大体积混凝土工程施工技术探讨

庄进杰

摘要：近年来，随着建筑行业的迅猛发展，大体积混凝土得到了越来越广泛的应用，如混凝土大坝、高层建筑的地下室混凝土底板都是用大体积混凝土浇筑而成的。本文对大体积混凝土的施工工艺及质量控制进行探讨。

关键词：地下室；大体积混凝土；温度控制；施工技术

Abstract: in recent years, with the rapid development of the construction industry, mass concrete have been applied more and more, such as concrete dam, high-rise building is the basement of the concrete slabs with mass concrete casting and become. In this paper, the mass concrete construction technology and quality control are discussed.

Key words: the basement; Mass concrete; Temperature control; Construction technology

中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：

大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于lm以上，施工时必须采取相应的技术措施妥善处理水化热引起的混凝土内外温度差，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。其施工特点是：整体性要求比较高，要求连续浇筑；结构的体量较大，浇筑混凝土后形成较大的内外温差和温度应力。

1．工程概况

本工程主楼地下室基础为钻孔灌注桩整板基础，整体呈扇形，面积约为2330㎡，整体厚度达到2.6m，核心筒局部厚度达到8.2m，一次砼浇筑总方量为7733m3（其中底板板低标高以下砼方量为1500m3），其强度等级为C35 (P6)，导墙为C55 (P6)。主楼底板如下图所示。

2．工程难点

①、为了保证底板有较好的受力性能，设计要求一次性连续浇筑砼，施工难度较大；

②、底板底板配筋为Ф28@150，上下各三层双层双向，中间位置设置了

2．工程难点

①、为了保证底板有较好的受力性能，设计要求一次性连续浇筑砼，施工难度较大；

②、底板底板配筋为Ф28@150，上下各三层双层双向，中间位置设置了＆14@200双向温度筋。由于底板标高不一，错落布置，加筋较多，形似蜂窝，无法简单分层分段，砼浇筑室自然流淌通过阻力大，浇筑困难；

③、施工时时值初夏日夜温差大，施工时温差较大；

④、本工程地处市中心，场地狭小无车辆回旋场地，交通线路单一，施工组织困难，浇筑进度控制难、物料连续供应困难；

⑤、导墙强度等级高，长度长极易产生裂缝。

3．大体积砼施工控制

3.1砼原材选用

1、水泥：选择42.5R强度等级普通硅酸盐水泥，为了降低水泥热量，所用水泥提前全部用船运，利用河水降温后，再输送到储料罐。

2、骨料：石料采用溧阳巨凝矿山上二次破碎好的颗粒级配为5-20mm连续粒径碎石，含泥量控制在1%，在浇筑前会用地下水冲洗降温，砂采用长江天然砂，为II区中砂，细度模数为2.5，含泥量同时控制在1%以内。

3、掺合料：砼配制采用双掺法，粉煤灰取代水泥用量150%，矿粉取代水泥总量的20%，砂率降为38%，粉煤灰为国电生产II级灰，细度不大于2.50，烧失量不大于8%，需水量不大于105%，三氧化硫含量不大于3%，含水量不大于1%，游离氧化钙含量不大于1%，矿粉采用S95级超细矿渣粉。

4、外加剂采用江苏博特新材料有限公司生产的PCAR（II）聚酸，高性能减水剂，减水率≥25%，缓凝时间在10小时以上。

3.2砼的配合比

本工程砼配合比以最大限度的减少砼自身引起裂缝的概率，同时为了降低砼的早期升温，经科学的设计计算，经过试配，进行优化，综合工程具体施工进度要求，确定不追求砼的早期强度，以60天强度评定标准，确定多个配比，并于2008年5月2日召开专家论证会，根据会议结论，确定配比如下表：

3.3施工计算

1、砼温度计算

底板周边没有任何散热和热损失条件，水化热全部转化成温升后的温度值；砼浇筑时气温25℃，入模温度按28℃考虑；在砼表面覆盖麻袋作为保温层；砼在3-3.5d的水化热为峰值，取3d砼温度；2.6m厚底板温度计算如下：

①、3d最大水化热绝热温升值

Tmax=（ mc +K.F）Q /(c.β)=（233+0.3×54）×461/（0.97×2339）=50.6℃

②、3d砼内部实际最高温度

Tmax=TO+T（t）ξ=28+50.6×0.66=61.4℃

查表，得ξ=0.66

③、砼表面温度(采用60mm厚麻袋加两层薄膜保温养护)

