高海拔地区超大体积混凝土的施工技术与组织研究

屠春军

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

恒隆广场·昆明-办公楼总承包工程位于云南省昆明市中心CBD核心区域，地下4层，地上63层，高度349 m（图1）。结构类型为框架-核心筒混合结构体系，基础形式为承台＋筏板形式，筏板厚度5 m、面积约5 000 m2，混凝土等级为C45P10R60，一次浇筑量约2.2万 m3。

图1 办公楼效果图

2 工程特点

2.1 混凝土原材料的局限性

1）由于地域原因，砂、石、矿渣粉等混凝土原材品质受到诸多限制，造成混凝土力学性、工作性能差、泵送性能不稳定，混凝土质量难以控制。

2）筏板混凝土受内部温度应力以及自身收缩应力的影响较大，且当地预拌混凝土供应商未实施过类似大体积混凝土一次性供应的成功经验。

3）本工程为超高层建筑且处于地震带（9度设防），筏板含钢量高，钢筋规格大、密，对混凝土质量要求非常高。

2.2 外部交通环境恶劣

1）昆明市交通部门对进入昆明市区二环以内的混凝土运输车辆实行绿色通行证一车一证制度，即使当地最大混凝土供应商的通行证数量也无法满足本工程连续浇筑的需求。

2）昆明市区二环以内道路对混凝土车辆实行限行，限行时间为7：00—9：00和17：00—20：00，外加早晚高峰前后影响各约半小时，实际对混凝土运输影响达7 h。

3）本次大体积混凝土浇筑恰逢高考和“南博会”期间，对混凝土运输车辆限行要求高、时间更长。

2.3 地理气候环境因素的影响

1）地处云贵高原高海拔地区，大大降低设备泵送效率与劳动效率。

2）工程浇筑期间为夏季，白天气温高，日照直射温度高，昼夜温差大，混凝土表面水分蒸发快，表面极易产生干燥收缩裂缝，增加了养护难度。

3 大体积超长缓凝混凝土材料制备

3.1 地区原材料的局限性

通过调查发现，当地砂、石、矿渣粉掺合料等混凝土原材料品质受到诸多限制，包括受到交通状况的影响，首先要求混凝土需具备超缓凝性能，否则混凝土的总体工作性能不稳定，质量难以保障[1-2]。

