筏板基础大体积混凝土施工质量控制

2023-02-11蔡汶翰CAIWenhan

价值工程 2023年3期

蔡汶翰 CAI Wen-han

（中铁二十二局集团第五工程有限公司，重庆 400700）

0 引言

①随着社会的发展，TOD（以公共交通为导向的发展模式）在城市开发中被广泛利用，通过土地的“立体使用”缓解城市发展过程中产生的交通拥堵和用地不足的模式悄然兴起。

②基于这种趋势，轨道交通车辆段设计的大型筏板基础日益增多，而当前对于筏板基础大体积混凝土的质量控制仍存在诸多通病：如原材料选择不当造成水化热过高产生的裂缝、浇筑方式不正确导致的施工缝和渗漏、振捣不满足要求出现的蜂窝麻面及强度不足、温控及养生措施不到位造成的实体开裂等等。这些问题修补难度大且达不到理想效果，影响了建筑的耐久性与安全性。鉴于此，应加强大体积混凝土施工质量控制的研究，采取针对性措施确保混凝土质量满足设计要求。

1 工程概况

重庆轨道十八号线金鳌寺车辆段运用库建筑面积89950.25m2，层高11m，为现浇框架结构，一层功能为车辆段运用库，根据变形缝共划分为6个大区，二层功能为上盖开发车库。运用库及上盖分两个阶段实施，一阶段施工至一层运用库顶板，二阶段实施上盖结构部分（参见图1、图2）。

图1 金鳌寺车辆段总平面布置图

图2 运用库筏板基础平面图

基础形式为桩基础、独立基础、条形基础、筏板基础，混凝土强度等级为C35，均要求一次成型浇筑。其中筏板最小几何尺寸均大于1m，且绝大部分筏板浇筑方量达到4000m3以上（筏板参数见表1），具有施工组织难、不可控因素多、单次浇筑方量大、持续时间长、水化热量大、病害易发生等特点，尤其是在浇筑过程中的温度控制以及浇筑后的养生环节需重点把控。

表1 运用库筏板参数

2 准备工作

2.1 搅拌站砼供应准备

①本工程使用的混凝土为商品混凝土，供应厂家为某大型商品混凝土搅拌有限公司，其生产、运输能力为：拌合站配置3条HZS240搅拌生产线，日生产量最高可达8000m3；混凝土搅拌运输车88辆，均配备车载北斗卫星GPS商混专用监控系统，实时监控车辆运行、卸料情况。

②商混站原材料保障能力为：自有年产250万吨干法旋窑水泥生产线2条，5000吨级水泥储存罐6个，可保障水泥的供应和质量稳定；与附近某电厂签订了长期供应合同，确保粉煤灰的优先供应；自有4000吨级骨料储存仓8个，签约附近大矿山3个，可保证骨料供应；紧邻外加剂厂，可随时保证外加剂的供应和技术支持。

2.2 施工组织准备

为保障15#筏板顺利浇筑，项目部与商混站联合成立了由40余人组成的混凝土保障中心。设置了总指挥、副指挥、现场协调组、技术保障组、交通疏导组、测温测量组、试验检测组、安全督查组、驻站协调组、后勤保障组，同时制定了详细的方案，明确了各组及成员的职责及分工。各组实行12小时轮班制，打造全天候后勤管理团队，为混凝土生产及浇筑提供全面细致的服务[1]。

3 混凝土浇筑前的质量控制

3.1 混凝土原材料的选用

大体积混凝土的质量很大程度上取决于其组成原材料的质量，因此项目部严格控制商混站的原材料，经现场考察、抽检取样并反复试验决定选用如下材料：

①水泥的选用：水泥选用P.O42.5低碱水泥，其3d水化热值约238kJ/kg，7d约275kJ/kg，碱含量小于0.6%，为中低热品种，性能较稳定，早期强度较低，后期强度较高。

②掺合料的选用：掺合料选用F.II级粉煤灰，具有提升混凝土和易性，降低混凝土温升，提高耐久性，减小变形，补偿粉煤灰取代水泥所降低的早期强度等特性，在很大程度上能够提升混凝土的性能。

③外加剂的选用：外加剂选用聚酸酸类高性能减水剂，其具有减水率高、抗压强度比高、减少混凝土收缩、提高混凝土早期稳定性等特点，有利于控制水泥的水化速度，延缓水泥水化热的释放过程；同时为减轻混凝土开裂和防渗，掺加了膨胀剂，降低混凝土收缩的影响，减少后期开裂。

④集料的选用：粗骨料选用石灰岩碎石，含泥量不大于1%；细骨料选用机制砂，但经现场考察，其石粉含量略大，因此在满足可泵性前提下，尽可能降低砂率。

3.2 施工配合比的优化

作为大体积混凝土，需在保证混凝土强度和特定技术指标的前提下，尽量降低内部水化热[2]，因此配合比的优化成了关键所在。混凝土配合比优化设计的目的是在满足建筑物强度及耐久性要求的前提下，配制出具有较好施工性能和经济性能的混凝土[3]。15#筏板在实际施工中适当减少水泥用量和单方用水量，降低水化热，同时提高混凝土中粗粒径碎石所占比例，以减少混凝土本身的收缩。经试配15#筏板基础混凝土确定的配合比见表2。

