由一工程实例浅谈大体积混凝土施工.doc

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由一工程实例浅谈大体积混凝土施工
赵启贤
（江门市金舟建筑工程有限公司 529100）
摘 要：现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1m.它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。
关键词：大体积混凝土；配合比；施工方法；蓄水法；热工计算；温控；测温。
所谓大体积混凝土就是混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。
结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构），施工技术要求高，水泥水化热较大（预计超过25度），易使结构物产生温度变形。大体积混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。 [1]
在建筑施工中常碰到大体积混凝土，为帮助施工技术人员了解大体积砼防裂和温度控制方面的问题，加强施工技术方面的交流，本文摘要本人在工程实践中编写的施工技术方案，供同行参考。
一、工程概述
珑城半山高层住宅工程由多幢高层住宅及二层地下室组成，负二层高3.9m（室内标高10.9m），负一层高4m（室内标高14.8m）。其中33座、35座工程为框架剪力墙结构，建筑面积27670.04m2，楼高32层，首层高6m（室内标高20.5m），标准层高3m，建筑高度99m（屋面标高119.5m）。
基础采用筏板式基础，筏板厚度h＝1500mm，混凝土强度等级为C40。筏板基础平面如下图1所示。
二、施工部署
1、施工区段划分
由于本工程筏板基础浇筑量大，为确保大体积混凝土施工的安全和质量，经项目部研究决定，整个筏板基础根据施工篷位置分两段浇筑，第一段：33－1轴～35－2轴，第二段：35－2轴～35－16轴，每段浇筑工程量见下表：
每段浇筑工程量
总工程量（m³）
1921.5
第一段浇筑（m³）
1071
第二段浇筑（m³）
850.5
备注
混凝土方量数为概算工程量
每次浇筑区域如下图2、3：
2、筏板基础混凝土施工时泵车平面布置
本次筏板基础混凝土浇筑，拟采用2台东风5126THBK1车载式混凝土泵车泵送混凝土，具体布置位置见图4、5。

三、混凝土配合比、制备及运输
1、配合比设计
①本工程大体积混凝土的配合比设计应满足《普通混凝土配合比设计规范》（JGJ55-2000）及《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）。
②在混凝土制备前，应进行常规配合比试验，并应进行水化热、泌水率、可泵性能对大体积混凝土控制裂缝所需技术参数的试验；必要时其配合比设计应当通过试泵送。
③在确定混凝土配合比时，应根据混凝土的绝热升温、温控施工方案的要求等，提出混凝土制备时粗细骨料和拌和用水及入模温度控制技术措施。
④配合比设计具体要求：
a、水灰比不宜大于0.50；
b、砂率35%～42%；
c、塌落度不宜大于160mm；
d、拌合用水量不宜大于175kg/m³；
e、粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的50%；
⑤根据以上原则，配合比（（水泥+掺合料）：砂：石：水）为：1：1.47：2.20：0.35，具体材料用料如下（kg/m³）如下：（配合比设计报告见附件）
材料
水泥
（kg）
砂
（kg）
石
（kg）
水
（kg）
W / C
粉煤灰（kg）
膨胀剂WG-CMA
减水型缓凝剂
（kg）
C40、P12
364
690
1035
165
0.35
73
33
9.87
2、输送能力、运输设备的计算
①混凝土泵的实际平均输出量，可根据混凝土泵的最大输出量、配管情况的作业效率，按下式计算：

式中，Q1—每台混凝土泵的实际平均输出量（m3/h）;
Qmax－每台混凝土泵的最大输出量(m3/h)，取90;
－配管条件系数,可取0.8~0.9;
－作业效率,可取0.5~0.7

