大体积混凝土基础“分块跳仓、抗放结合”的施工方法.pdf

1 46 四川建筑科学研究 S i e h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 第3 8卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 大体积混凝土基础“ 分块跳仓 、 抗放结合 的施工方法 张庆芳 ( 孝感学院城市建设学院， 湖北 孝感4 3 2 0 0 0 ) 摘要： 结合某转炉工程的具体情况， 经计算、 分析探讨 ， 确定并实施了“ 分块跳仓、 抗放结合” 的施工方案， 解决炼 钢工程转炉基础浇筑过程中裂缝控制的实际问题。同时， 也解决了同类型转炉基础无有害裂缝施工技术难题 ， 既 保证了工程质量， 又降低了成本。 关键词： 大体积混凝土； 高炉基础； 裂缝； 分块跳仓； 抗放结合 中图分类号： T U 7 5 3 文献标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 1 1 4 60 3 0 前 言 体积混凝土的有害 裂缝发生。 近些年， 随着工程项 目的不断增加， 设计与施工 都在不断地探索与进步。尤其在施工方面， 技术创 新取得了不少成果， 创建 了大体积混凝土基础跳仓 施工方法， 例 如： 宝钢 的 5 0 0 0 m m轧机 、 上钢一 厂 1 7 8 0 m m轧机、 武钢 2 2 5 0 m m轧机 、 沙钢 5 0 0 0 m m 轧机工程等， 都运用 了跳仓法进行施工 。其技术特 点是将基础底板切割为许多 4 0 m 4 0 m左右 的小 块体间隔施工 ， 经过大约 1 0 d的应力释放与收缩完 成， 再将分块的个体连成整体， 称之为跳仓法。一般 考虑到一个流水段 能力及完成工部时间， 来组织施 工。依靠抗拉强度， 抵抗 以后下一段 的温度收缩应 力及变形 。大型转炉基础一般为整体筏板基础， 其混凝土基础体积都很大， 通常在 5 0 0 0 1 5 0 0 0 r n 之 间。 目前 ， 1 5 0 t 以下的转炉基础混凝土一般都采用 “ 整体浇筑法” 浇筑 ， 基础混凝土裂缝控制技术要求 较高。3 3 0 0 t 转炉基础如果采用“ 整体浇筑法” 浇 筑 ， 必须加大基础设计配筋率 ， 更改原有 的设计 ， 加 大工程投资， 并存在很大的裂缝控制风险。 “ 分块跳仓、 抗放结合” 法施工工艺原理 ， 是在 3 3 0 0 t 转炉基础大体积混凝土施工过程中， 合理地 对基础进行分块 ， 采用 “ 分块跳仓” 法浇筑 昆 凝 土， 控制混凝土浇筑块体因水泥水化热引起的温升、 混 凝土浇筑块体的内外温差和降温速度 ； 对混凝土 内的温度应力， 采用“ 抗放结合” 的方法， 同时在采 取相应的抗裂措施之后 ， 避免和控制 了转炉基础大 收稿 日期： 2 0 1 0 - 0 8 - 2 5 作者简介： 张庆芳( 1 9 6 6 一) ， 女， 湖j B 广水人， 硕士， 副教授， 主要从 事房屋建筑教学及混凝土等建筑材料方面的研究。 E ma i l ： x g z h a n g q 1 6 3 e o m 1 工程概况 马钢新区“ 十一五” 技术改造与结构调整 项 目 新建 3 0 0 t 转炉与钢水精炼设施工程， 在炼钢主厂房 精炼跨与转炉跨 l 2 1 6线内， 一期工程预留 1台、 安装2台采用顶底复合吹， 计算机动态控制， 最大出 钢量 ： 3 2 0 t 炉， 是具有世界先进水平的大型转炉。 