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分部分项工程实例五大体积防水混凝土工程冬季施工方案施工组织设计

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2020年6月23日
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一、 工程概况
本工程是一座集商业、 文娱、 餐饮、 办公及公寓为一体的现代化建筑, 地下3层, 地上31层, 总建筑面积近15万m2。地下工程和首层至3层结构形式主要为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构, 局部采用无梁楼盖体系, 4层及以上结构形式为现浇钢筋混凝土剪力墙结构。
本工程地下2、 3层中部为汽车库, 四周为机房, 地下1层主要为游泳池、 电影院、 歌厅、 保龄球、 餐厅及超级市场等商业设施。该工程±0.00以上四周形成4幢8～31层的塔楼, 4幢塔楼从转角处向两侧自下而上逐渐收分, 中心部位形成一个花园内广场。首层至3层主要为商业及办公用房, 4层起为公寓。
本工程基础为天然满堂筏板基础, 四周基础设计埋深-12.50m, 中心部位基础设计埋深-11.7m。基础底板东西长153.766m, 南北宽128.606m, 基础底板被后浇带划分为5个施工段。基础底板厚度为1.80m和1.00m二种, 采用C25、 P12防水混凝土, 整个基础底板的混凝土量约为30000m3。
二、 冬期施工准备工作
大致积混凝土的施工技术要求比较高, 特别是冬期施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择上、 技术措施上等有关环节做好充分的准备工作, 才能保证基础底板大致积混凝土顺利施工。
( 一) 材料选择
(1) 水泥: 考虑普通水泥水化热较高, 特别是应用到大致积混凝土中, 大量水泥水化热不易散发, 在混凝土内部温升过高, 与混凝土表面产生较大的温度差, 使混凝土内部产生压应力, 表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝, 因此确定采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥, 标号为425号, 经过掺加合适的外加剂能够改进疑土的性能, 提高混凝土的抗渗能力。
(2) 粗骨料: 采用碎卵石, 粒径5～40mm, 含泥量不大于1%。选用垃径较大、 级配良好的石子配制的混凝土, 和易性较好, 抗压强度较高, 同时可减少用水量及水泥用量, 从而使水化热减少, 降低混凝土温升。
(3) 细骨料: 采用中砂, 平均粒径大于0.5mm, 含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、 粗砂拌制混凝土比采用细砂拌制混凝土可减少用水量10%左右, 同时可相应减少水泥用量, 使水泥水化热减少, 降低混凝土温升, 并可减少混凝土的收缩。
(4) 粉煤灰: 由于混凝土的浇筑方式为泵送, 为了改进混凝土的和易性便于泵送, 考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求, 采用矿渣硅酸盐水泥拌制大致积粉煤灰混凝土时, 其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对降低水化热、 改进混凝土和易性有利, 但掺加粉煤灰的混凝土其早期抗拉强度及早期极限拉伸值均有所降低, 对混凝土抗渗抗裂不利, 因此粉煤灰的掺加量控制在10%以内, 采取外掺法, 即不减少配合比中的水泥用量。每立方米混凝土掺加Ⅱ级粉煤灰35kg。
(5) 外加剂: 根据设计单位提出的二种外加剂, 经过分析比较及过去在其它工程上的使用经验, 确定采用防裂型FS－H混凝土防水剂, 掺量为水泥重量的8%。该防水剂不含氯盐, 对钢筋无锈蚀影响, 掺入混凝土中能明显提高硬化后的混凝土抗渗性能, 同时还具有减水、 降低水化热峰值、 对混凝土收缩有补偿功能, 可提高混凝土的抗裂性。