=90*0.80*0.6=43.2m³
②当混凝土泵连续作业时,每台混凝土泵所需配备的混凝土搅拌车运输台数,可按下式计算：
N=Q1×(L/S0＋Tt)/V
式中：N－混凝土搅拌运输车台数(台);
V－每台混凝土搅拌运输车的容量( m3)，取9；
S0－混凝土搅拌运输车平均行车速度（km/h），取30；
L－混凝土搅拌运输车往返距离（km），取35；
Tt－每台混凝土搅拌运输车总计停歇时间（h），取0.25；
N=Q1×(L/S0＋Tt)/V
N=43.2×（35/30＋0.25）/9≈7辆
现场两台车载式混凝土输送泵，需要车辆为：7×2=14辆。
四、主要施工方法
1、工艺流程
布置车载式混凝土输送泵→开机、润管→浇筑第一层混凝土→振捣→作业面推进→浇筑第二层混凝土→振捣→循环作业→赶平、搓平→混凝土表面二次赶平、压实、扫毛→混凝土及时覆盖→测温监控。
2、泵管布置
混凝土输送管道采用ø125无缝高压钢管，水平方向采用临时性固定（采用ø48×3.5钢管搭设简易水平铺放架子，转角处须双向嵌固）方式。泵管平面布置如下图6。

图6 泵管平面布置图
3、泵送要求
①泵送前的准备
正式泵送前，应对泵和管道进行润滑，试泵符合要求后，方可使用，试泵通过泵水检查，确认管路中没有异物，管路畅通且无漏浆现象后，用水泥浆或1：2的水泥砂浆进行润管，试泵时的水及稀浆应用料斗接好，严禁注入模内，润滑用的水泥砂浆可以注入模内，但应分散布料，严禁集中一处浇筑。
②泵送及作业中的检查
开始泵送时，混凝土泵处于慢速、匀速并随时可能反泵的状态。泵送应先慢后快，逐步加速，待混凝土泵的压力和各系统工作情况正常，各系统运转顺利后，再按正常速度进行泵送。
泵送应连续进行，如可能出现供料跟不上时，应减慢泵送速度，以保证管路中的混凝土处于流动状态，或采用慢速间歇泵送，若不得不中断时，其中断时间不得超过混凝土从搅拌至浇筑完毕所允许时间（初凝时间，本次大体积混凝土浇筑所用混凝土初凝时间大于10小时），否则，必须对泵机和管道进行清洗。当采用慢速间歇泵送时，应每隔4-5分钟进行四个行程的正、反泵。
在泵送作业中，要经常注意检查料斗充盈情况，不允许出现完全空泵的情况，以免空气进入泵内，形成气锤，影响泵机的使用寿命，防止活塞处于干磨状态。检查液压系统的密封性，拧紧有漏泄的接头。发现有骨料卡住料斗的搅拌器和堵塞现象时，应立即进行短时间的反泵。若反泵不能消除堵塞时，应立即停泵，查找堵塞部位并加以排除。
③泵送后的清洗
泵送作业即将结束时，应提前一段时间停止向料斗内供料，以便管道中的混凝土能完全得到利用。泵送完毕后，必须认真做好泵机及管路的清洗工作。清洗时产生的废浆、废水，应排入沉淀池，进行搅拌分离处理，以防结块。
4、混凝土浇筑与振捣
采用全面分层的浇筑方式进行混凝土浇筑，每层浇筑均从场地南北两端向中间同时进行。每层层厚500mm，每层的浇筑量约238m³，两台泵同时浇筑，约1.8小时完成一层的浇筑。全面分层浇筑详见下图7。

