常州雅居乐星河湾事件:地基基础中大体积混凝土施工技术探讨

地基基础中大体积混凝土施工技术探讨

【摘 要】本文结合某工程实例, 从基础大体积混凝土温度应力控制难点,混凝土配合比的选用,混凝土输送浇筑振捣养护,混凝土温度测试方法等几方面做了阐述。

【关键词】建筑工程;混凝土输送浇筑振捣养护;地基基础;大体积混凝土;施工技术

Ground base of mass concrete construction technology

Jiang Tao

【Abstract】This article, an example, from the foundation of mass concrete temperature stress control difficult, the selection of concrete mix, vibrated concrete pouring conveyor maintenance, concrete temperature testing method aspects are described in detail.

【Key words】construction of concrete pouring conveyor vibration conservation foundation of mass concrete construction technology

1. 工程概况

1.1 建筑物功能特点。

浙江某建筑物地下二层,裙房三层,主楼三十层组成。总建筑面积为51195.2m2 ,其中:地下室二层暂时为人防工程,平时地下二层为自行车车库、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,十一与十二层之间有一个转换层,建筑总高度为108.9m。

1.2 建筑物结构特点。

本工程结构形式框剪结构,基础为筏板基础。

工程设防:(1)人防地下室:人民防空设防级:六级。(2)抗震:抗震设防烈度为八度。

(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。

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12层,地上18层柱子、剪力墙C60,916层柱子、剪力墙C55,1725层柱子、剪力墙C50,2631层剪力墙C45 ,塔楼C30,楼梯、构造柱C30;各楼层梁、板均比同楼层柱子强度降低两级。

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70.50m ,南北宽47.40m ,厚度为1.80m和2.40m二种,混凝土体积约5500m3。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。

本工程是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- 10℃～2.0℃,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。

2.3.1 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五个方面考虑。

(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。

(5) 选用对温控有利的原材料。

考虑以上各种因素,对基础混凝土配合比进行了初步设计。确定的原材料类型如下:42.5级普通水泥;Ⅱ级粉煤灰;中砂,Mx=2.5,级配合格;碎石粒径为531.5 ,级配合格,针片状含量、含泥量合格;缓凝高效减水剂NF ,膨胀剂采用HPE 低碱型混凝土膨胀剂。混凝土配合比经试配后作了适当调整,见表1。

2 、其中f7d、f28d、f60d、f90d 分别为混凝土试配7d、28d、60d、90d 龄期强度代表值。

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5500m3,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60m3 。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/mm2;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,效地降低了成本,提高了效率。