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1、天津和黃地鐵廣場基礎底板大體積混凝土施工技術摘要通過對天津和黃地鐵廣場工程基礎底板施工技術研究,系統總結了超高層基礎底板大體積混凝土綜合施工技術,包含大體積混凝土配合比設計技術、自身溫度試驗技術、不同摻和料對混凝土內部溫度影響、場地狹窄條件下混凝土澆筑施工組織設計,以及大體積混凝土養護方式和保溫層揭開時間探索等關鍵技術。具體的測溫數據表明礦粉的活性高于粉煤灰;底板混凝土澆筑過程中,要正確處理泌水問題;保溫養護需控制混凝土內部最高溫度,中心與表面溫差、表面與環境溫差,降溫速率等指標。關鍵詞超高層建筑;基礎底板;大體積混凝土;配合比;保溫養護;施工技術1 工程概況 天津和黃地鐵廣場工程位于天津市和2、平區南京路,總建筑面積325 056m2,結構形式為型鋼混凝土組合結構,地下4層,地上4957層,建筑物最大高度258m,為超高層建筑。 該工程基礎底板厚度大,其中厚度達3.0m及以上的底板面積約為7 500m2,部分區域厚度達3.5m,混凝土強度等級及抗滲等級為C45P10,底板混凝土總量約3.4萬m3。2 工程特點及難點 1)底板厚度大、混凝土強度等級高、施工技術難度大,屬典型的大體積混凝土工程。對于底板厚度達到3.5m,混凝土強度達到C45,目前國內并無成熟的施工經驗可供借鑒,因此如何有效地控制大體積混凝土有害裂縫的出現和發展,控制混凝土的水化溫升、延緩降溫率、減小混凝土收縮、提高混凝土3、的極限拉伸強度、改善約束條件和設計構造等,是底板混凝土施工的技術難點。 2)混凝土一次澆筑量大,現場場地狹窄,施工組織難度大。本工程底板厚度大、面積大,底板混凝土總量約3.4萬m3,一次澆筑的混凝土量最大為9 214m3,因本工程場地十分狹窄,現場最多只能布置5臺混凝土泵,場內、外交通擁擠,混凝土澆筑過程中的施工組織難度大,需從混凝土供應、機械、人員、施工區段劃分、現場澆筑平面布置以及場內外交通協調等進行精心組織,細化管理,消除場地狹窄帶來的負面影響,才能保證大體積混凝土按計劃順利、連續澆筑。3 混凝土配合比設計3.1 大體積混凝土配合比設計原則 按標準養護60d達到普通混凝土標準養護28d等4、效強度進行配合比設計和強度評定。混凝土配合比中加大粉煤灰的摻量,以減少水泥用量,并摻入減水劑、膨脹劑等外加劑,配制高性能混凝土,降低水泥水化放熱量、延緩水化熱釋放速度。并提前進行混凝土配合比試驗,通過試驗確定混凝土的抗壓強度及抗滲性能是否滿足設計要求。3.2 原材料要求及配合比選擇 粗骨料優先選用粒徑540mm的碎石,砂優先選用河砂(目的是使混凝土級配合理,人工砂過細),選用飲用水(條件允許可選井水,溫度低,但必須經過檢驗),摻和料盡量全部采用粉煤灰,少用或不用礦粉,目的是粉煤灰對混凝土后期強度增長作用很大,礦粉水化熱大于粉煤灰,活性高加快水化反應,且增加混凝土的黏度,使混凝土不宜泵送,根據混5、凝土攪拌站實際情況確定。水泥用量:水泥+膨脹劑300kg/m3,水泥+膨脹劑+粉煤灰+礦粉450kg/m3,也可根據攪拌站實際情況確定。單方石用量宜1 070kg/m3,也可根據攪拌站實際情況確定,目的是防止過振混凝土分層,增加混凝土骨架。入泵混凝土坍落度(16020)mm,目的是減少混凝土收縮。 根據混凝土配合比設計原則及原材料要求,本工程底板混凝土選擇如表1所示的兩種配合比。大體積混凝土保濕保溫覆蓋材料:先嚴密覆蓋一層塑料薄膜,其上再覆蓋總厚度為3cm5的工業毛氈保溫。按上述養護條件,對第2種混凝土配合比進行熱工計算。結果表明:混凝土中心最高溫度未超過80,采用保濕保溫養護措施,混凝土中心6、與表面溫度差在各個齡期均沒有超過25,降溫速率小于3/d,且應力計算結果顯示抗裂安全度均沒有超過1.15。因此,在理論上可以說明采用上述配合比的大體積混凝土在整個養護齡期中不會產生貫穿結構的溫度裂縫。4 溫度試驗 為了給基礎底板混凝土順利澆筑提供可靠依據,確保混凝土施工質量,根據專家指導意見,施工部署時安排底板1-2段最先澆筑混凝土,利用底板自身進行混凝土溫度試驗。