严寒环境下大体积混凝土基础底板施工技术.pdf

第 4 5卷第 2期 2 0 1 4年 2月 Vo 1 4 5 No 2 F e b 2 01 4 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o 1 0 5 严寒环境下大体积混凝土基础底板施工技术 张莉莉 ，罗 艺 ，王 杰 ，李玉建 ，刘明均2 ( 1 北京六建集团有限责任公司， 1 0 0 1 4 3 ， 北京； 2 北京双良混凝土有限公司， 1 0 0 1 0 2 ， 北京) 摘要：北京绿地中 L , S I 程大体积基础底板厚3 2 m， 局部厚度达9 1 m， 一次性浇筑混凝土超过1 万m 3 。大体 积混凝土浇筑期间， 最低温度达一 2 0 C。通过在混凝土配合比设计、 防冰雪冻害、 控制混凝土裂缝、 生产组织等方 面采取措施， 确保了大体积混凝土基础底板的施工质量。 关键词： 大体积混凝土； 配合比； 裂缝控制； 冬期施工 中图分类号 ： T U 7 5 3 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 1 0 5 0 4 C ONS T RUCT I ON T E CHNI QUE OF MAS S I V E CONCRET E F OUN DAT I ON MAT I N 00I D ENVI RGlNM ENT Z H A N G L i l i ， L U O Y i ， WA N G J i e ， L I Y u - j i a n ， L I U Mi n g - j u n 。 ( i B e i j i n g L i u j i a n C o n s t r u c t i o n G r o u p C o ，L t d ，1 0 0 1 4 3 ，B e ij i n g ，C h i n a ； 2 B e i j i n g S h u a n g L i a n g C o n c r e t e C o ，L t d ，1 0 0 1 0 2 ，B e i j i n g ，C h i n a ) A b s t r a c t ： B e i j i n g G r e e n l a n d C e n t e r p r o j e c t i n v o l v e s 3 2 m t h i c k m a s s i v e c o n c r e t e f o u n d a t i o n m a t ，w h o s e l o c a l p o s i t i o n i s a s d e e p a s 9 1 m a n d o n e-s h o t c o n c r e t e p o u nn g q u a n t i t y i s mo r e t h a n 1 0， O 0 0 m Du r i n g ma s s i v e c o nc r e t e p o u ring 。 t he l o we s t t e mp e r a t u r e r e a c h e s 一 2 0 o C Va rio u s me a s u r e s a r e a d o p t e d， s uc h a s c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n d e s i g n， i c e， s n o w a n d f r e e z i n g p r o t e c t i o n， c o n c r e t e c r a c k c o n t r o l a n d p r o d u c t i o n o r g a n i z a t i o n，e t c ， t o s u c c e s s f u l l y e n s u r e t h e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y o f ma s s i v e c o n c r e t e Ke y wo r ds ： ma s s i v e c o n c r e t e；mi x p r o p o rti o n； c r a c k c o n t r o l ；wi n t e r c o n s t r u c t i o n 1 工程概 况 北京绿地中心工程包括6 2 5 地块及6 2 7 地块， 地上5 个单位工程 ， 地下5 层基础结构整体连通。