二) 混凝土配合比
(1) 混凝土采用由搅拌站供应的商品混凝土, 因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求, 提前做好混凝土试配。
(2) 混凝土配合比应经过试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、 《混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关要求进行设计。如征得设计单位、 建设单位、 工程监理的同意, 设计配合比时可利用混凝土60d或90d的后期强度, 以满足减少水泥用量的要求。
(3) 粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂重。另外在进行混凝土试配时考虑到不同厂牌号水泥的供应情况, 以满足施工的要求。
( 三) 现场准备工作
(1) 基础底板钢筋及柱、 墙插筋应分段尽快施工完毕, 并进行隐蔽工程验收, 然后在钢筋上覆盖一层苫布, 以防地基土受冻或降雪后不易清除。
(2) 基础底板上的预留机坑、 积水坑及后浇带部位采用组合钢模板支模, 不合模数的, 部位采用木模板支模。
(3) 将基础底板上表面标高抄测在柱、 墙钢筋上, 并作明显标记, 供浇筑混凝土时找平用。
(4) 浇筑混凝土时预埋的测温管及保温所需的塑料薄膜、 岩棉被、 苫布等应提高准备好。
(5) 现场准备100kVA的发电机组一台作为备用, 以保证突然停电时供钢筋焊接、 振捣混凝土及施工照明使用。另外在供应混凝土较大的搅拌站也准备100kVA的发电机组一台作为备用, 以维持突然停电时搅拌站的正常运行。
(6) 管理人员、 施工人员、 后勤人员、 测温人员、 保温人员等昼夜排班, 紧守岗位, 各负其责, 保证混凝土连续浇筑的顺利进行。
三、 大致积混凝土温度和温度应力计算
在大致积混凝土施工前, 必须进行温度和温度应力的计算, 并预先采取相应的技术措施控制温度差值, 控制裂缝的开展, 做到心中有数, 科学指导施工, 确保大致积混凝土的施工质量。
( 一) 温度计算
搅拌站提供的混凝土每立方米各项原材料用量及温度如下:
水泥: 367kg, 11℃;
砂子: 730kg, 13℃, 含水率为3%;
石子: 1083kg, 9℃, 含水率为2%;
水: 195kg, 9℃;
粉煤灰: 35kg, 11℃;
外加剂: 27kg, 11℃。
1.混凝土拌合物的温度
T0＝[0.9(mceTce＋msaTsa＋mgTg)+4.2Tw(mw－ωsamsa－ωgmg)＋c1(ωsamsa＋
Tsa＋wgmgTg)－c2(wsamsa＋wgmg)]÷［4.2mw＋0.9(mce＋msa＋mg)］
式中　　T0——混凝土拌合物的温度(℃);
mw、 mce、 msa、 mg——水、 水泥、 砂、 石的用量(kg);
Tw、 Tce、 Tsa、 Tg——水、 水泥、 砂、 石的温度(℃);
wsa、 wg——砂、 石的含水率(%);
c1、 c2——水的比热容(kJ/kg·K) 及溶解热(kJ／kg)。
当骨料温度＞0℃时, C1=4.2, C2=0;
≤0℃时, c1=2.1, c2=335。
为计算简便, 粉煤灰和外加剂的重量均计算在水泥的重量内。
T0＝[0.9(429×11＋730×13＋1083×9)＋4.2×9(195－3%×730－2%×
1083)＋4.2(3%×730×13＋2%×1083×9)－0]÷[4.2×195＋0.9
(429＋730＋1083)]
=10.3℃
2.混凝土拌合物的出机温度
T1=T0－0.16 (T0－Ti)
式中T1——混凝土拌合物的出机温度(℃);
Ti——搅拌棚内温度(℃)。
T1=10.3－0.16(10.3－14)＝10.9℃
3.混凝土拌合物浇筑完成正确温度
T2＝T1－(att＋0.032n)(T1－Ta)
式中T2——混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度(℃);
a——温度损失系数(h-1);
