基础筏板大体积混凝土温度场分析及施工控制.pdf

2023 年 11 月下第 52 卷 第 22 期施工技术(中英文)CONSTRUCTION TECHNOLOGY111 DOI:10.7672/sgjs2023220111基础筏板大体积混凝土温度场分析及施工控制王洋洋(中铁建设集团有限公司西北分公司,陕西 西安 710014)摘要 为减少大体积混凝土施工过程中有害裂缝的产生,保证混凝土浇筑质量,提高混凝土结构的安全性和耐久性,依托于大明宫雁塔购物广场地下车库工程,采用数值模拟、工程应用等方法开展大体积混凝土基础筏板无缝整浇施工技术研究。采用数值模拟的方法进行大体积混凝土施工期温度场分析,与此同时,结合数值模拟分析结果提出有效可靠的大体积混凝土施工措施,并对施工过程中的混凝土结构应力应变及温度测量装置进行优化,应用至背景工程。结果表明,优化后的测量装置能在保证测量精度的同时,实现同一测点处多方向测量,可大大提高大体积混凝土基础筏板无缝整浇施工过程中的效率。关键词 混凝土;基础;筏板;数值模拟;施工技术中图分类号 TU528文献标识码 A文章编号 2097-0897(2023)22-0111-04Temperature Field Analysis and Construction Control forMass Concrete of Foundation RaftWANG Yangyang(China Railway Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Northwest Branch,Xian,Shaanxi 710014,China)Abstract:In order to reduce the generation of harmful cracks in the construction process of massconcrete,ensure the quality of concrete pouring,and improve the safety and durability of concretestructures,relying on the underground garage project of Yanta Shopping Plaza in Daming Palace,thenumerical simulation and engineering application methods are used to carry out the research on theseamless pouring construction technology of mass concrete foundation raft.The numerical simulationmethod is used to analyze the temperature field of mass concrete during construction.At the same time,combined with the numerical simulation analysis results,effective and reliable mass concrete constructionmeasures are proposed,and the concrete structure stress and strain and temperature measurement devicesduring construction are optimized and applied to the background project.The results show that theoptimized measuring device can realize multi-directional measurement at the same measuring point whileensuring the measurement accuracy,which can greatly improve the efficiency of the seamless pouringconstruction process of mass concrete foundation raft.Keywords:concrete;foundation;raft;simulation;construction陕西省教育厅科学研究计划(22JK0448)作者简介 王洋洋,工程师,E-mail:942514772 收稿日期 2023-07-160 引言 随着建筑结构复杂程度的不断提高,混凝土一次浇筑工程量越来越大,大体积混凝土的概念应运而生1-3。