1）砂采用机制砂，砂的质量随母材的变化而波动，级配差、形状尖锐多棱角、石粉含量不稳定，造成混凝土的工作性能较差，泵送难度增加。

2）石子采用矿山开采用石，含泥量高、强度偏低。

3）矿渣粉多采用活性指数较低的S75，不能更好地改善混凝土的工作性能，配制出的混凝土强度富余量偏低。

3.2 原材料选用

1）水泥：选市场上质量稳定的P·O 42.5水泥进行混凝土试配，经试配最终选定宜良红狮水泥。

2）偏高岭土：选择云南天鸿高岭矿业有限公司生产的高铁钛偏高岭土及复合偏高岭土。

3）细集料：采用机制砂和山砂，按一定比例混合成细度模数为2.7～3.0的Ⅱ区中砂。

4）外加剂：根据大体积混凝土技术要求和原材料情况进行复配，确保大体积混凝土初凝时间不小于15 h，终凝时间20～25 h，工作性能保持3 h。

3.3 配合比设计的关键技术

在配合比设计、试配及优化过程中，对混凝土的原材料、工作性能、力学性能、凝结时间、耐久性能、水化热等技术参数提出了具体要求。

1）采用多掺技术降低混凝土的水化热。重点从降低混凝土内外温差、减小收缩入手，采用“多掺技术”——掺矿渣粉、偏高岭土、膨胀剂和缓凝型高性能减水剂等配制高性能混凝土，该技术可以有效减小混凝土的水化热，控制混凝土的温度变形裂缝，改善泵送混凝土和易性、可泵性。矿渣粉取代一定比例的水泥，可以延缓水化速度，降低水化热，从而降低混凝土温升峰值，降低混凝土芯表温差峰值，减小混凝土因温度应力而引发开裂的风险；膨胀剂可以补偿混凝土硬化过程中因水化或失水而产生的收缩变形，降低混凝土干燥硬化过程中因收缩变形而产生收缩裂缝的风险；偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温（600 ℃～900 ℃）煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性和补偿收缩性能，提高混凝土早期体积稳定性，且可以提高后期强度；采用与偏高岭土及其他原材料相适应的缓凝型高性能减水剂可以解决偏高岭土混凝土黏度大、凝结时间短、工作性损失快的问题，还能有效控制胶凝材料水化速度，避免水泥的水化热在早期集中释放，延缓温度峰值出现的时间，降低芯表最大温差，降低因温差引起的温度应力，从而有效控制裂缝的产生。

2）严格控制原材料质量。水泥、偏高岭土、矿渣粉均应选择同一企业的产品，且应统一采购，浇筑前4 d逐步补充各个搅拌站。选用大厂回转窑（旋窑）水泥，保证水泥强度、体积安定性、凝结时间、化学成分的稳定性，有利于水泥质量的整体监控；选用优质的矿渣粉；检测控制缓凝型高性能减水剂与水泥、掺合料间的适应性、凝结时间及其他性能；减少混凝土拌和用水量，减小混凝土的收缩值。

3）配合复合偏高岭土使用的专用外加剂配方为：C-45、F-140、PA-60、Y5-1.5、L-12、W-1500，固含量为15%，掺量为1.8%～2.0%，初凝时间约17 h。

4）对浇筑的混凝土进行温度监控，加强养护。混凝土浇筑后必须在混凝土表面采取保温、保湿覆盖等措施，减缓表面降温速率。减小混凝土内外温差，从而减小内部温度应力，控制混凝土芯表温差不超过25 ℃，表面与大气温差不超过20 ℃。

5）适当降低混凝土入模温度。为了降低混凝土的总温升，减少基础的内外温差，控制混凝土的出机及入模温度是一项有效措施。根据GB 50496—2018《大体积混凝土施工规范》规定，混凝土搅拌温度宜在25 ℃内，入模温度宜控制在30 ℃以下，为更有利于降低底板混凝土内部温度，设定混凝土入模温度不大于27 ℃，通过采取以下的措施，可控制混凝土的入模温度小于27 ℃。

① 严格控制混凝土出机温度。通过实验室试配的试验数据分析，采用普通硅酸盐水泥时，出机后的混凝土温升为2 ℃/h，考虑生产过程中主供搅拌站运输混凝土时间约1 h，运输过程中随气温及水泥水化放热影响，混凝土达到工地温度会上升，若需满足入模温度在27 ℃内，则混凝土出机温度宜控制在25 ℃以下。

② 控制混凝土拌和用水、骨料的温度。拌和用水水温一般在20 ℃以内，储水罐罐身为浅色，罐壁较厚，吸热率低，储量较大，罐内水温受外界气温影响小，温升速度慢；混凝土骨料储藏在封闭的料仓内，避免太阳直射。混凝土出厂前安排技术人员检测混凝土出机温度，根据出机温度来指导生产，在施工现场安排技术人员监测混凝土入模温度，指导搅拌站出机温度的控制，在气候干燥的白天加大检测频率。

