仓时的质量要求。试验人员根据砂石的含水情况及时对施工配合比作相应调整,混凝土的拌制时间控制为60 秒,试验人员对混凝土坍落度和和拌合温度必须严格控制。
(3) 混凝土浇筑
混凝土采用斜面分层法浇筑,每层的厚度不超过600 ,斜面坡度为混凝土振捣时自然流淌形成的坡度。混凝土的浇筑应连续进行、间歇时间尽量缩短,并不超过混凝土的初凝时间,次层混凝土应在前层混凝土初凝前浇筑完成。
(4) 混凝土振捣
采用插入式振动棒振捣混凝土。根据混凝土泵送时自然流淌和振捣时形成的坡度分前、中、后三段布置振动棒,前面为泵管出料口布置1 台,中间布置1 台,后面为坡脚处布置2 台。振动棒作业时,要使振动棒自然沉入混凝土,且插入到下层尚未初凝的混凝土中510cm ,以使上下层相互结合。注意将振动棒上下抽动510cm ,以保证混凝土均匀密实。
(5) 混凝土的养护
基础底板混凝土采用内降外保的养护工艺,当混凝土表面温度骤降时,启用内部降温系统。混凝土于终凝前开始收平表面后开始养护,并及时用塑料薄膜覆盖,再加盖双层草袋。对塑料薄膜无法盖到的地方用三层湿草袋覆盖并经常保持湿润,以避免混凝土因失水过快而产生干缩裂缝。
2.5 　基础大体积混凝土温度测试方法
(1) 测试仪器
温度测试采用液晶数字显示电子测温仪。
(2) 测温点布置
测点的布置应具有代表性,做到既突出重点又兼顾全局,在满足检测要求的前提下以尽可能少的测点获得所需的检测资料。布点时,从浇筑高度看应包括底面、中间和表面三种情况; 从平面尺寸考虑,则包括边缘和中间两种情况。
本工程根据浇筑块的对称性和温度与应力分布的一般规律,每一浇筑层,测点要布置在每一浇筑块相互垂直的两个对称面上。测点竖向按基础底板厚度的- 0. 2m、- 0. 4m、- 0. 9m、- 1. 2m、- 1.35m、- 1. 6m、- 1. 9m、- 2. 2m 布置,平面按37. 5h左右布置一个,共设89 个测点。
2.6 　测温结果分析
(1) 1.8m厚及2.4m厚C45P12底板混凝土中心4d 最高温度达到35.5℃,21d后温度冷却至17.6℃,混凝土温度表面4d 最高温度为35.6℃,基础25℃的控制范围。
(2) 筏板混凝土分段逐日平均降温:
Ⅰ段日平均降温0.84℃
Ⅱ段日平均降温0.93℃
Ⅲ段日平均降温0.79℃
整块筏板日平均降温0.86℃
(3) C45P12 底板混凝土的最大温度应力为0.884N/ mm2 ;抗裂安全度K=2.04 ,小于1.15满足抗裂要求因此混凝土在施工中不会产生温度裂缝。
2.7　严密的施工组织体系
　　超高层泵送商品混凝土是一个系统工程，在混凝土的拌制、运输及泵送的整个过程中，若有一个环节出现偏差，都会造成堵泵，这不仅影响施工进度而且影响混凝土工程质量。故从商品混凝土搅拌站到施工现场的全过程都要全方位严格管理、严格执行规范、规程和各项特定的技术措施，确保证混凝土拌合物质量均匀和运量适当。凡不符合要求的混凝土拌合物坚决不予入泵，混凝土泵操作人员必须有熟练的操作技能，只有这样才能顺利完成每一次泵送全过程。

2.8 养 护
养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。对大面积的底板面，一般可采用先一层塑料簿膜后二层草包作保温保湿养护。草包应迭缝，骑马铺放。养护必须根据混凝土内表温差和降温速率，及时调整养护措施。根据工程的具体情况，应尽可能多养护一段时间 ，拆模后应立即回土或在覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。
2.9设计构造上的改善
在底板外约束较大的部位应考虑设置滑动层。在结构应力集中的部位，应加抗裂钢筋作出加强处理，在必须分段施工的水平施工缝部位，增设暗梁防止裂缝开展等。

3.结语
针对高层建筑施工难题:如温度应力控制、水平施工缝和竖向后浇带的处理、混凝土输送过程中离析和坍落度的控制等,采用冷却水管的方法解决了复杂的大体积混凝土的温控问题,效地降低了成本,提高了效率。