振动台基础的大体积混凝土施工技术措施

黄永根

陕西建工第十一建设集团有限公司 陕西 咸阳 712000

随着大型设备的日益增多，大体积混凝土在设备基础中的应用也日益广泛[1-4]。设备基础结构断面大，混凝土用量大，水泥水化后产生大量的水化热，使结构产生较大的温度应力和收缩应力。当应力超过混凝土所能承受的应力极限值时，混凝土即出现裂缝，继而影响结构的整体性、抗渗性和耐久性。因此，如何做好大体积混凝土设备基础施工中的质量控制是施工的关键。本文结合应用工程实例，对振动台大体积混凝土设备基础施工过程中的技术措施展开讨论。

1 工程概况

西安建筑科技大学新校区实验室位于西安市户县，西安建筑科技大学新校区中部。实验室楼为钢结构，尺寸为90.00 m×39.95 m，轴距为9.00 m。楼高为22 m，最高点为24 m，建筑面积4 913.22 m2。楼内设有一振动台动力基础试验台，试验台基础平面尺寸为19 m×17 m，高度为6 m，局部厚度为2.85 m，属于大体积混凝土。混凝土采用C40S6，方量为1 784 m3。试验台基础配筋为：竖、横方向钢筋为φ16 mm@150 mm，为Ⅲ级钢（局部钢筋网片为φ12 mm钢筋），沿基础周边和腔体周边设置，水平钢筋共设置9排，分别位于标高±0.00、－0.60、－1.20、－1.80、－2.40、－3.15、－4.24、－5.04、－6.00 m处。

承台下设厚100 mm的C15混凝土垫层，混凝土垫层下为厚900 mm级配砂石垫层，级配砂石垫层的设计承载力特征值不小于300 kPa。

2 工程特点和施工难点

2.1 工程特点

1）振动台动力基础局部厚2.85 m，为大体积混凝土。

2）根据工程设计要求，在施工过程中不允许留施工缝。

3）工程复杂，基础面标高不同，分层钢筋网片比较多。

4）预埋件多，地脚螺栓和各种预埋件共计120个，精度要求±1 mm。

2.2 施工难点

1）振动台动力基础存在不同标高，基础分2次施工，分层钢筋网片较多，通常采用钢筋马凳支撑，钢筋网片的位置精确度控制难度大。

2）振动台动力基础为大体积混凝土，混凝土用量大，集聚的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力导致产生裂缝，给基础结构埋下了严重的质量隐患，这是质量控制的重点。

3）预埋件多，精度要求高。

3 施工技术措施

3.1 增加角钢支架控制分层钢筋网片

振动台动力基础设计为不同标高，分层钢筋网片比较多，钢筋定位难度大，仅靠采用钢筋马凳来支撑，保证不了钢筋网片的位置准确和保护层厚度均匀。现场施工过程中对分层钢筋网片设置了型钢支架支撑，防止钢筋网片在混凝土浇筑过程中位移。

3.2 利用循环冷却水进行温度控制

在大体积混凝土中经常出现的问题，不只是力学上的强度问题，更重要的是如何控制混凝土的温度变形裂缝的问题。大体积混凝土在施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因内外温差而产生的应力和应变；另一方面是结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止这种应变。

针对本工程的特点，经计算，最终确定在混凝土内布置循环冷却水管以达到降低温度的目的，缓解温差应力。

3.3 采用定型工具式控制架，保证螺栓预埋精确

设备基础预埋螺栓精度要求高，可应用稳定性良好的定型加固支架及楔铁配合加固，使螺栓位置稳固、可靠。用钢尺及J2经纬仪测量，通过对尺长校正等程序化操作可保证螺栓要求的精度。