3.4 混凝土配合比设计

3.4.1 普通大体积配合比的试配与验证

经过对试配试验结果进行分析，优选和调整确定C45P10微膨混凝土最优配合比，配合比参数分析见表1，工作性能及抗压强度验证试验结果见表2。

表1 恒隆广场C45P10微膨大体积混凝土最优配合比

表2 优选恒隆广场C45P10微膨大体积混凝土的性能试验结果

3.4.2 超缓凝偏高岭土大体积配合比的试配与验证

经过对试配试验结果进行分析，优选和调整确定C45P10微膨偏高岭土混凝土最优配合比，配合比参数见表3，工作性能及抗压强度验证试验结果见表4。

表3 恒隆广场C45P10微膨偏高岭土大体积混凝土最优配合比

表4 优选恒隆广场C45P10微膨偏高岭土大体积混凝土的性能试验结果

经过对优选配合比进行试配验证分析表明：确定的最优C45P10微膨偏高岭土混凝土配合比能满足设计和施工要求。采用最优C45P10微膨偏高岭土混凝土配合比时，混凝土3 d和7 d强度发展缓慢，而28 d及60 d强度发展较快，60 d强度与普通C45P10微膨混凝土相当。可见，针对大体积混凝土对水化热及抗裂要求，采用最优C45P10微膨偏高岭土混凝土配合比更具合理性，混凝土早期强度发展缓慢，可降低混凝土早期水化热，降低收缩开裂，同时能满足超长时间泵送的需要。

4 混凝土供应方案

4.1 机械设备配置

根据前期混凝土的浇筑经验及市场调研，本次选用两家设备租赁企业，对泵车型号、出厂年限、保养情况程度、操作技术人员统一择优选用。

考虑到高海拔地区设备泵送的功效损失较大，结合当地输送泵的租赁市场情况，确定配置5台汽车泵及2台固定泵，1台汽车泵和1台固定泵备用。每台泵车配备2名操作人员，现场成立一个故障维修小组。

4.2 混凝土供应与车辆配置

1）混凝土供应站与车辆安排：通过调研，选择当地实力最强的混凝土公司作为本工程的混凝土供应商，根据其搅拌站的供应能力、车辆配置情况、运输距离、运输时间等因素，在昆明东、西、北三个方向各选择一个搅拌站为主供，所有搅拌站使用同一配合比及同厂家的原材料；根据施工要求需配置有绿色通行证的混凝土运输车辆120辆。

2）混凝土运输路线规划：为了应对混凝土浇筑过程中道路交通堵塞、车辆故障等突发事件，保障每个主供应站都能顺利运输混凝土到现场，每个搅拌站规划2条运输路线，一条为主要运输路线，另一条为备用线路。

4.3 避高峰措施

在早晚高峰限行前，对需要蓄车的混凝土缓凝剂掺量进行调整，使混凝土初凝时间控制在10～12 h；场内布置蓄车点，备车至少30辆，保障高峰期间能保持低速连续泵送。

根据道路限行的范围，选择在二环路以外可临时停车的东风东路、贵昆路（距离本工程3 km左右）路段进行蓄车，车辆限行解除后，混凝土车确保15 min左右到达工地。

4.4 蓄车方案

根据运输车辆从搅拌站至工地现场、车辆进场及出场线路，以及每台泵车上泵和下泵线路，确保混凝土运输路线畅通，在场内栈桥上设置临时蓄车点（图2）。

图2 场内混凝土蓄车点

根据现场实际浇筑进度、场外交通情况、早晚高峰限行等因素进行实时混凝土调度，落实现场蓄车数量及时间节点，保证混凝土供应量及减少压车时间。早晚高峰期影响约7 h，高峰期前1 h统计路上车辆，确保场内混凝土存量不少于300 m3，每台泵的浇筑速度控制在15 m3/h左右。

5 大体积混凝土浇筑方案

5.1 泵车布置方案

本次大筏板混凝土采用2台固定泵和5台汽车泵一次性浇筑，场内备用1台固定泵和1台汽车泵，每台泵车编号挂牌。汽车泵围绕基坑布置在栈桥上，固定泵布置在坑内。2#、3#、4#泵车混凝土运输车辆由1#门进出；1#、5#、6#、7#泵车混凝土运输车辆由2#门进；空车由3#和4#门出场。

5.2 混凝土浇筑方法

根据筏板与栈桥位置的情况，南侧及东侧栈桥正下方的混凝土采用1#、7#固定泵浇筑，其他区域采用汽车泵浇筑，其中深坑区域由5#、6#泵先行施工。

1）局部深坑的区域先安排浇捣，混凝土斜面的自由坡度按10%～15%，浇筑总体方向采用由南向北、循序推进、“斜面分层、薄层浇注、一次到顶”的浇筑方法，每台泵浇筑范围控制在10～15 m，每层浇筑高度控制在500 mm左右。

