超五米厚筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工內(nèi)部溫升控制分析與研究

1、超五米厚筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工內(nèi)部溫升控制分析與研究田智黃達(dá)琦中國(guó)建筑第二工程局有限公司摘要：隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，各地均興起超高層建設(shè)熱潮，一棟棟超200m. 300m 的地域標(biāo)志性建筑拔地而起。超高層施工通常需要解決的施工重難點(diǎn)為棊礎(chǔ)大體 積混凝土的澆筑，筏板基礎(chǔ)混凝土的澆筑質(zhì)量直接關(guān)系著整棟塔樓的結(jié)構(gòu)安全， 但在大體積混凝土的施工過程中，不可控因素較多，只有通過詳細(xì)的方案編制、 完善的施工部署和過程中的不斷跟蹤，才能最大限度的避免大體積混凝土施工 質(zhì)量問題的出現(xiàn)。該文就一個(gè)典型案例對(duì)5m厚筏板混凝土施工內(nèi)部溫升控制進(jìn) 行分析與研究。關(guān)鍵詞：超高層建筑;大體積混凝土;厚筏板基礎(chǔ);內(nèi)部溫

2、升控制;施工技術(shù);作者簡(jiǎn)介：田智*,工程師，研究方向?yàn)榉拷ā?項(xiàng)目背景長(zhǎng)沙國(guó)金中心項(xiàng)目為在建湖南省第一高樓，地處長(zhǎng)沙市五一商圈，占地9萬(wàn)in, 基坑深度為34.4nt42.5m。t1塔樓高452m,筏板厚度5m （最深處& 85m）, 一 次性澆筑混凝土量為3.2萬(wàn)m;t2塔樓高315m,筏板厚度3.7m, 次性澆筑混凝 土量為2. 3萬(wàn)ni。2施工重難點(diǎn)1）項(xiàng)目開工時(shí)間為2013年的6月28 h,筏板開始進(jìn)行鋼筋綁扎時(shí)間為7月份, 底板混凝土澆筑吋間為9月中旬，正值長(zhǎng)沙市當(dāng)?shù)厝掌骄鶜鉁刈罡叩目崾罴竟?jié)， 且澆筑前連續(xù)50天無(wú)降雨，對(duì)大體積混凝土的施工極為不利。在高溫季節(jié)如何 控制好混凝

3、土內(nèi)外溫差、入模溫度及混凝土內(nèi)部中心最高溫度是大體積混凝土施 工中的關(guān)鍵。2）本工程位于長(zhǎng)沙市繁華市中心，基坑深度較深，周邊交通情況復(fù)雜（主要兩 條行車道路均為單行線路、車流量相當(dāng)大），且混凝土體量大，如何科學(xué)組織交 通、合理配備機(jī)械，保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)，避免冷縫的岀現(xiàn)是筏板施工的重 占°3方案設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)大體積混凝土的要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)之初提出了大體積混凝土配合比材料、強(qiáng)度等級(jí)評(píng)定等要求。1）設(shè)計(jì)要求本工程筏板基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c40、抗?jié)B等級(jí)p12,采用60天 強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定。2）設(shè)計(jì)建議水膠比控制在0350.50之間；但水泥含量不小于300kg/m,粉煤灰 摻量不應(yīng)

4、大于15%的水泥用量，礦粉摻量不得超過水泥用量的20%。3）水泥應(yīng)采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥。4）砂的粒徑應(yīng)在5rmn以下，細(xì)度模數(shù)控制在2. 330的河砂（中砂），不得采 用細(xì)砂、特細(xì)砂，砂的含量應(yīng)小于3%,砂率控制在35%45%。5）設(shè)計(jì)要求大體積混凝土粗骨料需采用碎石。3.2規(guī)范對(duì)大體積混凝土的要求參照gb50496-2009大體積混凝土施工規(guī)范要求，木工程溫控指標(biāo)需要達(dá)到 以下規(guī)定：1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不得大于50°c ;2）水泥原材溫度不得大于60°c;3）混凝土澆筑體的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不得大于25°