总建筑面积 超过3 5 万m ， 占地面积达 1 4 万m 。 该工程的基础形式主要为筏形基础和桩一 筏基 础， 整个基础工程分多次进行大体积基础底板浇筑， 9 0 d 内共计浇筑5 次。大体积基础底板厚度主要为1 ， 2 9 ， 3 ， 3 2 m 等4 种， 大体积混凝土方量总计3 7 5 7 7 m 3 。 4 号商 务办公楼高达2 6 0 m， 其基坑最深达一 3 1 3 m， 基础底板 厚度为3 2 m， 局部加深部位厚达9 1 m。由于超高层建 筑施工工艺复杂， 基础底板包含埋入式钢结构， 钢筋绑 扎施工难度较大。因此。该部位为整个工程最后施工 的大体积底板 。 2 施工难点 ( 1 )超高层大体积基础底板施工正值严冬季节， 外界环境温度最低为一 2 0 。施工现场面临冰雪冻害、 低温浇筑混凝土、生产组织困难及保温养护时间长等 难题。为确保超高层大体积基础底板施工质量，通过 优化混凝土的配合比、 制订有针对性的组织部署、 提前 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 2 8 作者简介： 张莉莉( 1 9 7 1 一 ) ， 女， 北京市人， 高级工程师， 项目总工程师， e ma i l ： z h l i l i s o h uc o m 预控， 保温养护过程中严控混凝土内外温差在2 0 以 内等措施 ，完成了严冬季节大体积基础底板混凝土的 浇筑。 ( 2 )基础底板为抗渗混凝土， 若出现裂缝， 将严重 降低混凝土的抗渗生 能， 不符合设计要求。 大体积混凝 土施工过程中，由于水泥水化热引起的混凝土内部温 度和温度应力剧烈变化， 从而极易导致混凝土出现裂 缝。因此， 控制混凝土内部因水化热引起的温升、 混凝 土内外温差及降温速度是防止混凝土出现有害温度裂 缝 的关键。 3 混凝土配合比设计 3 1配合比优化思路 严冬季节大体积基础底板浇筑混凝土存在较大质 量隐患。 考虑到外界温度极低， 最低温度达一 2 0 。 组织 搅拌站对混凝土配合比进行了调整、 优化， 主要在以下 几方面进行控制。 ( I )减少混凝土水泥用量， 降低水泥水化热， 降低 绝热温升， 从而减少收缩。 ( 2 )延长混凝土拌合物初凝时间，将初凝时间控 制在l 0 1 2 h ， 延缓水泥初凝时间， 保证现场混凝土施 工连续性 防止出现冷缝。 ( 3 )添加混凝土掺合料， 利用( 粉煤灰+ 矿粉) “ 双 1 0 6 建筑技术 第 4 5 卷第 2 期 掺” 的超叠加技术， 大幅度增强混凝土的内部结构致密 性， 从而控制早期收缩。 同时， 掺加了矿物掺合料， 进一 步减少水泥用量， 在改善混凝土和易性的同时， 缓解水 泥水化热 。 ( 4 )总结施工经验。分阶段对混凝土配合比进行 调整。从用水量、 粉煤灰、 矿粉的取代率等方面进行反 复试配调整。 3 2 确定配合比 组织搅拌站进行绝热温升试验， 确定低水化热的 大体积混凝土配合比。大体积混凝土配合比最终将水 泥用量控制在1 8 0 2 3 0 k g m ，区间。具体选定了水泥用 量为1 8 2 ， 2 0 4 ， 2 2 3 k g m 的3 种配合比做进一步比较分 析， 通过试验数据得出绝热温升曲线( 表1 4 ， 图1 ) 。 