3 3 0 0 t 转炉基础采用整体筏板基础 ， 底板几 何尺寸长 宽 厚 =9 2 m 4 4 m 3 m， 整体混凝土 浇筑量约为 1 4 0 0 0 I l l 。 ， 含有主厂房高层框架柱 和转 炉倾动支座基础。基础底板标高为V 一6 0 0 0一 一 3 0 0 0 ， 混凝土强度等级为 C 3 0 ； 地基处理方式 采用D= 1 0 0 0 m m钻孔灌注桩， 数量共 4 6 5 根， 桩身 人中风化岩内1 0 m。 2 裂缝控制计算 2 1 混凝土浇筑前裂缝控制计算 ( 按 3 0 d龄期 ) 计算条件 ： I ) 计算依据商 品混凝土公司提供的参考配合 比， 见表 1 。 表 1 配合 匕 参数 P O 4 2 5水泥 水 中砂 碎石 其他掺料 ( k g m。 ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m 。 ) ( k g m ) 外加剂 5 7 矿粉 6 5 粉煤灰 7 5 2 ) 基础配筋率 ： u ( 纵向) = 0 3 7 2 ， u ( 横 向)= 0 3 4 2 4 ， 昆凝土人模温度 7 o =1 4 ( ) ， 混凝 土因 外约束引起的温度 ( 含收缩 ) 应力( 二维时) 一般用 约束系数法来计算约束应力， 按以下简化公式进行 计算 ： 张庆芳 ： 大体积混凝土基础“ 分块跳仓、 抗放结合” 的施工方法 1 4 7 =一 譬 R 一 = (t) A T=T o+( 2 3 ) ( )+ ( )一 3 0 d 龄期计算时取： S f 1) =1 0 0 ， R= 1 0 0 ， O =1 1 0 ， 1 3=0 1 5。 混凝土 3 0 d的弹性模量 ， 由式： Ef t 】 = E ( 1 一e ) 计算得： E ( 3 0 ) = 2 8 0 1 0 最大综合温差 = 1 7 2 4 基础混凝土最大降温收缩应力， 由式： or =一 譬 计算得： = 5 6 8 N ra m。 不同龄期的抗拉强度， 由式： ( t )= O ( 1 g t ) 计算得 ( 3 0 ) = 1 4 8 N m m 抗裂缝安全度： K =1 48 5 6 8=0 2 61 1 5 不满足抗裂条件。 自约束裂缝控制计算( 按 3 0 d 龄期) 。 大体积混凝土由于温差产生的最大拉应力和压 应力， 可由下式计算： 一 2 、 ， E( ) 以 0- t 了 一 1 、 ， ( ) o e 丁 ： 计算： 取 E 0 = 3 0 0 1 0 N ra m ， 0-=1 1 0 ， A T I =2 5 0 0 ， =0 1 5 。 混凝土在3 0 d 龄期的弹性模量， 由式： E f I 1 = E 。 ( 1一 e ) 计算得： E( 3 0 0 )= 2 8 01 0 N m m 混凝土的最大拉应力 ， 由式 ： 2 E( ) O - t T x 计算得 ： o r = 5 4 9 N mm 混凝土的最大压应力 ， 由式 ： 1 E( t ) 以 1 c 了 计算得 ： = 2 7 4 N mm A A A A 4 3 o o 43 O 0 ( a ) 转炉基础施工缝平面布置图 3 0 d 龄期的抗拉强度， 由式： ( t )= 0 8 f , ( 1 g t ) 计算得 ( 3 0 O ) =1 4 8 N m m 结论： 因内部温差引起的拉应力大于该龄期内 混凝土的抗拉强度值， 所以会出现表面裂缝。 