tt——混凝土自运输至浇筑完成时的时间(h);
n——混凝土转运次数;
Ta——运输时的环境气温(℃)。
T2＝10.9－(0.25×0.7＋0.032×3)[10.9－(－4)]=6.9℃
混凝土拌合物浇筑完成时的温度计算中略去了模板和钢筋的吸热影响。有关的计算能够参照《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5024- 中的附录三。
4.混凝土最高温升值
Tmax＝T2＋mce/10＋F/50
式中Tmax——混凝土最高温升值(℃);
mce——水泥用量(kg);
F——粉煤灰用量(kg)。
Tmax＝6.9＋367/10＋35/50＝44.3℃
该温度为基础底板混凝土内部中心点的温升高峰值, 该温升值一般都略小于绝热温升值, 一般在混凝土浇筑后3d左右产生, 以后趋于稳定不再升温, 而且开始逐步降温。
5.混凝土表面温度
规范规定: 对大致积混凝土的养护, 应根据气候条件采取控温措施, 并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度, 将温差控制在设计要求的范围以内; 当设计无具体要求时, 温差不宜超过25℃。
由于混凝土内部最高温升值理论计算为44.3℃, 因此将混凝土表面的温度控制在20℃左右, 这样混凝土内部温度与表面温度, 以及表面温度与环境温度之差均不超过25℃。表面温度的控制可采取调整保温层的厚度。
6.保温材料厚度计算
　保温材料采用岩棉被, 基础底板的厚度按1.8m计算, 保温用的岩棉被厚度计算如下:
δ＝0.5 Hλ(Ta －Tb)·K / λ1( Tmax －Ta)
式中δ——养护材料所需的厚度m);
H——结构物的厚度(m);
λ——养护材料的导热系数(W／m·K);
λ1——混凝土的导热系数(W／m·K), 取2.3W／m·K;
Tmax——混凝土中的最高温度(C);
Ta——混凝土与养护材料接触面处的温度(℃), 当内外温差控制在25℃时, 则取Ta＝Tmax－25℃;
Tb——混凝土达到最高温度时的大气平均温度(℃);
K——传热系数的修正值。
δ＝0.5×1.8×0.05×[20－(－4)]×1.3/2.3×(44.3－20)＝0.025(m)
保温材料采用一层3cm厚的岩棉被。1m厚的基础底板由于表面至中心点的距离更近 其表面的温度会更高一些, 保温层的厚度可相应减薄些。
( 二) 温度应力计算
混凝土浇筑后18d左右, 水化热量值基本达到最大, 因此计算此时由温差和收缩差引起的温度应力。
1.混凝土收缩变形值计算
εy(t)＝ε0y(1－e-0.01t )×M1×M2×M3×……×M10
式中 εy(t)——各龄期混凝土的收缩变形值;
ε0y——标准状态下的混凝土最终收缩值, 取值3.24×10-4;
e——常数, 为2.718;
t——从混凝土浇筑后至计算时的天数;
M1、 M2、 M3……M10——考虑各种非标准条件的修正系数, 按《简明施工计算手册》表5-
55取用。
根据已知条件和查表5－55, 取值如下:
M1＝1.25, M2、 M3、 M5、 M8、 M9均为1, M4＝1.21, M6＝0.93, M7＝0.77,M8=0.90
εy(18)＝3.24×10-4(1－2.718-0.01×18)×1.25×1×1.21×O.93×0.77×0.90
=0.520×10-4
2.混凝土收缩当量温差计算
Ty(t) ＝－εy(t)／α
式中Ty(t)——各龄期混凝土收缩当量温差(℃), 负号表示降温;
εy(t)——各龄期混凝土的收缩变形值;
α——混凝土的线膨胀系数, 取10×10-5。
Ty(18) ＝－0.520×10-4/1.0×10-5＝－5.2℃
3.混凝土的最大综合温度差
△T＝T2 ＋2 Tmax /3＋Ty(t)－Th
式中 △T——混凝土的最大综合温度差(℃);
T2——混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度(℃);
Tmax——混凝土最高温升值(℃);
Ty(t)——各龄期混凝土收缩当量温差(℃);
