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某醫(yī)療綜合樓地下室大體積混凝土施工研究

時(shí)間日期：2008-7-4 已被閱讀次：[8981]

雷元新　李奇遜　楊虹　冼偉華　鄺文強(qiáng)　徐建邦

　　[摘　要]　基于工程實(shí)例的類比和推理，闡述了大體積混凝土的施工方案概念設(shè)計(jì)的思
　　　　　　　路和信息化施工的過程，通過對(duì)某醫(yī)療綜合樓地下室大體積混凝土施工方案
　　　　　　　的概念設(shè)計(jì)、溫控計(jì)算和監(jiān)測(cè)來指導(dǎo)施工實(shí)踐，取得了很好的效果。
　　[關(guān)鍵詞]　大體積混凝土　概念設(shè)計(jì)　施工研究

　　1、工程概況
　　某醫(yī)療綜合樓工程，主樓23層，裙樓6層，2層地下室。單層面積9821m2。地下室的底板
由后澆帶分成6塊，底板平面及流水段劃分如圖1所示。底板及承臺(tái)采用預(yù)拌泵送混凝土澆筑
�；炷凉こ塘繛�12410m3。承臺(tái)厚分別為1.8，3.0，4.0，4.5m，底板厚0.55，0.95m，基
礎(chǔ)梁高1.8m，地下室壁板厚0.4，0.5m．為此，對(duì)大體積混凝土工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，實(shí)施
信息化施工。該工程中還應(yīng)用了粗鋼筋電渣壓力焊、直螺紋連接、止水模板定位對(duì)拉螺桿和
膠合模板等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。

