筏板大體積混凝土施工技術(shù)

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【摘要】超厚底板的大體積混凝土施工技術(shù)是超高層筏板基礎(chǔ)施工的重難點(diǎn)。在工程策劃階段，對(duì)筏板大體積混凝土施工過(guò)程中可能引起質(zhì)量缺陷的各種因素進(jìn)行深入的研究，并通過(guò)ANSYS有限元軟件完成了對(duì)該工程大體積混凝土溫度場(chǎng)的模擬,在施工階段，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的精心規(guī)劃和部署，以及在人員組織、溫度測(cè)量和養(yǎng)護(hù)等方面采取綜合措施，確保正常澆筑，澆筑結(jié)束后，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整混凝土的養(yǎng)護(hù)措施，以此保證工期和質(zhì)量要求。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；施工技術(shù)；裂縫控制；溫度監(jiān)測(cè)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在城市，高層和超高層建筑越來(lái)越多，新的高度需要?jiǎng)?chuàng)新性的工程技術(shù)作依托，更需要有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)作為建筑物的支撐。筏板基礎(chǔ)作為超高層建筑荷載傳遞中的重要環(huán)節(jié)，發(fā)揮著重要的作用，往往成為施工和設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)[1]。目前，超高層建筑的高度不斷升高，基礎(chǔ)筏板承受的荷載也顯著的增加，對(duì)筏板的剛度和強(qiáng)度要求也越來(lái)越高，超高層建筑的筏板基礎(chǔ)一般呈現(xiàn)為混凝土的澆筑量越來(lái)越大，筏板的厚度也越來(lái)越厚的特點(diǎn)[2]。對(duì)大體積混凝土的研究越來(lái)越深入，美國(guó)學(xué)者Lawrence[3]等通過(guò)試驗(yàn)和有限元分析研究了早期強(qiáng)度對(duì)大體積混凝土溫度裂縫的影響。國(guó)內(nèi)朱伯方院士[4]為中國(guó)混凝土瞬態(tài)溫度場(chǎng)編寫(xiě)了第一個(gè)有限元程序和溫度應(yīng)力有限元計(jì)算程序。本文以某超高層建筑工程為研究背景，首先通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)該工程大體積混凝土的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，然后對(duì)該工程的筏板大體積混凝土施工工藝進(jìn)行了深入研究。

1工程概況

該工程為外框鋼管柱-內(nèi)剪力墻核心筒的結(jié)構(gòu)體系，共78層，建筑物總共為高達(dá)379m。基礎(chǔ)采用筏板形式，且一次澆筑完成。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P10，一次澆筑的混凝土量達(dá)1.2萬(wàn)方，筏板局部電梯基坑處厚度達(dá)到12.6m。

2施工特點(diǎn)與難點(diǎn)

⑴該項(xiàng)目位于舊城中心，交通擁堵；基坑周圍的場(chǎng)地非常狹窄，用于澆筑的混凝土罐車的數(shù)量較多，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和攪拌站之間的交通組織造成很大困擾。⑵常規(guī)的混凝土水化熱方程無(wú)法滿足本工程超深和超大型大體積混凝土的前期分析和預(yù)測(cè)工作，如何找出影響該工程大體積混凝土溫度變化的主要因素，從而制定出大體積混凝土溫度非常態(tài)下的應(yīng)急處理預(yù)案是澆筑之前準(zhǔn)備的重難點(diǎn)。⑶筏板混凝土一次澆筑的混凝土量達(dá)1.2萬(wàn)方，保證混凝土的及時(shí)供應(yīng)，合理的組織現(xiàn)場(chǎng)澆筑，澆筑過(guò)程中的質(zhì)量控制等都是施工過(guò)程中的重難點(diǎn)。⑷混凝土澆筑完成后，會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，如何對(duì)大體積混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和內(nèi)部溫度檢測(cè)，保證內(nèi)外溫差不超過(guò)規(guī)范限值，是澆筑完成后的重難點(diǎn)。