表1 水泥用量1 8 2 k g m 的混凝土配合 比 强度 水泥 混凝土材料 ( k g m ) 等级 品种 水 水泥 砂 石 粉煤灰 矿粉 外加剂 C4 0 P1 0 P 04 2 5 1 6 0 1 8 2 7 6 2 1 08 6 1 3 0 8 8 66 表2 水泥用量为1 8 2 k g m 配合比试验绝热温升 龄 期， d 3 7 9 1 4 2 0 2 5 2 8 温手 L 3 l _ 3 4 2 O 4 3 3 4 4 5 4 4 6 4 4 5 4 4 5 表3 水 泥用量2 0 4 k g m3 的混凝 土配合比 强度 水泥 混凝土材料用量， ( k g m ) 等级 品种 水 水泥 砂 石 粉煤灰 矿粉 外加剂 C 4 0 Pl O P O4 2 5 1 6 5 2 o 4 7 6 2 1 0 5 3 1 0 8 8 8 5 - 2 0 注： 配合比试验绝热温升为4 4 3 ， 中心最高温度5 6 5 o C 。 表4 水泥用量为2 2 3 k g m 的混凝 土配合比 强度 水泥 混凝土材料用量， ( k m 3 ) 等级 品种 水 水泥 砂 石 粉煤灰 矿粉 外加剂 C4 O P1 0 P 04 2 5 1 72 2 2 3 7 4 6 1 0 75 61 1 2 3 1 1 1 注： 配合比试验绝热温升为4 8 7 ， 中心最高温度6 0 3。 l 8 2 k m 水泥 2 0 4 k g m 泥 _ 2 2 3 k 咖 冰 泥 时间 h 图 1 绝热温升曲线 针对3 种配合比组织专家研讨，确定了水泥用量 为1 9 0 k g m 的配合比是理论上最为理想的混凝土状 态， 既保证了混凝土眭能、 强度， 又降低了混凝土水化 热， 内部温升也能控制在5 0 C 左右。因此， 在冬期施工 中基础底板突破性地使用了水泥1 9 0 k g m 的混凝土配 合比， 加大了粉煤灰、 矿粉等掺合料的使用( 表5 ) 。 表5 最终确定水泥用量为1 9 0 k g m 混凝土配合比 强度 水泥 混凝土材料用量 ( k g m ) 等级 品种 水 水泥 砂 石 粉煤灰 矿粉 外加剂 C4 0 P 1 0 P 04 2 5 1 7 0 1 9 0 7 9 5 1 01 5 1 2 0 1 0 0 1 0 4 0 实践证明，该配合比混凝土满足大体积基础底板 强度等级设计要求， 经实际测温， 混凝土中心最高温度 仅达6 7 5 c c 。根据实际施工过程中的数据积累及现场 混凝土的裂缝控制情况综合分析 ，最终大体积基础底 板混凝土质量 良好 ， 未发现有害裂缝。 同时混凝土中心 温度保持在6 5 左右， 减少了混凝土的保温养护时间， 缩短了工期。 混凝土浇筑完成后 。 经实际测温 ， 混凝土中心实测 最高温度如表6 所示。 表6 混凝土 中心实测最高温度 厚度 m 最高温度 C 达最高温度所用时间 h 3 2 6 43 1 l 8 9 1 6 7 5 1 2 3 4 大体积混凝土施工组织 为保证大体积混凝土底板的浇筑质量，对生产组 织进行了详细部署。提前召开动员会， 设置指挥部 ， 安 排值班经理 ，分别组织搅拌站和施工现场的生产协调 组织。 对搅拌站和项目部管理人员进行详细部署， 对搅 拌站的机组、 运输车辆、 管理人员提出要求， 并协调交 通路况。 合理布置施工现场。 4 1 搅拌站准备 ( 1 )冬期施工搅拌站应严格控制混凝土入罐温 度， 并避免生产机组被冻坏而影响混凝土生产。 ( 2 )按混凝土配合比准备充足的水泥、 掺合料、 骨 料及外加剂等原材料，严格控制骨料的含泥量符合规 范要求 优选低碱活性或无潜在碱活生 骨料。 ( 3 )编制专项生产组织方案 ， 项 目部与预拌混凝 土供应单位签订技术合同。提前对搅拌站进行技术交 底 ， 明确混凝土的配合比和质量要求 。 ( 4 )搅拌站内须同时有两个以上机组供应混凝 土， 设备配置优良并提前进行维护保养， 能满足大体积 混凝土浇筑供应。 配备6 0 辆混凝土罐车， 罐车的装载能 2 0 1 4 年 2 月 张莉莉 ， 等： 严寒环境下大体积混凝土基础底板施工技术 力应与搅拌机的出料能力相匹配， 以保证混凝土浇筑 的连续性。 4 2 备用搅拌站 为防止在大体积混凝土浇筑过程中， 搅拌站设备 出现故障。