5、c;混 凝土表面與大氣溫差不宜大于20°c ;4）混凝土澆筑體的降溫速率不得大于20°c/d。3.3優(yōu)化配合比對(duì)于膠凝材料的組成含量，由于300kg/m的水泥含量水化熱過大，不利于高溫 天氣下大體積混凝土的澆筑;方案專家論證時(shí)建議調(diào)整了膠凝材料的含量及比 例。乂由于整個(gè)長(zhǎng)沙地區(qū)原材采購(gòu)限制，原設(shè)計(jì)的粗骨料在如此大方量的施工時(shí)供 應(yīng)無(wú)法滿足，經(jīng)過專家論證并與設(shè)計(jì)溝通，筏板基礎(chǔ)同意選用531. 5mm的級(jí)配 卵石。針對(duì)項(xiàng)口前期所做的試配試驗(yàn)數(shù)據(jù)及專家意見，最終優(yōu)化并確定配合比如下：表1長(zhǎng)沙國(guó)金中心t1塔樓筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工配合比下載原表水泥:p.o 42.5,華新水泥（株

6、洲）有限公司；ii級(jí)粉煤灰:湖南華天能環(huán)?？萍奸_發(fā)有限公司；礦粉:s95,湖南華新湘鋼水泥有限公司；中砂:湘江，細(xì)度模數(shù)2330,含泥量小于3%;卵石：級(jí)配531. 5mm，湘江；水：自來水，水池蓄水；其他外加劑:sy-k膨脹纖維抗裂防水劑及聚竣酸高效減水劑。3.4施工內(nèi)部溫升模擬（見圖圖3）根據(jù)最終確定的配合比，我們首先采用有限元模型進(jìn)行溫度預(yù)測(cè)及分析。取35mx 35mx 5m筏板基礎(chǔ)作為分析對(duì)象，地基范圍取40mx 40mx 4m大小，根據(jù)模 擬分析計(jì)算結(jié)果，最高溫度出現(xiàn)在澆筑20小時(shí)，最高溫度為71.8°c,位置在筏 板2. 5nt45m深度處。圖1模擬分析澆筑完lh后的溫度

7、狀態(tài)下載原圖圖2模擬分析澆筑完20h后的溫度狀態(tài)下載原圖圖3模擬分析澆筑完96h后的溫度狀態(tài) 下載原圖除采用有限元軟件模擬分析外，還根據(jù)gb50496-2009大體積混凝土施工規(guī)范 中的熱工計(jì)算要求手工計(jì)算分析，具體計(jì)算結(jié)果見附件。3.5循環(huán)降溫水管的設(shè)置（見圖4圖5）經(jīng)過前期的模擬熱工計(jì)算，在如此酷暑高溫的天氣下進(jìn)行大體積混凝土澆筑， 對(duì)混凝土入模溫度、內(nèi)部溫升及最高溫度的控制極為不利，兩個(gè)計(jì)算分析結(jié)果顯 示也很接近規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為保證施工質(zhì)量，留有安全儲(chǔ)備范圍，再根據(jù)以前類似 項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)和公司內(nèi)部討論，決定在筏板內(nèi)部設(shè)置d50循環(huán)降溫水管（鋼管） 輔助降溫，現(xiàn)場(chǎng)利用三個(gè)電梯井、扶梯井坑作為蓄

8、水池循環(huán)降溫。在出水口水池 內(nèi)保證加入常溫新水和冰塊輔助降溫。3.6混凝土內(nèi)部測(cè)溫（見圖6圖7）大體積混凝土澆筑完成后，后期溫度的監(jiān)測(cè)對(duì)于控制養(yǎng)護(hù)措施和循環(huán)水的控制 使用至為關(guān)鍵。t1塔樓筏板共15個(gè)測(cè)溫點(diǎn);t2塔樓筏板共15個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。豎向測(cè)溫點(diǎn)布置，按照 頂表面溫度、中心溫度、底表面溫度的檢測(cè)要求進(jìn)行布設(shè)，表面測(cè)溫點(diǎn)的高度為 底板頂標(biāo)高下返200mm,中部均勻間隔設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，底表面測(cè)溫點(diǎn)為底板底 標(biāo)高上200mm處。圖4循環(huán)水管的安裝下載原圖圖5循環(huán)水管岀水口測(cè)溫下載原圖圖6測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)置下載原圖圖7現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫下載原圖測(cè)溫工作項(xiàng)目部指派專人進(jìn)行負(fù)責(zé)，保證晝夜24小吋連續(xù)測(cè)溫;每次測(cè)溫結(jié)束