5、布料
混凝土自泵管出来，不允许在一处连续、集中布料，应移动布料，布料点不大于2m，为防止混凝土集中堆积。
6、振捣
①混凝土在振捣过程中宜将振捣棒上下略有抽动，使上下混凝土振动均匀，每次振捣时间以20—30S为宜（混凝土表面不再出现气泡、泛出灰浆为准）。
②振捣时，要尽量避免碰撞钢筋，逐点移动，按顺序进行，不得漏振，做到均匀振实，每一振捣点振捣延续时间，应使混凝土表面呈现浮浆、不再沉落，赶出混凝土内部气泡；振捣棒插点采用行列式的次序移动，每次移动距离不超过混凝土振捣棒的有效作用半径的1.25倍，一般振捣棒的作用半径为30—40cm。
③振捣操作要“快插慢拔”，防止混凝土内部振捣不实，要“先振低处，后振高处”，防止高低坡面处混凝土出现振捣“松顶”现象。
④在混凝土初凝前约1小时，即混凝土坍落度为30～50mm时进行二次振捣，将运行着的振动棒以其自重插入混凝土中进行振捣，当振动棒小心拔出后，混凝土能自行闭合，而不会留下孔穴。
7、混凝土表面处理
大体积混凝土的表面水泥浆较厚，且泌水现象严重，应仔细处理。混凝土表面处理做到“三压三平”。首先按面标高用煤撬拍板压实，长刮尺刮平；终凝前，用打磨机打磨整平，以闭合混凝土收水裂缝及便于后期防水施工。
对于表面泌水，当每层混凝土浇筑接近尾声时，应人为将水引向低洼边部，处缩为小水潭，然后用小水泵将水抽至附近排水井。在混凝土浇筑后4～8小时内，将部分浮浆清掉，初步用长刮尺刮平，然后用木抹子搓平压实。在初凝以后，混凝土表面会出现龟裂，终凝要前进行二次抹压，以便将龟裂纹消除，注意宜晚不宜早。
五、蓄水法控温
大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度引起结构物的开裂。
　　温度控制的目的，就是要对混凝土的初始温度(浇筑温度)和混凝土内部的最高温度进行人为的控制。
确保混凝土浇筑后内外温差不超过25℃，混凝土表面和环境温差不超过20℃，混凝土浇筑体的降温速率不大于2℃/d。
蓄水法是在混凝土终凝后，在其表面蓄以一定高度的水，水有一定的隔热保温效果，可以推迟混凝土内部水化热温度的迅速失散，这样可望在指定的日期内，控制混凝土表面温度与内部中心温度之间的差值，使混凝土具有较高的抵抗温度变形的能力。
1、混凝土浇筑前裂缝控制热工计算
选取7天作为混凝土最大绝热升温值进行计算。混凝土因外约束引起的温度（包括收缩）应力（二维时），一般用约束系数法来计算约束应力，按以下简化公式计算：

式中 ──混凝土的温度(包括收缩)应力(N/mm2)；
E(t)──混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量(N/mm2)，一般取平均值；
──混凝土的线膨胀系数,取1.0×10-5；
△T──混凝土的最大综合温差(℃)绝对值，如为降温取负值；当大体积混凝土基础长期裸露在室外，且未回填土时，△T值按混凝土水化热最高温升值(包
括浇筑入模温度)与当月平均最低温度之差进行计算；计算结果为负值，则表示降温，按下式计算:

计算所得，综合温差△T=32.35度
T0──混凝土的浇筑入模温度(℃)；
T(t)──浇筑完一段时间t,混凝土的绝热温升值(℃)，按下式计算：

计算所得，绝热温升值T(t)=50.11度
Ty(t)──混凝土收缩当量温差(℃)，按下式计算：

计算所得，收缩当量温差Ty(t)=-1.06度
Th──混凝土浇筑完后达到的稳定时的温度，一般根据历年气象资料取当年平均气温(℃)；
S(t)──考虑徐变影响的松弛系数，一般取0.3-0.5；
R──混凝土的外约束系数，当为岩石地基时，R＝1；当为可滑动垫层时，R＝0， 一般土地基取0.25-0.50；
c──混凝土的泊松比。
取S(t)=0.20，R＝1.00,=1×10-5,=0.15。
1)混凝土7d的弹性模量由式：

计算得: E(7)=1.52×104
2)最大综合温差 △T=32.35℃
3)基础混凝土最大降温收缩应力,由式：

计算得: =1.16N/mm2
4)不同龄期的抗拉强度由式:

计算得: ft(7)=1.22N/mm2
5)抗裂缝安全度:
K=1.22/1.16=1.05<1.15
由计算得知筏板混凝土在露天养护期间混凝土有可能出现裂缝，在此期间混凝土表面应采取养护和保温措施，使养护温度加大（即Th加大），综合温差ΔT减小。
2、混凝土表面保温层厚度的计算
本工程拟采用自来水作为保温层，于混凝土面上蓄水养护。
a、保温材料所需厚度计算公式：