3大體積混凝土施工控制技術(shù)

3.1大體積混凝土質(zhì)量控制重點(diǎn)

筏板大體積混凝土是超高層建筑基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵步驟。由于內(nèi)部混凝土（脆性材料）和鋼筋本身的性能，混凝土的溫度在施工過(guò)程中和運(yùn)行期間會(huì)因氣溫、水溫、自水合熱等復(fù)雜因素發(fā)生很大變化，導(dǎo)致溫度變形較大，當(dāng)溫度變形受到約束時(shí)，會(huì)在混凝土中產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，所以，筏板大體積混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)就是要防止大體積混凝土的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

3.2溫度應(yīng)力的仿真分析

對(duì)筏板基礎(chǔ)進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真計(jì)算，圖1和圖2為核心筒電梯井區(qū)域部分底板的數(shù)值模擬，結(jié)果顯示：大底板核心筒由于混凝土澆筑厚度比較大，產(chǎn)生的水化熱較高，最高溫度可達(dá)81℃。在混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中，內(nèi)部混凝土受壓，外部混凝土受拉，因此要特別加強(qiáng)表層混凝土養(yǎng)護(hù)，防止溫度應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生的溫度裂縫。

4大體積混凝土澆筑施工部署

4.1施工的總體部署

本次塔樓筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及施工部署劃分為兩個(gè)階段、四個(gè)區(qū)域，由深至淺，先由南北向澆筑電梯井，同時(shí)根據(jù)各個(gè)階段的澆筑情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆筑泵車的配備及布置情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整（圖3）。計(jì)劃采取以下組織措施，以確保混凝土澆筑過(guò)程中混凝土澆筑的質(zhì)量：⑴選擇具有較強(qiáng)實(shí)力、較強(qiáng)生產(chǎn)能力和強(qiáng)大技術(shù)能力的混凝土供應(yīng)商。澆筑的混凝土必須采用統(tǒng)一配合比、統(tǒng)一建筑原材料、統(tǒng)一調(diào)度指揮、統(tǒng)一檢驗(yàn)試驗(yàn)。混凝土供應(yīng)商應(yīng)制定合理的混凝土生產(chǎn)和供應(yīng)、道路運(yùn)輸、試驗(yàn)和檢驗(yàn)等方案，以確保現(xiàn)場(chǎng)的混凝土質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，同時(shí)滿足施工需求。⑵合理布置混凝土泵車的位置，規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)車輛管理方案，包括：行車方向、停靠位置、試驗(yàn)檢測(cè)地點(diǎn)等，確定社會(huì)道路交通運(yùn)輸最佳路線；設(shè)置總調(diào)度、車輛專職調(diào)度員，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度協(xié)管員和試驗(yàn)檢驗(yàn)員，做好工程現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)外車調(diào)度，負(fù)責(zé)混凝土車和泵車之間的協(xié)調(diào)調(diào)度管理和進(jìn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量的檢驗(yàn)試驗(yàn)工作。⑶業(yè)主和項(xiàng)目部開(kāi)盤(pán)前一周內(nèi)應(yīng)協(xié)助解決道路運(yùn)輸、車輛停放、市容及環(huán)保在澆筑混凝土期間的管理和協(xié)調(diào)工作。⑷確定混凝土澆筑方向及澆筑方式，整個(gè)基礎(chǔ)底板澆筑工程采用多點(diǎn)同時(shí)澆筑，斜面分層施工，由南向北整體一次完成，保證澆筑過(guò)程不產(chǎn)生冷縫。⑸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制定全面詳細(xì)應(yīng)急預(yù)案（停電、大風(fēng)、大雨、人員疲勞等因素)，防止意外發(fā)生。