9、后，立刻整理、分析測(cè)溫結(jié)果并給出結(jié)論，以指導(dǎo)保溫養(yǎng)護(hù)的施工（見圖8）。3.7混凝土的養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)采用土工布上鋪塑料薄膜（保濕）+50mm厚聚苯板（保溫）+彩條布（防護(hù)）的 方式進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。圖8混凝土保溫系統(tǒng)下載原圖4施工部署大體積混凝土的澆筑由于方量大，連續(xù)澆筑時(shí)間長(zhǎng)，t1塔樓筏板混凝土澆筑時(shí) 間為100h;項(xiàng)目部配備包括白班、夜班兩套人員，管理、監(jiān)督控制混凝土的施工 過程、施工順序、底板混凝土的施工質(zhì)量。管理人員按12小時(shí)一班，時(shí)間以每 早07:00為交接班時(shí)間。t1塔樓在基坑內(nèi)設(shè)置11臺(tái)hbt80泵、90輛混凝土罐車下基坑進(jìn)行大體積混凝土 澆筑施工。利用基坑內(nèi)預(yù)留兩條道路，南側(cè)坡道進(jìn)、北側(cè)坡

10、道出，并設(shè)置混凝土 罐車等待區(qū)，有效組織場(chǎng)內(nèi)交通（見圖9） o圖9混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)交通組織下載原圖澆筑時(shí)按照“平面分層，薄層澆筑，循序退打，一次到頂”的原則施工，每根 泵管出口處設(shè)置三個(gè)混凝土振搗棒（見圖10） o圖1 0混凝土分層澆筑剖面圖下載原圖5測(cè)溫結(jié)果（見圖iri2）按照施工部署，對(duì)大體積筏板澆筑完成后的溫度進(jìn)行記錄，分析得出的數(shù)據(jù)形 成了溫度曲線，以其中兩個(gè)點(diǎn)為例：圖1 2 5m深筏板基礎(chǔ)測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)下載原圖由于施工前天氣降溫，混凝土澆筑時(shí)的入模溫度得到了有效控制；又由于循環(huán)水 管的設(shè)置，每根水管均起到了降溫35°c左右的作用。6施工總結(jié)目前塔樓筏板基礎(chǔ)已施工完成兩年，經(jīng)過一年

11、的觀察和過程中的檢測(cè)，滲水問 題及缺陷暫無(wú)、施工質(zhì)量良好。根據(jù)我部對(duì)內(nèi)部溫度及溫升控制的施工經(jīng)驗(yàn)，若 以后有類似工程可供參考。1）筏板厚度較厚吋，需建議設(shè)計(jì)溫度構(gòu)造鋼筋:本工程t1塔樓筏板基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置 兩道溫度鋼筋c25200mm,分別在筏板底往上+1900mm、+3300mm處;t2塔樓筏板 基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置一道溫度鋼筋c25200mm,分別在筏板底往上+1850mm處。并且在混 凝土表面設(shè)置4mm直徑的鋼筋抗裂網(wǎng)片。2）筏板混凝土強(qiáng)度等級(jí)建議設(shè)計(jì)采用60天強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì) 已多按此要求。3）根據(jù)澆筑時(shí)的環(huán)境情況，進(jìn)行熱工計(jì)算，并盡量減小水泥用量、控制水化熱, 有利于混凝土絕熱溫升控制

12、。4）在氣溫較高時(shí)，對(duì)于混凝土的原材溫度控制尤為必要，尤其是水泥、粗細(xì)骨 料的入罐攪拌溫度，直接決定了混凝土現(xiàn)場(chǎng)的入模溫度。5）循環(huán)水管的設(shè)置需要注意事項(xiàng)較多：（1）每路循環(huán)水管均需設(shè)置單獨(dú)閥門，以方便開關(guān)。（2）在混凝土澆筑前，一定要對(duì)每路循環(huán)水管進(jìn)行閉水試驗(yàn)，保證水管的密閉 性。（3）循環(huán)水管的有效作業(yè)半徑為1.52.0m左右；當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度在75°c左右 吋，入管溫度為42°c,我們進(jìn)行了一組對(duì)比試驗(yàn)（封閉一根管），通水處的混 凝土約有35°c的降溫效果。6）大體積混凝土的澆筑中場(chǎng)內(nèi)交通組織特別重要，道路上的車輛、場(chǎng)內(nèi)車輛的 數(shù)量均需嚴(yán)格控制，否則將導(dǎo)致混