Tb(t)=Ta+（4/H2）h(H- h)△T（t）=25+（4/3.42）×0.4×（3.4-0.4）×36.4=40.1℃

④、温度差计算

砼内部温度与表面温度之差：Tmax -Tb=61.4-40.1=21.3<25℃

砼表面温度与大气温度之差：Tb- TO=40.1-25=15.1<25℃

表面温差及砼梯度都能满足要求。

⑤、砼所需要保温材料厚度计算

δ=0.5λH(Tb-Tq)Kb/[λ1(Tmax-Tb)]

=0.5×0.14×2.6×(40.1-25)×1.3/[2.3(61.4-40.1)]

=0.073m

通过理论计算，采用面铺73mm麻袋上下各加一层塑料薄膜进行砼养护时，其内、外部温差值可控制在25℃以内。

同理对电梯井部位温度计算:3d最大水化热绝热温升值为50.6℃；内部实际最高温度78.6℃；表面按200mm厚麻袋及上下各一层薄膜保温养护，其温度为56.5℃，砼表面温度与大气温度之差大于25℃，对保温厚度计算确定460mm厚满足要求。

2、混凝土裂缝控制计算(依据<<建筑施工计算手册>>)

①自约束裂缝控制计算

由于温差产生的最大拉应力和压应力由下式计算:

；

3d龄期的抗拉强度公式:

结论：因内部温差引起的拉应力小于该龄期内混凝土的拉抗强度值，所以满足要求。

②浇筑前裂缝控制计算

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，最大降温收缩应力按以下简化公式计算:

砼3d龄期的抗拉强度为0.77N/mm2，则抗裂缝安全度:k=0.77/0.35 = 2.17 > 1.15，满足抗裂条件。

3、泵送砼浇筑供应量计算

泵送砼在两条浇筑边界之间及上下层之间必须在砼初凝前连续浇筑，不得出现冷缝，因此砼浇筑供应量要满足以下要求：

4、电梯基坑与整体大底板开始浇筑时间计算

本工程电梯基坑面积大且较深，为延缓大体积砼浇筑速度，释放部分水泥的水化热，防止电梯井筒一次浇筑造成模板上浮或位移，结合砼浇筑时会产生自然流淌，同时考虑砼浇筑连续进行且不产生冷缝，进行了电梯基坑与整体大底板浇筑开始时间的计算。

电梯基坑在-10.150m以下部分的方量约为1500m3，该部分分为三个浇筑层，每浇筑层之间做适当间歇，现场考虑三台泵进行浇筑，完成该部位的砼浇筑所需时间为：T=V/R=1500/120=12.5h

建筑物东侧端头起始部位可浇筑且不会发生大面积流淌的总体方量约为450 m3，完成该部位的浇筑考虑采用两台泵，计划完成时间为：T=V/R=450/80=5.6h

考虑砼初凝时间大于10h，电梯基坑砼分层浇筑时每层完成后停歇3-4小时，现场浇筑时间做如下安排：

电梯基坑砼开泵先安排两台汽车泵及一台地泵，在浇筑至-13.75m后，只留一台汽车泵继续浇筑，将另一台汽车泵及一台地泵延伸至大底板东侧开始进行大底板的浇筑，该两台泵在浇筑4小时后，再移至电梯基坑集中浇筑，在完成电梯基坑的-11.75标高的砼浇筑后，开动所有砼泵，三台地泵继续从东边浇筑，两台汽车泵继续进行电梯基坑部位的浇筑。

3.4砼计量、生产、运输的控制

1、计量控制，要求每一班称量前，均对所有仪器设备进行检查，用实物进行较正。

2、原材料每盘控制偏差为：水泥、水、粉煤灰、矿粉，PCA外加剂±1%，砂、石±2%。

3、生产过程中对石子进行冲洗，同时考虑砂的含水率不具连贯性，要求每一班至少两次测定骨料的含水率，当含水率有变化时，立即调整配合比，在拌作过程中严格控制时间，同时测定每机的坍落度、和易性，从严把关，不允许不合格砼出站。

4、砼运输控制：运输时间控制在60min内，如到浇筑的时间超过120min停止使用，同时严格要求砼离站后不得加入水等任何材料，并根据施工环境的气温，中午用地下水对砼车进行冲洗降温，现场严格测定每车浇注时的坍落度，坍落度大于设计要求的作退货处理。