为确保大体积混凝土浇筑顺利进行， 选择 长期合作、 信誉较好的搅拌站为备用搅拌站 ， 备用搅 拌站在原材料 、 配合比、 设备和人员方面的要求与首 选搅拌站一致 以保证在浇筑过程中能随时更换搅拌 站 。 从而减少混凝土浇筑的间歇时间。 4 3交通 组织 选择离施工现场距离较近 、 交通便利的具有大体 积混凝土施工经验的预拌混凝土搅拌站。提前制订运 输路线并备选通行道路，尽量缩短混凝土的运输时 间。 使用G P S 定位系统， 跟踪每辆混凝土罐车并随时查 看路况。 若遇堵车或禁行情况及时更换路线。严格控 制浇筑速度 ， 避开早晚高峰期 ， 提前与交管部I、 取得 联系，做好浇筑时混凝土运输车辆的协调管理工作， 为混凝土运输创造良好的道路条件， 以保证大体积混 凝土浇筑的连续性 。 4 4 现 场 组织 由于施工周边场地狭小， 经与周边工程协商并进 行道路疏通 在现场设置了6 台混凝土泵车。包括5 台 6 2 m 汽车泵及1 台车载泵，汽车泵设在基槽北、西、 东 侧 ， 车载泵设在西北侧。明确每辆罐车的进出场路线， 计算每辆泵车所需配备混凝土搅拌运输车数量 ， 以保 证每台混凝土泵车得到充足供应( 图2 ) 。 图2 大体积混凝土浇筑布置平面示意 经计算，每台混凝土泵车所需配备的混凝土搅拌 运输车辆数为6 2 5 辆，每台混凝土6 2 m 汽车泵所需配 备的混凝土搅拌运输车辆数为8 4 辆 ， 故每台混凝土车 载泵需配备7 辆混凝土搅拌运输车； 每台混凝土6 2 m 汽 车泵需配备9 辆混凝土搅拌运输车。 5 大体积混凝土施工保证措施 超高层大体积基础底板施工正值严冬季节， 为确 保一次浇筑成功 ， 对施工技术难点进行分析 ， 制订了 有效的预控措施 ， 过程中严格管理现场， 取得了较好 的效果。 5 1 优化保温养护措施 大体积混凝土施工过程中 水泥水化热引起混凝 土内部温度和温度应力剧烈变化，从而导致混凝土出 现裂缝。因此， 控制混凝土内部因水化热引起的温升、 混凝土的内外温差及降温速度，是防止混凝土出现有 害温度裂缝的有效措施。较成熟的大体积混凝土保温 养护技术有混凝土内部设置循环水管降温方式；采取 覆盖保温养护方式 ，养护1 4 d 等常规措施。经分析对 比， 优化了严冬季节的保温养护方案。 若采用内置循环水管降温的方法，需在整个基础 底板内部布置循环水管， 间距为5 0 0 m m， 则需要上千根 导水管方能满足降温要求， 还要在周围建设至少两个 水池、 水泵进行供水、 排水。 内置循环水管易破损、 不易 维修， 设置水池须占用施工现场使用面积， 增加费用较 多， 同时浪费了大量的水资源。 工程采用了覆盖保温养护的措施。 通过调整混凝 土配合比 ， 降低绝热温升 ， 并制订保证措施 ， 解决了 严冬季节大体积混凝土内外温差大、不易保温养护 的问题 与内置循环水管的方法相比 ， 减少了降温养 护费用。 5 2 混凝土浇筑时间 经统计和分析 ，2 0 1 2 年冬季平均气温 已达一 l 5 ， 最低温度达一 2 0 。根据天气预报， 大体积基础底 板混凝土浇筑将遭遇冬季气温最冷的时间段。 低温天 气过后仅2 d 温度回升， 随后将有降雪， 最低气温将达 到一 2 0 c C 。因此， 调整了钢结构安装、 钢筋绑扎等关键 工序的施工时间， 最后将混凝土浇筑时间定在气温回 升 的第2 天。 5 3 现场组织管理 混凝土进场后，现场试验人员对混凝土进行了坍 落度和温度澳 4 量， 检查混凝土运输单及配合比， 符合要 求后方可浇筑。 等待时间较长的应重新复验。 考虑交通 拥堵、交通禁行、现场混凝土罐车存放场地等其他因 素， 每台混凝土泵配备相匹配的罐车数量。 当遇到交通 禁行点或道路拥堵时， 现场人员应控制浇筑速度， 以确 保混凝土连续浇筑。 设专门的振捣员划分负责区域。 搅 拌站及现场均设有专职调度，浇筑过程中搅拌站质检 1 0 8 建筑技术 第 4 5 卷第 2 期 人员全程驻场 ， 发现问题及时解决。夜间浇筑时 ， 管理 相对薄弱，要求搅拌站和施工单位双方均设有值班经 理， 专门负责夜间混凝土浇筑。 