　　2、地下室混凝土工程施工方案的概念設(shè)計(jì)
　　施工方案概念設(shè)計(jì)是從工程項(xiàng)目要求形成建設(shè)與建筑產(chǎn)品概念的過程，也是模擬人工設(shè)
計(jì)的基本過程，主要是根據(jù)大量的工程施工實(shí)例，在取得直接和間接經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)
類比、推理、優(yōu)化創(chuàng)新后實(shí)現(xiàn)的。工程經(jīng)驗(yàn)表明，建筑設(shè)計(jì)、施工方案及其組織的合理與否
，直接影響著施工過程的各環(huán)節(jié)，決定著建筑物總成本的70％。施工概念的形成也就決定了
施工的技術(shù)方案、組織結(jié)構(gòu)以及施工的成本，但概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)(組織)設(shè)計(jì)也往往是施工過
程的瓶頸，它們之間有機(jī)結(jié)合對(duì)提高建筑工程質(zhì)量、降低成本和節(jié)省工期具有重要的意義。
這種基于實(shí)例推理所進(jìn)行的相似問題求解方法，優(yōu)點(diǎn)是能吸取和總結(jié)以往成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知
識(shí)，更加合理有效地設(shè)計(jì)出新的施工方案。概念設(shè)計(jì)通常由以下4個(gè)過程構(gòu)成：
　　首先根據(jù)建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求選擇或引用合理的施工實(shí)例：
　　第二，基于有關(guān)施工技術(shù)原理和實(shí)際施工條件修正實(shí)例，獲得新的施工方案；
　　第三，應(yīng)用方案評(píng)價(jià)知識(shí)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)決策；
　　第四，綜合優(yōu)化．
　　混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小尺寸等于或大于1 m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差
過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土，稱為大體積混凝土。大量的工程實(shí)踐表明，混凝土的溫升和溫差
與表面系數(shù)有關(guān)，單面散熱的結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在75cm以上，雙面散熱的結(jié)構(gòu)斷面最小厚度
在100 cm以上。水化熱引起的混凝土內(nèi)外溫差，預(yù)計(jì)可能達(dá)到25℃的都應(yīng)按大體積混凝土施
工．
　　經(jīng)工程類比和推理分析可知，要防止產(chǎn)生溫度裂縫，重點(diǎn)是要控制混凝土溫升、延緩混
凝土降溫速率、減少收縮、提高混凝土的極限拉伸值、改善約束和完善構(gòu)造設(shè)計(jì)等．因而，
該醫(yī)療綜合樓地下室大體積混凝土施工的概念設(shè)計(jì)是“科研先行，低溫入模，跟蹤監(jiān)測(cè)，適
時(shí)養(yǎng)護(hù)，動(dòng)態(tài)管理”等措施為施工創(chuàng)造有利條件，采取穩(wěn)妥的施工技術(shù)方法，執(zhí)行嚴(yán)格的技
術(shù)與組織措施，制定詳細(xì)、科學(xué)、嚴(yán)格的作業(yè)和技術(shù)交底制度，按“由低到高，斜面分層，
循序推進(jìn)，一次到頂”和“三層梯級(jí)，快插慢拔，直上直下”的原則，做好混凝土澆灌與振