4.2養(yǎng)護(hù)措施

混凝土的養(yǎng)護(hù)采用外部養(yǎng)護(hù)方法，養(yǎng)護(hù)14天，在筏板基礎(chǔ)中布置適當(dāng)深度和數(shù)量的測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)這些測(cè)溫點(diǎn)處的溫度以及大氣溫度進(jìn)行記錄，并根據(jù)測(cè)量和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的預(yù)測(cè)大體積混凝土的裂縫情況，并作出相應(yīng)的預(yù)防措施，防止混凝土裂縫的產(chǎn)生。

5大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)

為了保證本工程混凝土的澆筑質(zhì)量，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，確定了混凝土溫度監(jiān)測(cè)和混凝土應(yīng)變監(jiān)測(cè)的方案（圖4），其中紅色圓形區(qū)域代表溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，總計(jì)有9個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。⑴前期準(zhǔn)備工作。將測(cè)溫點(diǎn)分上、中、下三處，垂直測(cè)點(diǎn)間距控制在500～800m，且上部與下部的傳感器至混凝土表面的距離不得小于50mm。篩選測(cè)溫線，根據(jù)基坑深度和測(cè)溫導(dǎo)線的埋置深度，分別在測(cè)溫線頂部標(biāo)記其具體埋深信息，以保證后續(xù)溫度的記錄。⑵測(cè)溫線的固定。將測(cè)溫線固定在合適長(zhǎng)度的定位鋼筋上，再用扎絲對(duì)測(cè)溫線進(jìn)行有效纏繞保護(hù)，但需露出感應(yīng)線頭。把另一端轉(zhuǎn)接頭放置在塑料杯內(nèi)，定位鋼筋穿過(guò)塑料杯底伸至塑料杯內(nèi)，保護(hù)傳感器的測(cè)溫端頭。⑶測(cè)溫。本項(xiàng)目混凝土溫度監(jiān)測(cè)共九個(gè)測(cè)點(diǎn)，分兩個(gè)階段進(jìn)行測(cè)溫：第一階段是在混凝土內(nèi)部溫度峰值到來(lái)之前的前2小時(shí)測(cè)量一次，第二階段是在溫度峰值來(lái)臨之后的24小時(shí)內(nèi)，先每隔4個(gè)小時(shí)測(cè)量一次，然后再每隔6～8小時(shí)測(cè)量一次，同時(shí)測(cè)量大氣溫度，對(duì)所有溫度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并記錄內(nèi)部不同深度的溫度和表面的溫度。塔樓電梯井處筏板最深厚度達(dá)12.6m，以14天為溫度監(jiān)測(cè)周期（圖6），溫升峰值為混凝土澆筑后第三、四天，溫升最高可達(dá)80.1℃。基本和軟件分析結(jié)構(gòu)相同。以此，通過(guò)軟件模擬大體積溫度場(chǎng)的變化是合理的。對(duì)于前期的預(yù)測(cè)和分析是很有必要的。

6結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)該工程大體積混凝土的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，并對(duì)該工程的筏板大體積混凝土施工工藝進(jìn)行了探討，可以得出以下結(jié)論：⑴超體量大體積混凝土的澆筑要發(fā)揮集團(tuán)優(yōu)勢(shì)，分工明確，按責(zé)施工。⑵交通組織要單獨(dú)策劃，過(guò)程中專人負(fù)責(zé)指揮，確保澆筑連續(xù)。提前對(duì)道路強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，可鋪鋼板避免道路壓壞導(dǎo)致場(chǎng)地不通。⑶應(yīng)用有限元軟件對(duì)大體積混凝土溫度場(chǎng)的控制和預(yù)測(cè)是十分必要的。有助于前期混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)急預(yù)案的制作，做到心中有數(shù)。⑷對(duì)大體積混凝土實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)測(cè)有助于合理地調(diào)整混凝土的養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)于控制混凝土裂縫的產(chǎn)生是必不可少的技術(shù)措施。

作者:劉小換 余尚 單位:廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 筑博設(shè)計(jì)股份有限公司佛山分公司