在底板內預先埋設降溫水管和循環水系統,當混凝土內部溫度發展與內外溫差變化在控制值之內時,降溫水管內循環水無需啟動,以此檢驗大體積混凝土內部溫度變化發展與方案理論計算的偏差,混凝土配合比是否合理,溫度控制措施是否合理、有效,從而控制大7、體積混凝土有害裂縫的出現和發展。 1)降溫水管工作原理 為控制混凝土內水化熱釋放引起的高溫升,在底板中部預埋1層焊接鋼管。混凝土養護階段,當混凝土中心溫度超過80時,或混凝土保溫措施不合理,造成混凝土內外溫差超過25,及時啟動埋設在混凝土內部降溫水管的循環水系統,將混凝土內部熱量帶出釋放到空氣中,以達到降低混凝土內水化熱的目的。根據混凝土內部的測溫數據,及時調整預埋水管內水的流通量,熱量流失應控制在每日降低不超過3。 2)降溫水管及循環水系統安裝 在基礎底板1區1-2段內部埋設A50焊接鋼管(連接方式為焊接)作為混凝土降溫水管(見圖1),按同類工程經驗,在底板中間布置1道,水平方向基本間距為28、 000mm,布置5個循環水系統,出口處安裝管道泵強制循環,流量約為810m3/h。 施工中在底板厚度3.0m的區域采用兩種配合比的混凝土(同一施工段內只采用一種)。測溫記錄反映,混凝土澆筑完畢養護期間,全部摻粉煤灰的混凝土中心最高溫度為68.5,摻粉煤灰+礦粉的混凝土中心最高溫度為73.3。 測溫表明,混凝土配合比在水泥用量相同的情況下,摻粉煤灰+礦粉的混凝土中心最高溫度要比只摻粉煤灰的混凝土中心最高溫度高出約5。兩種配合比混凝土在同一工程底板大體積混凝土施工中的應用為工程的創新點,用具體的測溫數據證明了礦粉的活性高于粉煤灰。5 大體積混凝土澆筑施工組織設計5.1 底板施工段劃分 根據后澆帶9、及加強帶的設置位置,合理劃分底板施工區段,根據實際情況布置混凝土輸送泵,以控制每次混凝土澆筑時間在48h內完成,消除現場狹窄、場內外交通擁擠帶來的不利影響。結合底板結構布局特點,在基礎底板施工階段將底板分為3大施工區,11個流水施工段。辦公樓所在區域為一區,3座公寓樓所在區域為二區,底板厚度1 000mm區域為三區(主要為商業裙樓)。底板施工區段劃分如圖2所示。 在上述總體施工順序安排中,將1-2段混凝土澆筑安排在所有底板混凝土澆筑施工的第1段,有很強的代表性。該段位于4棟塔樓之外的區域,結構重要性較其他區域底板略低,最大底板厚度為2.5m,混凝土澆筑量約為1-1段的1/2。該段混凝土澆筑對方10、案編制的合理性和現場組織、管理的科學性是一次驗證,所暴露的技術問題、現場組織問題等能夠及時糾正,在4棟塔樓等重要底板區域混凝土澆筑時能夠得到改進,這對底板混凝土整體施工質量是一個有效的預控措施。5.2 施工要點 1)本工程基礎底板,每一段混凝土量均為大體積混凝土,對混凝土的供應要求必須及時,故本工程基礎底板澆筑前,必須對混凝土攪拌站進行考查,組織多家混凝土攪拌站為本工程基礎底板提供混凝土,并在基礎底板澆筑前到各攪拌站調查供應準備情況。 2)嚴格控制原材料,水泥進場靜置7d以上,粉煤灰3d以上,使水泥和礦物摻和料溫度不大于40,目的是控制混凝土拌合溫度。每段混凝土澆筑時,從第1輛混凝土罐車到達澆11、筑地點算起,應連續測定5輛車內混凝土拌合物的坍落度、溫度,觀察其和易性,不得存在離析、泌水、分層等現象。當測定的混凝土拌合物稠度和溫度穩定后,應每隔2h測定一次。在底板初始澆筑時,由于板較厚(23.5m),泵管布置時,將泵管初始出口緊貼地下連續墻或快易收口網,澆筑時混凝土從泵管輸出后沿地下連續墻或快易收口網表面流淌到作業面,以減少自由落差,防止混凝土離析、分層。 混凝土鋪設采用斜向分層澆筑法,每層控制在500mm厚左右,每層覆蓋幅度控制在1015m左右。混凝土澆筑時,注意嚴防其它部位混凝土進入后澆帶內,以免影響設置效果。澆筑混凝土前的潤管砂漿必須棄置,拆管、排除故障或其它原因造成廢棄混凝土嚴禁12、進入工作面,嚴禁混凝土散落在尚未澆筑的部位,以免形成潛在的冷縫或薄弱點,對作業面散落的混凝土、拆管倒出的混凝土、潤管漿等應吊出場外。