搗的施工技術(shù)措施和作業(yè)準(zhǔn)備，采取各種有針對(duì)性的技術(shù)措施來保證質(zhì)量，在使用混凝土膨
脹劑施工經(jīng)驗(yàn)不多的情況下，避免膨脹劑使用不當(dāng)、后期給大體積混凝土底板和承臺(tái)結(jié)構(gòu)所
帶來的負(fù)面效應(yīng)。
　　地下室工程所用混凝土由其生產(chǎn)供應(yīng)和泵送澆灌。先期通過優(yōu)選混凝土原材料，選擇合
理成熟的工藝參數(shù)，結(jié)合“雙摻”技術(shù)——高摻量粉煤灰和有緩凝效果的減水劑，來減少收
縮、降低水化熱、延遲水化放熱的峰值時(shí)間。以利裂縫監(jiān)控，主要工藝參數(shù)按以下要求控制
；水泥為湖南韶峰42.5 R.P.O，膠凝材料總量為395～460 kg，水膠比<0.43，粗骨料為連續(xù)
級(jí)配、粒徑5～31.5 mm，砂的細(xì)度模數(shù)2.4～2.8，砂率在37％～40％以內(nèi)，外加劑為3％，
單方用水量<175 kg．經(jīng)多次試驗(yàn)測(cè)試。配制出達(dá)到設(shè)計(jì)和施工性能要求的預(yù)拌泵送混凝土
，即強(qiáng)度等級(jí)為C35和C45，抗?jié)B等級(jí)為0.6 MPa，O.8 MPa，1.2 MPa，坍落度為(160±20)mm
，緩凝時(shí)間>10 h．見表1。
　　還采取了以下針對(duì)性的技術(shù)辦法：
　　1)調(diào)節(jié)抽水速度和抽吸基坑下的地下滲流溫水，使大體積混凝士承臺(tái)下界面處的滲流水
吸熱降溫。
　　2)配合基坑土方開挖，在混凝土底板上留設(shè)，按后澆帶形成的分區(qū)劃分施工段，采取跳
倉流水施工，以利厚板、承臺(tái)下的降水和水化熱的釋放。
　　3)調(diào)集32輛混凝土攪拌運(yùn)輸車送料，現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆灌由1輛泵車和2臺(tái)德國產(chǎn)施維茵B(yǎng)P一
3000泵機(jī)泵送，確保連續(xù)供料澆灌。
　　4)施工管理和監(jiān)測(cè)人員對(duì)澆搗過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤指導(dǎo)，適時(shí)進(jìn)行泵送澆筑效果分析，依
據(jù)實(shí)際需要調(diào)整泵壓、送料速度和澆筑方法．
　　5)做好泵送混凝土的泌水處理．按斜面分層澆灌混凝土，在坡底留出溝、坑導(dǎo)引泌水，
并即時(shí)抽吸，排走泌水。
　　6)為防出現(xiàn)光面風(fēng)干(收縮)裂縫和沉降裂縫，初凝前除要由技工對(duì)面層混凝土加振1遍
和磨盤機(jī)打磨表面2～3遍外，還用鐵抹子抹壓1遍，再用竹掃進(jìn)行表面掃毛。3、混凝土工程
的信息化施工
　　本項(xiàng)目采取的信息化施工流程如圖2所示。
　　GB50164－92《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.5，GB50204－92《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及
驗(yàn)收規(guī)范》第3.4.5，JGJ3－91《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》第7.8.12條等
國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)大體積混凝土設(shè)計(jì)和施工養(yǎng)護(hù)等都提出明確的要求．因此，將混凝
土內(nèi)外溫差不超過2S℃，降溫速度<1～3℃/d，溫度陡降不超過10℃作為混凝土監(jiān)測(cè)報(bào)警值
．
　　3.1混凝土內(nèi)部溫度預(yù)控計(jì)算
　　3.1.1混凝土內(nèi)部最高溫升值Tmax的理論計(jì)算