Th——混凝土浇筑后达到稳定时的温度, 一般根据历年气象资料取当地年平均气温(℃)。
△T＝－6.9－2×44.3/3－5.2＋12
＝－29.6℃
4.混凝土弹性模量计算
E(t)＝Ee(1-e-0.09t)
式中 E(t)——混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量(N／mm2);
Ee——混凝土的最终弹性模量(N／mm2), 可近似取28d的弹性模量;
t——混凝土从浇筑后到计算时的天数。
E(18)＝2.80×104(1-e-0.09×18)
＝2.246×104N／mm2
5.混凝土温度收缩应力计算
由于基础底板两个方向的尺寸都比较大, 因此需考虑两个方向所受的外约束来进行计算
σ＝－E(t)·α·△T·H(t)·R/( 1－ν)
式中σ——混凝土的温度应力(N／mm2);
H(t)——考虑徐变影响的松弛系数, 按《简明施工计算手册》中表5-57取用;
R——混凝土的外约束系数, 当为岩石地基时, R=l; 当为可滑动的垫层时, R=0; 一般土地基取0.25～0.5;
ν——混凝土的泊松比, 取0.15。
σ＝－2.246×104×10×10-6×29.6×0.389×0.3/(1－0.15)
＝－0.913 N／mm2

采用425号矿渣水泥拌制的混凝土, 在养护温度20℃左右, 龄期18d时的强度可达到设计强度的85%左右, 掺加了FS－H防水剂以后, 龄期18d时的混凝土强度可达到设计强度的95%以上。C25混凝土的抗拉强度设计值为1.3N／mm2, 设计强度的95%为1.235N／mm2。
K＝1.235/0.913＝1.35＞1.15 满足要求
式中 K——抗裂安全度。
四、 大致积混凝土施工
( 一) 施工段的划分及浇筑顺序
由于基础底板尺寸比较大, 另外基础底板的厚度为二种厚度, 因此基础底板有后浇带。后浇带将基础底板划分为五部分, 每部分为一个自然施工段, 并编号为A、 B、 C、 D、 E段, 混凝土的浇筑顺序为A、 B、 C、 E、 D段。
( 二) 模板
基础底板外侧四周砌筑240mm厚砖墙, 然后抹1∶2.5水泥砂浆找平层, 采用逆作卷材防水, 在卷材上抹1∶2.5水泥砂桨保护层当作外侧的模板。基础底板上的预留机坑、 积水坑及后浇带部位采用组合钢模板支模数有部位采用木模板支模。
( 三) 钢筋
钢筋加工分两处进行。φ22及φ22以上的钢筋采用锥螺纹连接, 在现场进行下料及锥螺纹套丝, 以减少钢筋的运输量。其余的钢筋均在生活区钢筋加工场进行下料、 弯曲成型, 然后用车运到现场。由于基础底板配筋层数多, 需提前加工焊接不同高度的钢筋马凳。后浇带部位的钢筋按图施工, 不得任意甩搓及割断, 为了能在后浇带内支拆模板, 在指定部位割断上层钢筋设置出人孔, 此部位的钢筋在后浇带施工时进行补强处理。基础底板钢筋施工完后进行柱、 墙插筋施工, 柱、 墙插筋应保证位置准确。每施工段的基础底板钢筋及柱、 墙插筋施工完毕, 组织一次隐蔽工程验收, 然后方可浇筑混凝土。
( 四) 混凝土浇筑
(1) 混凝土采用商品混凝土, 用混凝土输送泵将混凝土泵送到浇筑地点, 需采用4台输送泵车, 其中一台布料杆长度为32m, 一台布料杆长度为24m, 另外二台布料杆长度为18m。泵车布料杆够不到的部位, 采取铺设泵送管道, 先铺至最远的浇筑地点, 随浇筑随拆管。各台泵车浇筑区域划分及浇筑方向根据上述各施工段的划分进行。B、 C、 D施工段浇筑方法与A施工段对称。E施工段位于基础底板的中部, 各型号的泵车布料杆均够不到浇筑地点, 因此沿长边方向铺设三条输送管道, 由东向西进行浇筑。
(2) 混凝土浇筑时应采用”分区定点、 一个坡度、 循序推进、 一次到顶”的浇筑工艺, 根据泵车布料杆的长度, 划定浇筑区域, 每台泵车负责本区域的混凝土浇筑。浇筑时先在一个部位进行, 直至达到设计标高, 混凝土形成扇形向前流动, 然后在其坡面上继续浇筑, 循序推进。这种浇筑方法能较好地适应泵送工艺, 使每车混凝土均浇筑在前一车混凝土的坡面上, 确保每层混凝土之间的浇筑间歇时间不超过规定的时间。同时可解决频繁移动泵车的问题, 也便于浇筑完的部位进行覆盖保温。