长期以来,我国混凝土领域的专家学者对大体积混凝土温控裂缝等内容进行了大量研究。林永秋等4根据温度裂缝控制的要求,对大体积混凝土内部温度、由温度引起的温度应力及最大伸缩缝间距进行了理论分析,提出了控制裂缝的主要措施,为高层建筑基础大体积混凝土施工提供重要的指导作用。王新刚等5基于 ANSYS 有限元软件进行大体积混凝土温度及应力场的分析,并将其应用在实 际 案 例 中。樊 士 广 等6应 用 有 限 元 软 件MIDAS 进行大体积混凝土施工仿真分析计算,并根据计算结果制定了相应的技术措施,以达到提高结构承载力和耐久性的目的。李保华7、杨栋等8分别针对水利工程、建筑工程的大体积混凝土结构,从混凝土配合比的设计方法、大体积混凝土结构的112 施工技术(中英文)第 52 卷开裂防治关键技术进行了阐述。丁华营等9采用掺膨胀剂等技术进行医院直加机房防辐射大体积混凝土温度控制研究。总结上述研究,大体积混凝土浇筑温度控制措施可从施工组织管理、浇筑施工工艺、混凝土养护措施 3 方面展开实施。然而,由于大体积混凝土结构本身和施工过程的复杂性及研究和实践的局限性等,仍需对大体积混凝土施工技术进行系统研究。基于此,本文以大明宫雁塔购物广场地下车库工程为依托,对大体积混凝土筏板基础进行施工期的温度分析,总结大体积混凝土基础筏板无缝整浇施工工艺,以期为今后类似大体积筏板基础施工提供借鉴。1 工程概况 大明宫雁塔购物广场地下车库工程位于陕西省西安市雁塔区。工程设计为 3 层地下车库,总建筑面积 34 710.17m2,建筑长度 178.3m、宽 65.4m,层高 5.1m(地下 1 层局部 7.1m)。基础形式为筏式基础,埋深 18m,框架抗震等级三级,筏板分区如图1 所示。图 1 筏板分区示意Fig.1 Raft partition2 基于数值模拟的大体积混凝土温度场分析2.1 模型建立 基于数值模拟软件 MIDAS 进行混凝土水化热建模和分析,模型建立的基本步骤如下。1)输入材料特性等基础计算参数。2)划分单元,确定边界条件。3)设计环境温度函数、对流系数函数。4)定义单元对流边界。5)输入固定温度。6)输入热源函数之后分配给相应单元。7)进行热传导分析。2.2 模型参数 筏板模型计算参数如表 1 所示。2.3 数值模拟结果 选择散热条件最差的节点作为水化热分析节点,每个横断面各取 1 个节点,提取 4 个断面筏板进行浇筑过程温度变化分析,筏板 14 浇筑温度变化 表 1 计算参数Table 1 Calculation parameters参数筏板地基比热/(kJkg-1-1)0.9180.837 2重度/(kNm-3)2 5001 800导热系数/(kJm-1h-1-1)9.298 87.115 9对流系数/(kJm-2h-1-1)18.86810.901大气温度/25.2825.00浇筑温度/2528d 抗压强度/MPa40热膨胀系数110-5110-5泊松比0.2000.200放热系数函数K=45.4a=2.0曲线如图 2 所示,图中数据从混凝土浇筑工作完成后的 14h 开始,共历时 1 800h。筏板 1,2 浇筑 7d 温度云图如图 3 所示。2.4 结果分析 通过分析 4 个筏板温度变化曲线,总结各筏板峰值温度情况如表 2 所示。表 2 各筏板温度峰值情况Table 2 Temperature peaks of each raft筏板编号达到峰值时间/h峰值温度/18052.3220059.636052.5420060.4 1)由于混凝土水化热反应,浇筑后的筏板 1 温度随时间快速上升,约于 80h 到达峰值,温度约为52.3;达到峰值后,混凝土内部温度快速下降,直至浇筑 300h 后的温度趋于平稳,约为 27。2)浇筑后的筏板 2 温度随时间快速上升,约于200h 到达峰值,温度约为 59.6;达到峰值后,混凝土内部温度快速下降,直至浇筑 300h 后的温度趋于平稳,约为 26。3)浇筑后的筏板 3 温度随时间快速上升,约于80h 到达峰值,温度约为 52.3;达到峰值后,混凝土内部温度快速下降,直至浇筑 300h 后的温度趋于平稳,约为 27。4)浇筑后的筏板 4 温度随时间快速上升,约于200h 到达峰值,温度约为 60.4;达到峰值后,混凝土内部温度快速下降,直至浇筑 300h 后的温度趋于平稳,约为 27。