表2 混凝土配合比

3.3 混凝土泵车及振捣棒的布置

15#筏板浇筑方量为5132.4m3，根据现场条件，为缩短浇筑时间，使用了3台52m臂架泵和1台车载泵同时浇筑（泵车分布位置见图3）。每台泵车配置6台振捣棒，根据混凝土自然流淌形成的坡度，分前、中、后各布置2台振捣棒。

3.4 混凝土的运输

①搅拌运输车的数量应通过计算合理安排并根据现场实际情况灵活调整，避免车辆积压在现场时间过长影响混凝土质量或车辆数量不足影响混凝土连续浇筑甚至形成施工冷缝。经计算，浇筑15#筏板每台混凝土泵车所需配备混凝土搅拌运输车为6台。

②因本工程毗邻主城区，为保障数量众多的搅拌运输车正常通行，项目部联合商混站成立交通疏导小组用以保障运输通道的畅通，整个浇筑过程未出现因交通堵塞造成的断料情况。

4 混凝土浇筑过程中的质量控制

4.1 预先湿润混凝土接触面

因浇筑时的气温偏高、筏板面积较大，为避免模板和垫层吸水，影响混凝土配合比，在15#筏板浇筑前对模板和垫层进行了洒水湿润，同时能起到一定的降温效果。洒水时控制水量，既不能过多以免形成积水，又不能与浇筑的开始时间间隔太长起不到湿润作用。

4.2 选择合理的浇筑方式

混凝土的浇筑从15#筏板短边开始，沿长边方向自一端向另一端推进，逐层上升，全面分层[4]，每层浇筑厚度控制在400mm，边下料边振捣。该浇筑方法一方面方便振捣，提高混凝土浇筑质量；另一方面使混凝土拥有较大的散热面积，利于控制混凝土升温的速率。

4.3 混凝土浇筑分层控制措施

为控制混凝土浇筑时的分层厚度，现场采取了在筏板的模板四周设置反光贴的方式来标识分层厚度，同时每隔5m还设置了一道竖向带有分层厚度控制反光贴的钢筋。混凝土浇筑时由专人全程盯控分层厚度。

4.4 混凝土浇筑过程中的沁水处理

15#筏板在浇筑时坡底混凝土表面出现了较多的沁水、浮浆，如不及时处理会影响混凝土的质量，因此在现场施工中安装了污水泵，及时抽排混凝土表面沁水及浮浆。

4.5 混凝土的振捣

大体积混凝土施工时，振捣是关键。既不能过振，也不能漏振，做到“快插慢拔”，每点振动的时间控制在15～20s，以混凝土表面呈水平且不再显著下沉、不再出现气泡为宜。混凝土的振捣紧跟布料进行，在振捣上层混凝土时，将振捣棒插入下层混凝土约3～5cm，使上下层混凝土能够更好地结合。两个振点间的距离应为振捣棒振动有效半径的1.5倍，以增加混凝土的密实度，减少内部细微裂缝的产生，提高混凝土的强度和抗渗性[5]。

4.6 混凝土的压面

为避免混凝土表面产生风干裂缝，混凝土初凝前在其表面用木抹子及时抹压。为解决过早无法避免收缩裂缝，过晚表面凝结无法操作的情况，现场对抹压的时机进行了掌控，选择以抹子按压感觉有塑性状态开始操作。同时检查混凝土表面，对于出现的明显裂缝及时进行复抹。

5 混凝土的温度控制

大体积混凝土浇筑后的温度变化与混凝土配合比、混凝土的入模温度、混凝土与外部的热交换、内部冷却水管的布置等多种因素有关[6]，因此施工时应该制订相应的措施来进行温度控制。上文中已经提到的原材料选择、配合比优化、浇筑方式不再赘述，这里主要阐述浇筑中的内部循环水冷却降温及相关的测温措施。

5.1 内部循环水降温

①水泥等胶凝材料水化热的作用使得混凝土内部产生大量热量[7]，若不及时将热量散出，温度应力产生裂缝将影响筏板质量，故15#筏板浇筑时采用了内部设置循环水管的方式，通过冷却水将筏板内热量导出，降低筏板内外温差，减小温度应力作用，并根据测温数据通过调整冷却水的流速来影响降温速率，将温度应力控制在合理范围。另外，本工程冷却水来源于就近开凿的深井，相比池水和自来水温度更低，降温效果更好。