2 2 混凝土浇筑后裂缝控制计算 弹性地基基础上大体积混凝土基础或结构各降 温阶段综合最大温度收缩拉应力， 按下式计算： ，一 【 卜 赢cosh s -ct t】 一 l 睾 I童 “ ) “ I) 降温时， 混凝土的抗裂安全度应满足下式要求： K ： 1 1 5 0- ( 0 经计算， 总降温产生的最大温度拉应力： 0- = 0-( 6 )+0-( 9 )+ 0-( 1 2 )+ o r ( 1 5 ) +o r ( 1 8 )+ 0-( 2 1 )+ 0 - ( 2 4 )+0-( 2 7 )+ 0-( 3 0 ) =2 0 32 Nr am 混凝土抗拉强度设计值取 1 4 8 N ra m ， 则抗裂 缝安全度 ： K=l _ 4 8 2 0 3 2=0 7 2 81 1 5( 不 满足 抗裂条件) 。 2 。 3 伸缩缝间距计算 计算公式： 一 = 1 5 ( H E C x ) V a r c h ( I I ( I I 一占 ) ) 其中： C x =C x 1 ( 单 纯 地 基 阻 力 系 数 ) +C ) ( 2 ( 桩 的 阻 力 系 数 ) C ( 桩 的 阻 力 系 数 ) = 4 E I K D ( 4 E I ) 。 4 F 计算结果 ： 1 ) 混 凝 土 的 弹 性 模 量 E( 3 0) =2 7 9 8 3 2 7 ( N mm ) ； 2 ) 伸缩缝间距 L = 4 5 9 9 ( m) 4 6 ( m) 。 3 施工方案及施工技术 3 1 施工方案 根据“ 分块跳仓、 抗放结合” 法原理， 在转炉基 础底板 1 31 4线间距 l 3线 4 3 0 0 m m， 1 41 5线间 距 1 4线 4 3 0 0 m m， 同时避开在转炉基础底板 内含三 道电缆沟处设置两条垂直分仓缝 ， 将基础底 板分成 长各为 3 6 8 m， 2 7 m和 2 8 2 n l 的三块( 图 1 ) ， 使得 3 3 0 0 t 转炉每一座转炉基础结构的相对完整 。 ( b ) 垒 图 1 垂直分仓缝位置 L5 0X 5 3 0 00 3 0 00 l 8 剪刀撑 30 0 0 1 4 8 四川建筑科学研究 第 3 8卷 3 2施工工艺流程 土方开挖 一 垫层混凝土 一 桩头破除 一 基础 四周脚手架一 基础底板底层钢筋绑扎一 基础外侧 模板安装 基础上层钢筋 固定架施工 一 基础 中 层钢筋安装一基础上层钢筋安装一测温探头布设一 分块跳仓缝设置一 “ 分块跳仓、 抗放结合” 法浇筑混 凝土 一 混凝土测温控制及养护 一 混凝土基础验 收。 3 3 施工技术 1 ) 在混凝土配合比中， 采用掺加粉煤灰和矿粉 的双掺技术， 同时利用混凝土后期( 6 0 d ) 强度进一 步减少了水泥用量， 降低水化热量， 施工采用的配合 比见表2 ( 商品混凝土公司提供) 。 表2 配合比参数 P 0 4 2 5 水泥 水 中砂 碎石 其他掺料 ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) Y j 一2 w 5 2 2 3 5 1 7 2 7 5 0 1 0 4 0 矿粉 8 O 粉煤灰 7 5 2 )在采用“ 分块跳仓， 抗放结合” 法浇筑混凝 土时， 对每块混凝土浇筑采用“ 斜面薄层分层法” 由 一 端向另一端进行， 减少每次浇筑长度和蓄热量， 增 加散热面， 防止水化热的过大积聚 ， 削减温度收缩应 力。 3 )配备合理混凝土施工设备， 保证混凝土的浇 筑强度不少于 1 2 0 m h 。 4 ) 尽可能地降低混凝土入模温度， 采用薄层浇 筑， 利用浇筑面散热。 