4 施工工艺

4.1 施工流程

振动台动力基础分为2个阶段施工：

1）第1阶段施工。－6.00～－3.30 m标高范围内为第1次浇筑大体积混凝土，混凝土量为920.55 m3。施工程序为：定位放线→安装4个竖直作动器→安装分层钢筋网片角钢支架→绑扎－6.00 m底层钢筋网片→绑扎－5.04 m钢筋网片→安装－4.60 m循环冷却水管→绑扎－4.24 m钢筋网片→绑扎－3.15 m钢筋网片→绑扎施工缝处φ6 mm拉筋→支施工缝处企口梁模板→安装测温孔钢管→支基础模板、搭设外架→自检、报监理、建设方验收→浇筑第1段大体积混凝土→养护→测温→拆除模板、割螺栓→施工卷材防水→安装厚6 cm挤塑板→回填土。

2）第2阶段施工。－3.30～±0.00 m标高范围内为第2次浇筑大体积混凝土，混凝土量为863.45 m3。施工程序为：定位放线→安装锚槽及钢构架→安装4个水平作动器→安装分层钢筋网片角钢支架→绑扎－2.40 m钢筋网片→绑扎－1.80 m钢筋网片→安装－1.50 m循环冷却水管→绑扎剩余的钢筋网片→预埋件施工→安装测温孔钢管→支基础模板、搭设外架→自检、报监理、建设方验收→浇筑第2段大体积混凝土→养护→测温→拆除模板、割螺栓→施工卷材防水→安装厚6 cm挤塑板→回填土。

4.2 分层钢筋网片角钢支架做法

角钢支架立柱采用∠63 mm×8 mm角钢，间距1 300 mm，纵、横水平方向用∠50 mm×6 mm角钢连接，一共设置3道，即在标高为－5.04、－4.24、－3.15 m处各设置1道（图1）。角钢立柱柱脚焊100 mm×100 mm×10 mm钢板，并在其上钻φ14 mm孔2个，用φ12 mm膨胀螺栓与垫层混凝土连接。

图1 标高－3.15 m以下角钢竖向分布

标高－3.30～±0.00 m处分层钢筋网片角钢架的安装具体做法同第1施工段的做法。通过上述工艺，很好地控制了钢筋网片的位置精确度，确保了在混凝土浇筑过程中钢筋网片的稳定。

4.3 循环冷却水管的布置方法

冷却水管设置标高为：第1施工段设在－4.60 m处；第2施工段设在－1.50 m处。采用φ48 mm×3.5 mm钢管，与水泵连接，水压力0.3 MPa，流量12 m3/s。用砖砌2座水池，墙厚370 mm，底层浇筑C20垫层混凝土，厚度15 cm，池内用1∶2.5水泥砂浆粉刷3遍。水池尺寸为4 m×4 m×3 m，作为循环冷却水管的水池（图2）。

在设备基础混凝土浇灌后，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分别计算各阶段的混凝土收缩应力，如其累计总拉应力不超过同龄期的混凝土抗拉强度，则表示所采取的防裂措施能有效地预防裂缝出现。

最终结果表明，严格按照制订的工序实施后，很好地保证了大体积混凝土的施工质量，控制了裂缝的产生，达到了设计使用要求。

图2 标高－1.50 m处循环水平面布置

4.4 预埋件施工方法

预埋件施工时，先依据设计图，建立平面坐标矩形控制网进行测量定位；再在多组螺栓四周，用14#槽钢加工定型工具式控制架，控制螺栓精度；接着用型钢系杆将所有固定支架连接成一个相对稳定的整体；然后用水准仪校正螺栓顶标高，校正完成后，将螺栓底部刻线与螺栓底部支架上的刻画线校正重合；最后拆除型钢控制架，施工设备基础混凝土。

5 结语

在西安建筑科技大学振动台动力基础试验台的大体积混凝土基础施工中，存在钢筋网片预埋件多、混凝土裂缝控制难等难题。为此，设计了角钢支架支撑，并且计算布置了循环冷却水管，通过上述方法在施工现场的运用，大幅缩短了施工工期，控制了施工质量，提高了经济效益。