②由于15#筏板采用钢管架作为面筋支撑体系，因此为节约成本，在保证架体稳定性的前提下直接利用了部分支撑体系所用钢管作为冷却水管（见图4）。该工艺的原理为利用钢管支撑架体自身是一个整体性的体系，只需对钢管架体进行连通改造，就可以形成循环水降温系统。具体工艺流程为：弹线、定位支撑钢管→底层钢筋绑扎→立钢管及支座→搭设底层水平钢管→水平钢管焊接弯头组成S形循环管道→搭设上层水平钢管及网片钢筋绑扎→通水试验组织验收→预埋电阻测温线→验收浇筑混凝土→启动循环水管→冷却水管压浆封闭[8]。

图4 支架兼做冷凝水管

5.2 混凝土的测温

①15#筏板测温点共设置25处。水平方向按10m间隔分前、后、左、右、中对称布设5处测温点，其中位于中间的测温点选在筏板中部；垂直方向按650mm间隔分表面、中上、中心、中下、底部上下对称布设5层，其中表面的测温点位于筏板顶面以下50mm，底部的测温点位于筏板垫层顶部以上50mm。

②为计算混凝土浇筑体表面与大气的温差，在施工现场设置了两处环境温度测温点。

③测温仪根据筏板上预先放置的测温点标识牌位置分别编号，由测温组人员每6h一次进行测温并记录在表，计算里表温差及表面与大气温差。现场技术人员依此数据，采取有效措施控制升温和降温速率，防止裂缝。

图5 混凝土测温

④在测温工作持续到第8天时发现混凝土表面以下50mm位置处的测温点的温度与环境温度的差值持续稳定小于20℃，随即停止测温，撤除养护层[9]。最终数据分析为：混凝土里表温差偶尔有略高于25℃的情况，其中最大里表温差到达28.2℃；表面与大气最大温差19.2℃。针对里表温差高于规范值的情况，现场及时增大了冷却水流量进行内部降温。总体来说测温数据基本符合混凝土施工规范的要求，温控效果较好。

6 混凝土浇筑后的养护

大体积混凝土在施工中养护工作尤为重要，为防止混凝土内表温差过大而产生裂缝等问题，15#筏板采取了如下保温、保湿养护方法：

随混凝土的浇筑顺序，在表面初步抹平后，采取覆盖带水保温养护法进行养护[10]，即在浇捣好的混凝土表面覆盖一层塑料薄膜和一层毛毡（见图6、图7），塑料薄膜和毛毡兼具保温保湿作用。塑料薄膜的覆盖要及时，边抹平边覆盖，且使其紧贴混凝土表面，以减少水分的损失；毛毡在混凝土刚初凝阶段覆盖，搭接不少于50mm。在混凝土初凝中期掀开养护层，对可能产生的微裂缝予以搓压处理。在混凝土养护期内，定期在毛毡表面适量撒水，使混凝土表面始终处于潮湿状态。

图6 塑料薄膜覆盖养护

图7 毛毡覆盖与洒水养护

7 混凝土质量检测与评定

通过对试块进行抗压强度检测、对实体进行超声回弹检测，其14d强度达到90%，28d强度达到100%，满足设计指标；同时经观察，筏板表面无有害裂缝，无空洞和蜂窝麻面现象，证明15#筏板的质量控制效果良好，认定其质量符合设计要求。

8 启发与建议

虽然通过上述质量控制措施，15#筏板最终的实体质量评定满足设计要求，但总结整个大体积混凝土施工过程，某些环节上仍有改进空间，在此提出一些建议：

①可采用混凝土水化热抑制剂，取消冷却水管，既可达到大体积混凝土温控要求，又可以减少冷却水管的投入[11]。

②加强高效复合型外加剂的研发和使用。鉴于大体积混凝土易出现的诸多通病，应有针对性的研发高效复合型外加剂，使其兼具减水、缓凝、抗收缩、防渗漏等特性，从而提高混凝土的质量。

③加强模拟技术的应用。通过有限元数值模拟建立了温度场分析模型，并对有限元结果和现场监测结果进行分析[12]，可以预测大体混凝土温度场及应力场的分布与变化一般规律[13]，有效地预先判断工程中可能出现的技术难点和薄弱环节，为后期指导施工现场采取相关的保温和降温措施提供了依据，从而避免混凝土早期温度裂缝的产生。

④加强信息化手段的应用。通过信息化手段对以往数据进行收集、分析，再用信息化手段控制、指导施工。将搅拌站发料时间、搅拌运输车调配、混凝土的性能指标实时反馈与调整、漏振过振实时预警、温度控制、应变-应力跟踪监测等环节有机结合，让大体积混凝土的施工质量控制更加系统、科学。

⑤加强大体积混凝土内部质量检测方法的要求和推广。虽然本工程15#筏板通过对试块抗压、实体回弹、外观质量的检测即判定为合格，但设计中并未对混凝土内部质量和应力方面的检测做相关要求。应在日后推广和应用相关检测方法，对大体积混凝土内部质量和应力上的检测做出要求，使上部建筑的基础质量得到更全面的保障。