2）每台泵机备4台φ50 mm高频插入式振捣器进行混凝土振实，均匀分布在混凝土流淌坡度范围内，刚开始浇筑时混凝土的自由落差超过2 m，采取加设串通或溜槽等辅助措施以防离析。

3）上下层混凝土结合处采取加强二次振捣，振捣器插入下层混凝土中50 mm，各台泵浇筑范围之间的结合处进行加强振捣。振捣时操作人员根据分层原则在中间分布层中依次振捣，预留人员出入口，部分区域钢筋孔位置需要钢筋补强。

4）混凝土振捣遵循“快插慢拔”的原则，振点呈梅花形布置，每点间距不大于500 mm，振捣必须及时到位，不得漏振，混凝土斜面下脚仔细振捣。

5）加强对钢筋密集部位混凝土的振捣，确保密实。振捣器插入时，不应碰撞钢筋、支架、预埋螺杆埋件、模板等，对柱脚、墙脚等钢筋密集部位混凝土采用φ30 mm小直径振动棒振捣。特别注意不得冲撞测温点，防止测温点损坏。

6）混凝土浇筑时，合理控制泵车出料及浇筑流程，加强出料口与泵送放料口调度的联系。

7）配备好看模、看铁人员，对混凝土浇捣过程中出现的模板变形、钢筋位移等质量问题及时加固模板和钢筋整改。

5.3 温度及裂缝控制技术

1）为了确保混凝土的质量，防止内外温差超限而产生温度裂缝与收缩裂缝，在浇筑和养护期间，对混凝土的内、表温度实施24 h的连续监测，指导筏板混凝土养护工作，防止混凝土贯穿裂缝及表面干缩裂缝的产生。

2）监测点布置：温度监测系统采用全数字式信息化施工，混凝土内部设温度测点100个，另设环境温度测点2个，在覆盖养护层底部设2个测点，共设104个温度测点。

3）测温结果：混凝土入模温度多数在25 ℃以内，测轴中心大多数点最大中心温度在71 ℃～76 ℃之间，温度峰值出现在6月3日—8日，随后开始逐渐降温，混凝土结构芯表温度的差值始终小于25 ℃；在结束测温验收时，现场开展强度实体回弹和试块试验，强度和抗渗均符合设计要求，筏板表面光洁平整、无明显裂缝产生，仅在筏板侧面的表面发现局部少量干缩裂缝，没有发现有害裂缝，表明本次筏板混凝土配合比、温度控制措施是有效的，浇筑及养护措施是成功的。

5.4 设计优化

本工程原设计图纸筏板钢筋规格为HRB400φ40 mm，通过钢筋代换改为HRB500φ32 mm钢筋，在配筋总面积不变的情况下，通过钢筋等强代换缩小钢筋间距，有利于减少混凝土裂缝的产生和裂缝大小的控制。同时，也降低钢筋使用量和造价，便于施工，节约工期。

6 结语

针对高海拔地区超大体积筏板混凝土施工组织，结合地区及工程特点，从人、机、料、法、环等方面进行分析，考虑混凝土原材料、施工设备的局限性、气候交通环境、地理环境因素等影响因素，对当地砂、石、矿渣粉掺合料等混凝土原材料品质进行调查与改善。从缩尺模拟试验确定混凝土配合比、混凝土的连续供应与避高峰蓄车方案、优化设计与温度及裂缝控制技术、混凝土浇筑方案及组织等各方面开展技术试验及研究，最终在诸多受制条件下攻克了高海拔地区大体积混凝土筏板施工的难题，并形成了适用于高海拔地区的超大体积混凝土成套施工组织方案，为类似地区限制条件下的超大体积混凝土筏板工程施工提供了借鉴。