结合工程实例谈基础大体积混凝土施工技术
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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,有效地降低了成本,提高了效率。
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
某建筑物地下二层,裙房三层,主楼三十层组成。总建筑面积为51195.2m2 ,其中:地下室二层战时为人防工程,平时为自行车车库、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,六~十一层为宾馆,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,五层为转换层，建筑总高度为108.9m。
1.2建筑物结构特点
本工程结构形式框支剪力墙结构,基础为筏板基础。
工程设防:(1)人防地下室:人民防空设防等级:六级。(2)抗震:抗震设防烈度为7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:揭露厚度21.60m;本工程室面一层±0.00 ,相当于绝对标高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。
1.4 材料要求
混凝土强度等级: 基础垫层C15;基础筏板C45P12;地下室侧壁C60P12;蓄水池C35P12;地下室1~2层,地上1~8层柱子、剪力墙C60 ,9~16层柱子、剪力墙C55,17~25层柱子、剪力墙C50 ,26~31层剪力墙C45 ,裙房C30,楼梯、构造柱C30;转换层梁、板C40；其余楼层梁、板均为C30。
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47.40m ,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5℃～15℃,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四个方面考虑。
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。
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。
(3) 混凝土浇筑
混凝土采用斜面分层法浇筑,每层的厚度不超过600 ,斜面坡度为混凝土振捣时自然流淌形成的坡度。混凝土的浇筑应连续进行、间歇时间尽量缩短,并不超过混凝土的初凝时间,次层混凝土应在前层混凝土初凝前浇筑完成。
(4) 混凝土振捣
采用插入式振动棒振捣混凝土。根据混凝土泵送时自然流淌和振捣时形成的坡度分前、中、后三段布置振动棒,前面为泵管出料口布置1 台,中间布置1 台,后面为坡脚处布置2台。振动棒作业时,要使振动棒自然沉入混凝土,且插入到下层尚未初凝的混凝土中510cm ,以使上下层相互结合。注意将振动棒上下抽动510cm ,以保证混凝土均匀密实。
(5) 混凝土的养护
基础底板混凝土采用内降外保的养护工艺,当混凝土表面温度骤降时,启用内部降温系统。混凝土于终凝前开始收平表面后开始养护,并及时用塑料薄膜覆盖,再加盖双层草袋。对塑料薄膜无法盖到的地方用三层湿草袋覆盖并经常保持湿润,以避免混凝土因失水过快而产生干缩裂缝。由于该底板混凝土浇筑期在冬期施工阶段,考虑气温骤降、表面失水等不利影响,对基础底板表面的覆盖养护保持了28d 以上。经多方观察,混凝土表面未出现明显的可见裂缝。
(6) 混凝土施工缝处理方法
混凝土施工缝按设计要求需留置纵横二道后浇带,留置起来施工很困难,为了解决此矛盾,经与设计、建筑科研院、业主、施工单位四方研究,决定配制等强膨胀混凝土进行技术处理,并一次性浇筑,解决了混凝土由温度引起的内应力。实践证明该项技术处理经济实惠,施工便捷,符合混凝土变形要求。
2.5 基础大体积混凝土温度测试方法
(1) 测试仪器
温度测试采用液晶数字显示电子测温仪。
(2) 测温点布置
测点的布置应具有代表性,做到既突出重点又兼顾全局,在满足检测要求的前提下以尽可能少的测点获得所需的检测资料。布点时,从浇筑高度看应包括底面、中间和表面三种情况; 从平面尺寸考虑,则包括边缘和中间两种情况。
本工程根据浇筑块的对称性和温度与应力分布的一般规律,每一浇筑层,测点要布置在每一浇筑块相互垂直的两个对称面上。测点竖向按基础底板厚度的- 0. 2m、- 0. 4m、- 0. 9m、- 1. 2m、- 1.35m、- 1. 6m、- 1. 9m、- 2. 2m 布置,平面按37. 5h左右布置一个,共设89 个测点。
(3) 温控方法和措施
浇筑混凝土期间每隔2h测1次温度。混凝土蓄热养护期间每隔4h测1次温度。测温时同时测量环境温度。温度裂缝控制采用外蓄内降的方法,外蓄为两层塑料薄膜夹100mm草帘覆盖蓄热保温,内降为在1.8m 厚的筏板中部设一层,在2.4m 厚的筏板中设二层塑料管用循环水降温。降温利用地下水(水温14 ℃左右) 进行循环,控制循环水速度调节混凝土温度。控制混凝土中心温度与表面温度之差<25℃。混凝土边角的保温厚度增至大面部位的23 倍,插筋处的保温在其外侧用岩棉被堆角,并用400mm宽岩棉条铺在钢筋中间。混凝土出机温度控制<10℃。混凝土浇筑温度控制<8℃,每辆混凝土运输车到现场后必须进行温度测定,>8 ℃的混凝土不许浇筑。混凝土初凝时间为350min ,施工人员可据此安排施工及混凝土养护。
2.6 测温结果分析
(1) 1.8m厚及2.4m厚C45P12底板混凝土中心4d 最高温度达到35.5℃,21d后温度冷却至17.6℃,混凝土温度表面4d 最高温度为35.6℃,基础25℃的控制范围。
(2) 筏板混凝土分段逐日平均降温:
Ⅰ段日平均降温0.84℃
Ⅱ段日平均降温0.93℃
Ⅲ段日平均降温0.79℃
整块筏板日平均降温0.86℃
(3) C45P12 底板混凝土的最大温度应力为0.884N/ mm2 ;抗裂安全度K=2.04 ,小于1.15满足抗裂要求因此混凝土在施工中不会产生温度裂缝。
3.结语
针对高层建筑施工难题: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,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,有效地降低了成本,提高了效率。
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