5 4 防冰雪冻害措施 冬期施工底板钢筋绑扎时间长，施工过程中遭遇 降雪等天气的概率大， 处理冰水难度大。 大于2 c m 厚的 冰层应在钢筋封闭前进行人工清理 ，否则会影响混凝 土浇筑质量。 在上层钢筋处留设出入口， 定期清理底部 冰层。除制订处理措施外， 还要增加预防措施， 雨雪天 气前应在钢筋上层覆盖彩条布，降雨雪过程中还要及 时清理彩条布上的冰雪水， 以免冰雪流入底板。 冬期施工时，大体积混凝土基础底板若遇降雪会 对混凝土浇筑质量造成影响。 针对该问题， 要求施工人 员在混凝土浇筑完毕以后及时覆盖保温材料，防止混 凝土受冻。 因为雪融化后会浸湿保温棉毡， 使其失去保 温功能， 因此要避免雪直接落到保温棉毡上， 在保温棉 毡外侧再增加覆盖一层彩条布。 但是覆盖塑料布、 防火 棉毡、 彩条布时， 考虑混凝土并未达到初凝时间， 因此 必然会出现脚印等现象，形成质量问题。 所以提前制订 了应对措施，要求在混凝土达到初凝时间前增加一次 收面工序( 图3 ，4 ) 。 图3 柱及墙体根部保温 图4 增加一次混凝土收面工序 5 4 1 保温期间科学部署 合理安排大体积基础底板混凝土浇筑及养护时 间 ， 控制下道工序施工及放线时间。 若过早掀开保温材 料， 恢复保温材料覆盖不及时， 均可能造成温度裂缝。 因此， 提前对混凝土养护进行了施工部署， 安排在基础 底板保温养护期间进行大型动臂塔式起重机的安装工 作 ( 7 d ) ，减小基础底板混凝土保温养护对工期的影 响。 基础底板混凝土拆除保温后， 方可进行放线作业及 下道工序的施工。 5 4 2 不 易保温部位施工措施 针对不易保温的部位 ( 如地下墙体 、 柱插筋等处 ) 制订了专门的保温措施。基础底板后浇带是不易保温 部位， 因为基础底板后浇带钢筋较多， 保温材料无法塞 入钢筋密集区域。 所以制订了应对措施， 在后浇带上方 满铺多层板， 边缘垫方木与结构钉牢 ， 封闭通风孔洞， 多层板上方覆盖保温措施。 在裂缝控制方面， 参考以往施工经验， 混凝土裂缝 常出现在靠近墙体根部及柱根部。 应定向预控， 在靠近 墙体、柱的部位加强塑料膜及保温棉毡的铺设并加强 验收。 对于不能平整铺设保温棉毡的薄弱区域( 如竖向 预留筋墙体) 须将棉毡卷起放人插筋间隙。 5 4 3 严冬保温养护措施 基础底板混凝土收面后先铺设两层薄塑料膜进行 保水养护， 然后满铺5 C III厚防火保温棉毡进行保温， 最 后外侧满铺1 层彩条布防雨、 雪及大风。 在基础底板保温期间，通过试验人员定期测温测 试混凝土内部温度的变化不超过警戒值。施工现场需 备用保温材料 温度超过警戒值时应增加保温层覆盖 厚度。混凝土浇筑体表面以内4 0 1 0 0 m m 位置的温度 与环境温度的差值小于2 O 时，可停止测温并拆除保 温 。 大体积混凝土浇筑完成8 h 后， 遭遇了大雪， 降雪 持续将近1 2 h 。由于措施得当， 避免了大体积混凝土的 质量隐患， 确保了恶劣天气下混凝土的施工质量。 6 结语 冬期基础底板大体积混凝土施工过程中，通过制 订防冰雪冻害措施、 科学的施工部署、 加强外漏部位的 保温、 降雪期间的保温措施等， 质量预控及技术措施制 订合理 ， 并严格施工管理， 确保大体积混凝土基础底板 施工质量一次成优。 最终， 在遭遇极端恶劣天气的情况 下， 成功完成了大体积超厚基础底板混凝土施工。 基础 底板混凝土观感质量优良，为超高层工程奠定了坚实 基础。 参考文献 1 】 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 】 北京： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 7 2 任锦龙，张健，张龙 超长大体量基础底板混凝土浇筑施工组织与 管理 J 建筑技术， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 1 1 ) ：9 7 7 9 8 0