13、凝土澆筑質(zhì)量問題。7）測(cè)溫時(shí)，前6天需2h測(cè)量一次，后面可陸續(xù)降低測(cè)量頻率。混凝土澆筑完 廣2天吋為溫升峰值，從第2天開始，需控制混凝土內(nèi)部的降溫速率不超過2. 0°c/d的要求，控制保溫時(shí)間。8）養(yǎng)護(hù)工作開始后，需密切關(guān)注每天的測(cè)溫結(jié)果，尤其在前6天內(nèi)。我部根據(jù) 測(cè)溫結(jié)果從第5天開始采取撤出彩條布及間隔抽出聚苯板等方式，保證混凝土內(nèi)部每天均勻降溫。建議有類似工程的項(xiàng)目，根據(jù)澆筑完成后的天氣情況及實(shí)際 測(cè)溫結(jié)果，采取相應(yīng)措施保證混凝土的降溫控制。7附件:熱工計(jì)=j7.1水泥水化熱總量計(jì)算7. 2膠凝材料水化熱總量計(jì)算膠凝材料總量二210+90+110二420kg,粉煤灰含量二 100

14、/420二24%, kl 取 0. 94;礦粉含量=90/420=21. 4%, k2 取 1. 01。7. 3混凝土絕熱溫升計(jì)算w每立方米混凝土的膠凝材料用量，取420kg/m;q膠凝材料水化熱總量，取297.92k j/kg;c混凝土比熱容，取 0. 98k j/ (kg - °c);p 混凝土質(zhì)量密度，取2407. lkg/m;m與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，取0. 40d; t齡期do7. 4混凝土入模溫度計(jì)算(見表2表4)預(yù)計(jì)施工季節(jié)為2013年8月上中旬。長(zhǎng)沙市2012年8月1日到8月20日實(shí)錄氣溫如表2所示。表2長(zhǎng)沙市2012年8月1日飛月20日實(shí)錄氣溫表（單位&#

15、176;c） 下載原表由表2可知：期間白天最高氣溫為36°c。夜間最低氣溫為24°c。晝夜平均氣溫最高為31.5°c,最低為26°co20天晝夜平均氣溫的平均值為30°co期間有4天陣雨，2天大雨。因今年氣溫不同于往年，估算澆筑時(shí)大氣平均溫度為35°c,攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度為 35°c,此時(shí)，砂、石等原材料的溫度大致為：砂溫度為31 °c;石子溫度為31°c;水泥溫度為60°c;水溫度為30°c;砂含水量為5%,石子含水量為:0. 5%o計(jì)算此時(shí)混凝土拌合物的溫度為：式屮:tc混凝土混凝土拌

16、合物溫度（°c）;w混凝土組成材料重量（kg）;c混凝土組成材料比熱（k j/kg k）;人一混凝土組成材料溫度（°c） o表3混凝土入模溫度卜載原表7. 5溫度場(chǎng)計(jì)算本工程筏板基礎(chǔ)厚度為5. 00m.虛鋪厚度取2.0m,采用一維差分法計(jì)算溫度場(chǎng), 其計(jì)算公式如下：計(jì)算參數(shù)取值：q導(dǎo)溫系數(shù)，取0. 0035m/h;混凝土入模板溫度取33°c,地基溫度取25°c,大氣溫度取35°coat時(shí)間段，取 0. 5d=12h;ax-計(jì)算分層厚度，取0. 50m,即分層14層，表屮取表面、底面和屮間均分三 層共5層數(shù)據(jù)分析。代入該值，得出相應(yīng)的差分法計(jì)算公式為：表4混凝土溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果（單位°c）下載原表7. 6水溫及流速的確定1）混凝土控制溫度入模計(jì)算由前文數(shù)據(jù)可得，入模溫度：tc二工ti wc/ （swc） =84120/2622=32. 10°c2）冷卻水量計(jì)算混凝土前期水化熱較大，冷卻管降溫按3d控制?；炷寥肽囟葹?2°c左右, 根據(jù)能