3.5砼浇筑控制

电梯基坑与大底板浇筑起始时间见上节，整体大底板砼浇筑分为四条浇筑带，均采用斜面分层浇筑，由低向高，循序推进，逐步到顶。考虑到砼的流淌性，由于整个基坑形式碗状，基底标高变化较大，错台较多，从而造成分层浇筑困难，为了有效解决这一问题，充分综合考虑计算砼流淌的速度、每台泵的浇筑速度、各区的砼量，采用分区布泵，分批开泵，控制开泵的时间差，来达到分层浇筑的目的，从而确保每层厚度不大于500mm，保证砼早期沉实，简化了砼的泌水处理，减少泵管的拆除、接长、冲洗，同时保证上下层浇筑的间隙不超过砼的初凝时间，确保不形成冷缝。

3.6砼的养护

砼的养护在于保温、保湿，控制砼的内外温差，防止大体积砼出现裂缝，通过热工计算，并参照成功的范例，整体采用表面铺设相应厚度麻袋及上下各一层薄膜（下层薄膜下设补水管）保温养护；电梯井道基坑内采取蓄水养护，并分区由专人负责，养护期不离人，鉴于施工养护期间天气温差较大，随时根据测温情况进行增减和补水工作。此外重点加强墙柱插筋部位、导墙等养护薄弱部位的保温，采用包裹薄膜塞麻袋，挂草帘防止局部散热降温过快。

4．测温监测

本工程混凝土温度监测采用JDC-2型建筑电子测温仪及配套测温元件，共布置了10个测位，竖向5-13层，共计76个测温点。

监测频率及周期：浇筑期间及浇筑后1-5天，每2小时测温一次； 6-10间每3小时测温一次；11-15天间每4小时测温一次；16-21天间每6小时测温一次；22天后每12小时测温一次；直到砼内外温差小于15℃时，开始撤除保温层，并继续测温两天后停止监测，整体监测持续了30天。

监测结果及变化规律：水化热升温时，各断面的中心温度最高，基本都在该断面混凝土浇筑后第四天开始升至最高点，其中A、B、C、D、E、F、G、H、J、K测位截面温度峰值分别为73.0℃、70.5℃、72℃、76℃、73.2℃、75.1℃、77.3℃、75.4℃、75.8℃、73.6℃。中心温度维持约1天左右开始降温。降温过程中，上层测点降温较快，中层次之，下层较慢。砼浇筑第12天开始，底板内各测温截面上的最高温度点由中心点转变为下部测点。大体积砼升降温曲线如下图所示。

5．施工组织与管理

5.1人员组织工作

项目部成立了大体积砼施工指挥小组，项目经理任总指挥，负责施工总协调和指挥，管理人员分为A班和B班，每个班组按总负责、质量、砼振捣、场容、后勤、安全、收料、抽查、砼协调、机电保障、车辆协调指挥、砼检测、试验、驻砼公司代表、测温等管理人员近60人，工人200余人，全部由分公司统一调配其他项目部骨干人员组成。

5.2应急准备

为了保证大体积砼浇筑万无一失，指挥部小组专门编制了应急预案，充分考虑了施工过程各种不利因素，组织各种备用机械，备用物资、备用砼供应线、备用人员等在紧急情况下随时调动。

5.3物资准备

本次砼浇筑共投入45m汽车泵两台，地泵3台，运输车50辆、备用汽车泵一台，地泵一台，砼生产线4条，备用线2条，要求砼公司提前保养设备，确保设备完好无损。

砼原材料储备，是保证砼能否连续供应的关键，在砼浇筑前指挥组到砼公司检查材料准备情况，要求备用水泥2000T、砂5000T、石子8000T，粉煤灰500T、矿料550T、PCA外加剂40T、并检查后进行封库处理，确保万无一失。

现场投入塑料薄膜18万㎡，麻袋1.5万条，草帘8千条，振捣机械60套，水泵20台、彩条布5000㎡。

5.4技术准备

在施工前做好各种技术准备工作，详前文所述外，同时在浇筑前召开多次技术准备会议，并邀请各方专家对大体积砼施工方案、配合比进行了专家论证，项目部根据要求及时完善，同时向全体工作人员进行技术交底，使参加人员明确各自的岗位职责。

5.5现场准备

本工程浇筑时仅一个出入口，现场又无迂回场地，交通组织困难，指挥部针对这种情况，协调相邻拆迁工地借用其场地，作为临时回车场地，并提前进行了简易硬化，加设了两台冲洗设备。保证了车辆有序控制。

6．結束语

大体积砼由于水泥与水的化学作用，产生大量热量，在温度变化过程中产生应力，如果该应力超过砼的抗裂能力，砼就会开裂形成有害裂缝。如何控制水化热，避免砼开裂或造成过大的温度应力是大体积砼混凝土施工的关键。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。