在后澆帶位置留設下人孔,澆筑大底板混凝土時,施工人員通過下人孔進入底板內進行振搗。 3)在澆筑過程中,混凝土會出現泌水現象。為處理泌水,后澆帶攔設使用可透水的快易收口網,澆筑混凝土時從地下連續墻一側往后澆帶一側鋪設,混凝土泌水可順鋪設方向流到后澆帶內,在后澆帶內設置集水坑,集水坑內放置水泵往外抽水。6 混凝土養護 大體積混凝土保濕、保溫養護是確保基礎底板混凝土施工質量的一項重要措施。養護期內大體積混凝土表面溫度較高(一般為3060),若保濕養護措施不當或覆蓋不嚴密13、,混凝土表面水分散失較快,極易產生干縮裂縫,造成混凝土表面質量缺陷。 大體積混凝土保溫養護需要控制以下3個溫度指標:混凝土內部最高溫度控制在80內(該項主要由混凝土配合比控制);混凝土中心與表面溫差、表面與環境溫差均不能超過25;降溫階段混凝土降溫速率小于3/d。 若保溫養護措施不當,大體積混凝土內外溫差超過25時可能產生貫通結構的有害裂縫,造成嚴重工程質量問題,給結構安全帶來隱患。 本工程大體積混凝土養護方案為:混凝土表面先嚴密覆蓋一層塑料薄膜進行保濕養護,再嚴密覆蓋總厚度30mm的工業毛氈(單層毛氈厚度如按5mm計算,共需6層)保溫養護。保濕養護用塑料薄膜優先選用厚度較薄的一次性薄膜,相鄰14、兩幅塑料薄膜接縫處需搭接,搭接寬度不小于200mm,以保證不漏氣。墻柱插筋內部及根部、突出底板的預埋件位置、集水坑位置及底板邊角等部位的塑料薄膜要精心覆蓋嚴密,不漏氣。塑料薄膜覆蓋時若混凝土表面水分散失較多、發白,可用噴壺噴灑少量水后再覆蓋。 塑料薄膜覆蓋完畢后,立即進行保溫養護覆蓋,保溫養護材料為工業毛氈,也可以采用其他厚度較厚的保溫材料,但必須是環保、阻燃型,且保溫層總厚度不得小于30mm。后澆帶外側(快易收口網表面)也應覆蓋保溫層。保溫材料覆蓋完畢后,表面用腳手板、大直徑鋼筋等壓住,以防刮風掀開。 測溫記錄表明,底板厚度達2.5m的大體積混凝土降溫過程非常緩慢,其中心溫度降到與表層溫度基15、本接近(溫差小于5)需要1.5個月以上的養護時間,若按該條件確定大體積混凝土保溫層的揭開時間,將會對施工工期造成較大影響。 經摸索、總結,本工程大體積混凝土保溫養護覆蓋材料揭開時間遵循如下原則:必須滿足抗滲混凝土保濕養護要求,不得少于14d;可參照冬期施工技術規程相關要求:混凝土表面溫度與大氣溫度差小于20后方可將覆蓋材料揭開,進入冬期施工后,還應滿足混凝土表面溫度冷卻到5后方可拆除保溫層的要求。在滿足上述基本條件后,綜合考慮氣溫、混凝土實際強度、下一步施工的緊迫性等因素,可最終確定保溫層具體揭開時間。 本工程大體積混凝土澆筑時間為10月下旬11月15日,按上述原則,保溫層揭開時混凝土實際保溫16、養護時間約有20d,經現場仔細觀察,混凝土表面并沒有出現因溫度引起的有害裂縫及其他裂縫,混凝土澆筑完畢初期個別部位因保濕養護不到位出現的失水干縮裂縫也沒有發展,證明按上述原則確定的大體積混凝土保溫層揭開時間正確。7結語 1)天津和黃地鐵廣場工程基礎底板完全按計劃順利完成,其中1-1段9 100m3混凝土在狹窄的施工場地一次性整體連接澆筑成功,底板未出現溫度裂縫,大體積混凝土施工質量得到了保證。 2)超高層大體積混凝土綜合施工技術的應用,大量降低了混凝土中水泥用量,從而有效地降低了混凝土在水化過程中的最高溫度,解決了大體積混凝土施工中由于混凝土內部溫度過高易產生有害裂縫的難題,混凝土內無需埋設降17、溫水管,降低了工程成本。 3)大體積混凝土保溫養護覆蓋材料揭開時間的確定原則為大體積混凝土保溫養護材料揭開時間理論研究做出了成功探索,并為下道工序的盡快插入爭取了時間;大體積混凝土澆筑精心組織、合理安排,保證了澆筑施工整體連續進行,為今后同類工程大體積混凝土澆筑提供了借鑒。參考文獻: 1 馮永紅.超長大面積混凝土裂縫控制技術J.施工技術,2002,31(4).Feng Yonghong. 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