5 )混凝土振捣采用机械振捣， 振捣工作应从浇 筑层底层开始， 逐渐上移， 在混凝土浇筑坡度的前后 布置两道振动器。每层混凝土振捣过程中， 混凝土 表面的泌水应及时处理。 6 )在混凝土初凝前 ， 对基础顶面混凝土进行二 次振捣 ， 提高混凝土密实度 ， 增强基础顶面混凝土抗 拉强度。 7 )混凝土浇至顶面后 45 h左右 ， 将混凝土 表面进行找平， 并在混凝土初凝前用木盒打磨压实 三遍 ， 以闭合收水裂缝。 8 ) 实行信息化施工， 在基础内预先埋设测温元 件 ， 及时监测大体积混凝 土浇筑温度 以及浇筑层的 温升变化、 内外温差、 降温速度等， 计算实际温度应 力是否满足要求， 并确定混凝土的保温措施是否需 要调整。 9 )混凝土终凝后， 根据计算及时对混凝土进行 保温养护。在混凝土终凝后， 对其上表面洒水润湿 及时使用两层塑料薄膜和两层麻袋覆盖 ， 并根据实 际温差情况决定是否增加覆盖层 ， 同时在保温期 间 经常检查混凝土是否需补充水份。混凝土侧面用两 层麻袋覆盖 ， 以减少空气对流， 达到混凝土侧面保温 调控的目的。 1 O ) 在混凝土表面保护层内埋人 。4 5 0的冷 拔焊接钢丝网片， 控制混凝土表面裂缝的产生。 4分析及结论 1 ) 通过以上计算分析， 3 3 0 0 t 转炉基础大体 积混凝土采用整体浇筑将不 可避免地产生有 害裂 缝。而采用“ 分块跳仓” 后， 每一块体的最大整浇长 度均不超过 4 6 m， 完全避免了产生有害裂缝。 2 ) 经济分析： 由于采用“ 分块跳仓法” 浇筑， 与 传统整体浇筑方法相比， 主要增加了两道分仓缝处 模板安装和分仓缝处杂物清理等费用。 分仓缝处模板材料费 ： 1 ) 型钢骨架： I t 2 6 0 0元 = 2 6 0 0元 2 ) 4冷拔钢丝网： 5 2 0 m 6 0元 = 3 1 2 0 0元 分仓缝处模板安装费： 4工 日 1 0 0 工 日 = 4 0 0元 分仓缝处杂物清理费： 8工 日 8 0 工 日=6 4 0元 合计增加 ： 3 4 8 4 0元 同时， 采用 6 0 d强度节约水泥费用 ： ( 2 5 0 2 3 5 ) l, g m 。 1 0 0 02 6 0 t 1 4 0 0 0 m = 5 4 6 0 0元 实际降低成本 ： 5 4 6 0 03 1 2 0 0= 2 3 4 0 0元 3 ) 结论 ： 在 3 X 3 0 0 t 转炉基础大体积混凝土施 工过程中， 合理地对基础进行分块， 采用“ 分块跳 仓” 法浇筑混凝土， 控制混凝土浇筑块体因水泥水 化热引起的温升、 混凝土浇筑块体的内外温差和降 温速度 ； 对混凝土内的温度应力 ， 采用“ 抗放结合 ” 的方法 ， 在采取相应的抗裂措施之后 ， 避免和控制了 转炉基础大体积混凝土的有害裂缝发生。同时， 解 决了同类型转炉基础无有害裂缝施工技术难题， 既 保证了工程质量好， 又降低了成本。简单易行、 安全 可靠、 可操作性强。适用于工业与民用建筑 、 公共建 筑以及水利水电和桥梁工程的大型基础的施工。 参 考 文 献： 1 姜文才 关于大型精轧机地下 B O X设备基础施工方法之我见 J 工业建筑， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 1 ) ： 1 0 7 4 1 0 7 6 2 赵育红 某工程大体积混凝士裂缝控制方法 J 四川建筑科 学研究 ， 2 0 0 7， 3 3 ( 4 ) ： 2 2 9 - 2 3 1