3 大体积混凝土施工优化控制措施 基于数值模拟分析发现,大体积混凝土最主要的特点是水泥水化热大,然而混凝土的导热性能较差,使混凝土块内部温度急剧升高,形成内外温差,造成混凝土开裂,因此需制定适宜的大体积混凝土施工优化控制措施。2023 No.22王洋洋:基础筏板大体积混凝土温度场分析及施工控制113 图 2 筏板 14 浇筑温度变化曲线Fig.2 Pouring temperature curve of raft 143.1 原材料选择及配合比优选 1)商品混凝土坍落度入泵时最高不超过 18cm,最低不低于 14cm。2)混凝土采用双掺法,即掺粉煤灰和减水剂。水泥选用表面积小的普通硅酸盐水泥,强度等级为42.5,同时掺加适量的粉煤灰,减少水泥用量,降低图 3 筏板 1,2 浇筑 7 d 温度云图(单位:)Fig.3 Temperature cloud diagram of raft 1,2 poured for 7days(unit:)水泥水化热导致的温度差。3)混凝土粗骨料选用粒径 525mm 的碎石花岗岩,砂选用水洗中砂。最终确定的配合比为:水 水泥 砂 石子 粉煤灰 水胶比=0.59 1 2.76 4.32 0.59 0.49。为验证采用双掺法优化后的混凝土温控效果,本文选取 3 个测点,进行优化前、后的混凝土温度监测试验,如表 3 所示。结果发现双掺后确定的配合比能明显降低混凝土水化热温度。表 3 2 种方案下的混凝土水化热温度Table 3 The hydration heat temperature of concreteunder two schemes测点部位优化前/优化后/1表面温度28.627.3中心最高温度39.637.6底部温度32.330.1内外温度差1110.32表面温度36.736.1中心最高温度52.451.3底部温度48.547.6内外温度差15.715.23表面温度27.527.4中心最高温度48.347.5底部温度40.138.6内外温度差20.820.13.2 施工工艺控制措施 1)混凝土浇筑准备 为保证混凝土连续浇筑,根据混凝土浇筑需用量、天泵实际输送能力、混凝土搅拌站距离、混凝土搅拌运输车的平均车速等参数进行计算,对混凝土运输车数量提出要求。2)控制入模温度为降低混凝土浇筑后总温升值,减小大体积混凝土的内外温差,从而减小拉应力峰值,应选择合理的运输路线,尽量缩短从出厂到混凝土浇筑的时间,同时应尽量选择在夜间114 施工技术(中英文)第 52 卷浇筑。3)确定浇筑顺序大体积基础筏板混凝土常采用跳仓法进行浇筑。同时由于大体积混凝土浇筑量大、持续时间长、浇筑面积大,常选用分层连续浇筑。4)浇筑中做好温控措施 夏季上午 10:00下午 5:00 为高温时段,混凝土浇筑时段安排下午 18:00 后开仓,并加大混凝土入仓强度,控制在次日上午 10:00 前收仓。同时,为保证混凝土在较低温度下施工,浇筑过程中,应根据仓号大小配置喷雾机,对作业面进行湿喷,使混凝土仓面气温保持在 26以下。3.3 大体积混凝土的动态养护技术3.3.1 技术特点介绍 GB 504962018大体积混凝土施工规范等相关规范对大体积混凝土浇筑有以下规定:混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50;混凝土浇筑体里表温差(不含混凝土收缩的当量温差)不宜大于 25;混凝土浇筑体的降温速率不宜大于 2/d;混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于 20。因此,在大体积混凝土的养护过程中,基于数值模拟及监测的大体积混凝土动态养护技术是非常必要的,首先需建立相关数值模型,预测浇筑后的大体积混凝土温度及应力;其次需采用一定的动态监测仪器及手段对浇筑后的大体积混凝土温度及应力进行监测,监测自混凝土浇筑完成开始,直至混凝土块体温度趋于稳定并接近周围环境温度时停止。3.3.2 现有技术问题 传统的混凝土结构应力应变及温度的测量主要采用埋入式传感器。然而,现有的埋入式传感器难以在素混凝土结构内绑扎安装,使用范围大大受限;同时,受结构内部钢筋布置的影响,应变计的安装方向也只能与钢筋方向保持一致,无法测量空间其他方向的应变,从而严重影响了后期对结构内部应变的测量。3.3.3 装置优化措施 基于此,本文创新优化了一种混凝土应变监测装置,由上、下安装杆,球形安装支座,应变及温度监测单元 4 部分组成,如图 4 所示。由于优化后的装置在球形安装座表面均设置若干安装螺口,当需要在混凝土内部测定应变及温度时,可将应变及温度监测单元安装在球形支座不同位置的安装螺口处进行测量,同时也可实现在同一测点处多个方向的应变及温度测量。