(3) 混凝土浇筑应连续进行, 间歇时间不得超过3.5h, 如遇特殊情况, 混凝土在3.5h仍不能继续浇筑时, 需采取应急措施。即在已浇筑的混凝土坡面上插φ12短钢筋, 长度1m, 间距500mm, 呈梅花状布置。同时将混凝土表面用岩棉被覆盖保温, 以保证混凝土表面不受冻。
(4) 混凝土浇筑时在每台泵车的出灰口处配置3～4台振捣器, 因为混凝土的坍落度比较大, 在1.8厚的底板内可斜向流淌12m远左右, 2台振捣器主要负责下部斜坡流淌处的振捣密实, 另外1～2台振捣器主要负责顶部混凝土的振捣。
(5) 由于混凝土坍落度比较大, 会在表层钢筋下部产生水分, 或在表层钢筋上部的混凝土产生细小裂缝。为了防止出现这种裂缝, 在混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。
(6) 规范规定: 大致积粉煤灰混凝土每拌制500m3至少成型1组试块。现场按每浇筑500m3混凝土制作3组试块, 二组压7d强度向工程监理报当月工程量用; 1组压28d强度归技术档案用; 1组作为60d强度备用。
(7) 防水混凝土抗渗试块按规范规定每单位工程不得少于2组。考虑本工程比较大, 每个施工段制作2组, A～E五个施工段共制作10组抗渗试块。
( 五) 混凝土测温
(1) 基础底板混凝土浇筑时应设专人配合预埋测温管。测温管的长度分别为0.26m、 0.5m、 0.7m、 0.gm、 1.0m、 1.2m、 1.6m七种规格, 分别埋置在不同的部位。测温点的布置及测温管的型号见图9－30。短的测温管采用薄铁皮卷制, 长的测温管采用φ15薄壁钢管, 管的下端都要堵严, 防止渗进水。测温管应按测温平面布置图进行预埋, 预埋时测温管应与钢筋绑扎牢固, 以免位移或损坏。测温管的上口应用棉丝塞好, 防止溅进水泥浆。测温管应插标志旗, 便于保温后查找。
(2) 配备专职测温人员, 按三班考虑。对测温人员要进行培训及安全交底。测温人员要认真负责, 按时按孔测温, 不得遗漏或弄虚作假。测温记录要填写清楚、 整洁, 换班时要进行交接。
(3) 测温工作应连续进行, 每4h测一次, 持续测温18d及混凝土强度达到设计强度的85%, 并经技术部门同意后方可停止测温。
(4) 测温时发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常时, 应及时通知技术部门和项目工程师 以便及时采取措施。
(5) 测温采用液晶数字显示电子测温仪, 以保证测温及读数准确, 也可采用-20℃～100℃的酒精介质温度计。
( 六) 混凝土养护
(1) 混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温, 先在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜, 然后在上面覆盖一层3cm厚的岩棉被。
(2) 新浇筑的混凝土水化速度比较快, 盖上塑料薄膜后可进行保湿养护, 防止混凝土表面因脱水而产生干裂缝, 同时可避免岩棉被因吸水受潮而降低保温性能。
(3) 拄、 墙插筋及后浇带部位是保温的难点, 要特别注意盖严, 防止造成温差较大或局部受冻。
(4) 停止测温的部位经技术部门和项目工程师同意后, 可将保温层及塑料薄膜逐层揪掉, 使混凝土散热。
五、 主要管理措施
(1) 拌制混凝土的原材料均需进行检验, 合格后方可使用。同时要注意各项原材料的温度, 以保证混凝土的人模温度与理论计算基本相近。
(2) 在混凝土搅拌站设专人掺入外加剂, 掺量要准确。
(3) 施工现场对商品混凝土要逐车进行检查, 测定混凝土的坍落度和温度, 检查混凝土量是否相符。混凝土温度应控制在10～12℃之间, 不合格的要退回, 同时严禁混凝土搅拌车在施工现场临时加水。
(4) 混凝土浇筑应连续进行, 间歇时间不得超过3.5h, 同时已浇筑的混凝土博面温度在未被新浇筑的混凝土覆盖前不得低于2℃。
(5) 技术部门设专人负责测温及养护的管理工作, 发现问题应及时向项目工程师汇报。
(6) 浇筑混凝土前应将基槽内的杂物清理干净。
(7) 加强混凝土试块制作及养护的管理, 试块拆模后及时编号并送养室进保护。