论某建筑工程基础大体积混凝土施工及应用

周国柒

摘要:本文结合工程实例,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:建筑工程 地基基础大体积混凝土施工技术

1 工程概况

1.1建筑物功能特点

该建筑物地下二层,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,六层十一层为宾馆,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。

1.2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。

1.3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21.60m;本工程室面一层±0.00 ,相当于绝对标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。

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。

(4) 基础混凝土施工时环境温度为- 10℃～2.0℃,应根据环境采取相应的施工措施(如混凝土配合比,混凝土养护时保温层厚度和混凝土原材料降温等) 。

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五个方面考虑。

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) 掺粉煤灰。粉煤灰可以使混凝土水化热在一定程度上延缓释放,对于大体积混凝土的温控极为有利;还可以增加混凝土的后期强度,使混凝土的强度保证率提高;另外掺加粉煤灰可以改善混凝土的施工性能。

4) 改善混凝土的体积稳定性,提高混凝土的抗裂性能。保证一定的粗骨料含量可以有效地改善混凝土的抗裂能力,在满足强度和施工性的前提下,采用尽量低的砂率。

5) 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,级配合格;碎石粒径为531.5 ,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

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 交联管做为降温支管,PEX交联管可以满足热工计算要求。更因为它具有比较好的耐热性和低廉的价格,以及更小的阻力系数,使得运行比较经济,安装非常方便。管路系统我们分为2 个系统,每个系统由一台泵和分水器以及降温支管组成。2个系统共用一个备用泵,和一个水箱(矩形钢板水箱) ,泵的扬程为H=40m、流量 =30t/ h、N = 7.5kw。对于周边死角部位,降温阶段加强保温养护,延缓降温速度,同样能达到冷却水管作用,且可免去冷却水管的施工费用和冷却水调温的繁琐施工程序。埋设冷却水管的方法是在基础底板上、下约中间部位,具体为距底板面800mm ,距顶面1000mm中间布置冷却水管,综合考虑,在混凝土浇注24h 后,立即开始循环水降温,使混凝土中心最高温度控制在40℃左右, 确保混凝土在每一个断面上温差小于20 ℃～25 ℃。

(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。泵送现场实测混凝土坍落并保持在160mm～180mm 之间;浇筑温度在6.7℃～8.6℃之间,混凝土工作性能良好。根据施工要求每小时向工地输送混凝土约60m3 。混凝土初凝时间大于6h,在浇筑过程中不形成施工缝。整个浇筑任务在95个h 内顺利完成。