式中δ----保温材料所需厚度(m)；
h----结构厚度(m)；
λi----结构材料导热系数(W/m.K)；
----混凝土的导热系数,取2.3W/m.k；
Tmax---混凝土中心最高温度(℃)；
Tb---混凝土表面温度(℃)；
Ta---空气的平均温度(℃)；
K---透风系数。
b、计算参数
(1)混凝土的导热系数=2 (W/m.k)；
(2)保温材料的导热系数i = 0.58(W/m.K)；
(3)大体积混凝土结构厚度h=1.5(m)；
(4)Tb - Ta ---取15℃；
(5)Tmax - Ta---空气的平均温度取25℃；
(6)空气平均温度Ta=25(℃)；
(7)透风系数K=1.3。
c、计算结果
保温材料所需厚度i = 0.09(m)。
六、温控现场监测
1、温控目标
①筏板基础内外温差控制在25℃以内。
②基面温差和及地面温差控制在20℃以内。
③混凝土后期降温速率≤2℃/d
2、测温点的布置
①测温点平面布置
布点范围以筏板基础中心周围为测试区，在测试区内监测均匀分布，测温点纵横间距均为5m。测温管平面布置见下图8。

②测温管做法
测温管采用φ48*3.0钢管，管底用比钢管外径大10㎜的圆钢板焊牢密闭，使其不能渗水，钢管布置于绑扎好的筏板板钢筋网架上，并焊牢，钢管口用木塞塞好。根据每次浇筑混凝土的形状及深度布设测温点，测温点具体位置见测温管位置示意图。
每一个测温点位由三根钢管组成，测温管间距100mm，并呈正三角形布置，分别在三个深度进行测温，三个深度分为距底200mm，距表面750mm，距表面150mm。测温管的平面布置以及测温点剖面如下图9、10。

图9 测温点平面布置图

③测温元件
本次大体积混凝土浇筑温度测试选用普通玻璃温度计，应符合下列要求：
a、测温误差不能大于0.3℃（25℃环境下）
b、测试范围应为-30℃～150℃。
4、温度测试
①测试频率
大体积混凝土浇筑体里表温差、环境温度的测试,在混凝土浇筑后,每昼夜为4次，即0时、6时、12时、18时四次。入模温度的测量,每台班2次。
②测温范围
a、大气温度：即0时、6时、12时、18时大气温度。
b、各测温点测温管内温度。
c、温度测试持续至混凝土降温速率≤2℃/d、混凝土内外温差≤25℃且稳定三天时为止，根据相关工程施工经验，约为15天。
③测温方法
混凝土浇筑后，即向预埋的测温管中注入约150mm深水，测试时，拔开钢管口木塞，用细绳将棒式温度计吊入水中，静置3min后取出，立刻读数，即可知该钢管下部混凝土温度。
④测温要求
a、测温员每天早上十时必须将测温记录交技术负责人审阅一次。
b、测温工作专人负责，固定岗位，其中夜间测温不得少于两人。
c、测温员在测试过些恒重发现温控数值异常，立即通知项目技术负责人，由其组织采取相应的应急措施。
5、控温措施
当测温数据达至以下预警值时，应进行温控处理措施。即增加蓄水层的厚度，每次加厚1cm，直至数据回复到预警值以内。
①筏板基础内外温差达至20℃。
②基面温差和及地面温差达至15℃。
③混凝土后期降温速率达至1.5℃/d
七、结束语
珑城半山33座、35座住宅筏板基础工程由2014年6月10日开始校模板至2014年7月9日拆除模板，总工期共30天。其中模板、钢筋安装、混凝土浇筑共16天，混凝土养护共14天。观察筏板基础表面有数处出现细小裂缝，裂缝宽度均小于0.1mm，满足设计以及结构安全要求，在后续工序施工期间，裂缝慢慢愈合。