图 4 优化装置Fig.4 Optimization device与此同时,各部件的连接均通过螺纹连接,连接牢固,混凝土浇筑时的施工荷载对该应变计固定架的影响也较小,可显著提高其测量精度。3.3.4 混凝土养护优化措施 混凝土养护应做到保温和保湿均满足要求。在混凝土终凝前覆塑料薄膜和混凝土终凝后浇水,保持表面混凝土处于潮湿状态 14d;同时,在混凝土浇筑完成 24h 后,通过覆盖棉毡进行保温,使大体积混凝土中心温度和表层温度之差小于 25。覆盖浇水养护应在混凝土浇筑完毕后的 10 12h 内进行,若气温较高可缩短至 23h,时间不得少于 7d。4 结语 1)各筏板的混凝土浇筑温度到达峰值的时间主要为筏板混凝土浇筑后的 60200h,峰值温度最高达 60.4,各筏板温度达到峰值后,混凝土内部温度均快速下降,4 个筏板均为浇筑 300h 后温度趋于平稳,约为 27。2)为合理控制混凝土温度,可采用双掺法进行混凝土配比,即掺粉煤灰和减水剂。水泥选用表面积小的普通硅酸盐水泥,强度等级为 42.5MPa,同时掺加适量的粉煤灰,减少水泥用量,降低水泥水化热导致的温度差。3)首先需建立相关数值模型,预测浇筑后的大体积混凝土温度及应力;其次需采用一定的动态监测仪器及手段对浇筑后的大体积混凝土温度及应力进行监测,监测自混凝土浇筑完成开始,直至混凝土块体温度趋于稳定并接近周围环境温度时停止。参考文献:1 郑华凯,刘钊,唐俊.悬索桥承台大体积混凝土温控及抗裂技术应用J.施工技术(中英文),2022,51(2):58-61.ZHENG H K,LIU Z,TANG J.Application of temperature controland crack resistance technology for mass concrete of suspensionbridge capJ.Construction technology,2022,51(2):58-61.(下转第 120 页)120 施工技术(中英文)第 52 卷弧部分混凝土浇筑均匀、成型规整。5)支撑平台采用悬挂自制弧形钢筋爬梯的方式拆除,先拆除钢板及次梁,然后主梁自远及近依次拆除,用气焊切割将平台按顺序切割为直径小于50cm 的碎块,切割后碎块利用绳子运输至上平洞。参考文献:1 李耀辉.锦屏二级水电站厂区枢纽工程高压管道竖井混凝土浇筑技术J.四川水利,2021,42(2):52-55.LI Y H.Concrete pouring technology for high pressure pipe shaftof plant complex project of Jinpin hydropower station J.Sichuan water resources,2021,42(2):52-55.2 李伟,潘洪,朱天琴,等.泰安电站引水上弯段施工技术J.水利水电技术,2008,39(9):71-74.LI W,PAN H,ZHU T Q,et al.Construction technology of theupper curved section of water diversion in Taian Power StationJ.Water resources and hydropower engineering,2008,39(9):71-74.3 贾飞,李丽宁,杜森,等.隧道二次衬砌大掺量粉煤灰混凝土抗渗性研究J.施工技术(中英文),2022,51(21):74-78.JIA F,LI L N,DU S,et al.Study on the impermeability of highvolume flyashconcreteintunnelsecondarylining J.Construction technology,2022,51(21):74-78.4 向龙,田志宇,王俊,等.隧道施工因素对衬砌结构安全性影响评价研究J.施工技术(中英文),2021,50(16):30-33,50.XIANG L,TIAN Z Y,WANG J,et al.Study on the evaluation ofthe influence of tunnel construction factors on the safety of liningstructureJ.Construction 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