To為混凝土入模溫度，℃；Wf為粉煤灰用量，kg；Wo為水泥用量，kg；a為采用普通硅酸鹽4
2.5＃水泥時(shí)的系數(shù)，取1.1～1.2。
　　在τ齡期時(shí)的混凝土絕熱溫度(℃)：

　　
　　在τ齡期時(shí)混凝土內(nèi)部實(shí)際溫度(℃)：
　　

　　3.1.2養(yǎng)護(hù)保溫計(jì)算[5]
　　表面溫度的估算：
　　

　　式中：大氣溫度Tq；計(jì)算厚度H=h＋2h`(雙面散熱)，H=h＋h`(單面散熱)；中心溫度與
外界氣溫之差△T(τ)=To＋ξTh－Tq=To＋ξ(WoQo/Cρ)－Tq，縮水混凝土的比熱容C=0．97
kJ/(kg•K)，每千克(42.5級(jí)P.O，普通硅酸鹽)水泥的最終放熱量Q0=356kJ/kg，混凝土的質(zhì)
量密度ρ=2400kg/m3；混凝土結(jié)構(gòu)的虛厚度h`=K•(λ/β)，λ=2.33W/(m•K)，K=0.666，
模板及保溫層的傳熱系數(shù) ；
空氣的傳熱系數(shù)βq=23 W/(m2•K)．
　　3.2溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)
　　3.2.1測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案設(shè)計(jì)
　　大體積混凝土的內(nèi)外溫差主要與混凝土的入模溫度、水泥水化熱引起的溫升、環(huán)境條件
、養(yǎng)護(hù)方式、結(jié)構(gòu)尺寸和外形特點(diǎn)等有關(guān)．若要精確全面地了解混凝土內(nèi)部的溫度變化規(guī)律
，測(cè)溫點(diǎn)宜采用立方體正交法或三向?qū)ΨQ法布置。
　　本著“重點(diǎn)監(jiān)控，兼顧一般，節(jié)省、夠用”的原則，主要選取溫差大或受溫度變化影響
大的結(jié)構(gòu)部位布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)。如：基礎(chǔ)承臺(tái)、地下室底板、深大基礎(chǔ)梁以及變截面、變厚等處
．共布置52處195個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，具體布點(diǎn)如表2所示。
　　3.2.2監(jiān)測(cè)制度
　　成立4～6人的測(cè)溫小組，混凝土澆筑完，終后即可進(jìn)行初值的測(cè)試(大氣溫度、混凝土
表面溫度、混凝土內(nèi)部溫度)，一般情況下，前7天為監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，每隔3～4 h測(cè)1次，以后5
～6 h測(cè)試1次，直至溫度下降至正常為止，持續(xù)時(shí)間15～20 d，在測(cè)試過程中隨時(shí)校驗(yàn)熱電
偶。
　　3.2.3養(yǎng)護(hù)措施的制定
　　減少混凝土的內(nèi)外溫差，對(duì)防止因溫度變化不勻所引起的混凝土開裂是十分重要的。
　　實(shí)踐證明，混凝土澆筑后，科學(xué)正確的養(yǎng)護(hù)措施和制度是防止水分過快蒸發(fā)、避免產(chǎn)生
干裂縫的重要保證．
　　大體積混凝土常用蓄水法或覆蓋法養(yǎng)護(hù)．蓄水法保濕保溫比較經(jīng)濟(jì)，采用時(shí)需按熱工計(jì)
算確定其蓄水高度，并有簡便易行的補(bǔ)、降水措施來調(diào)整降溫速率．
　　考慮到本工程主樓區(qū)地下室底板的混凝土施工都處冬季或早春季節(jié)，混凝土澆筑溫度和
養(yǎng)護(hù)階段的環(huán)境溫度相對(duì)較低，而水泥水化的放熱量大，時(shí)間短(3～4 d達(dá)到高峰)，經(jīng)估算
內(nèi)部溫升，可達(dá)72℃左右，故在表層混凝土終凝后，必須即時(shí)進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)．
　　此外，泵送混凝土用水量大，能滿足水泥水化需要，若有溫度監(jiān)測(cè)作指導(dǎo)，很適合進(jìn)行
表面密閉保水養(yǎng)護(hù)，可采取“密封薄膜＋(濕)干麻袋或棉被”或“濕麻袋＋薄膜＋干麻袋或
棉被”的復(fù)合覆蓋法養(yǎng)護(hù)。
　　4、監(jiān)測(cè)成果的應(yīng)用與效果分析
　　本文僅選主樓G，D2，C3三處4.5～4.0 m的厚承臺(tái)測(cè)溫結(jié)果繪出內(nèi)部溫升值、內(nèi)外溫差
的變化曲線，如圖3所示。
　　由圖3可知，混凝土內(nèi)最大溫升值出現(xiàn)在澆筑后的86～13l h，粉煤灰替代水泥量大，則
水化放熱量低、內(nèi)部溫升峰值延遲時(shí)間長；混凝土澆筑溫度低、環(huán)境溫度低，則水化放熱時(shí)
間慢，最大溫度值小于72℃．由于澆筑時(shí)間存在先后順序，混凝土表層溫升峰值滯后于內(nèi)部
溫升峰值，表明利用好混凝土的緩凝時(shí)間。放慢澆筑到頂面的速度，有利子澆筑時(shí)散熱，除
混凝土澆筑后早期1～2 d溫差略高，達(dá)30℃外，內(nèi)部與表面外溫差均有效地控制在25℃以內(nèi)
。
　　在對(duì)混凝土內(nèi)部溫度預(yù)控和抗裂計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用佛山冬、早春季節(jié)及晚間室外較低
的氣溫，控制主樓混凝土的配比中的水泥用量和澆筑時(shí)的入模溫度22～30℃，能較正常氣溫
情況下降低溫升5～12℃。
　　按上述配合比估算，澆筑、養(yǎng)護(hù)得當(dāng)，可將混凝土內(nèi)部的最高溫度值控制在74℃以內(nèi)。
　　對(duì)預(yù)控和養(yǎng)護(hù)計(jì)算結(jié)果分析，由表3不難發(fā)現(xiàn)上述3種配比，安排序水泥用量由大到小，
而粉煤灰摻用量則相反；澆筑時(shí)的入模溫度、環(huán)境溫度以及粉煤灰的合理摻用量，對(duì)控制內(nèi)
部最高溫度和延遲溫于I=峰值時(shí)間，具有非常明顯的效果。在板或承臺(tái)厚度1.8～4.5 m時(shí)，
第1種配比放熱量最高，而第3種最低，對(duì)摻量大于總灰量25％的混凝土，建議在文[2]估算
值的基礎(chǔ)上增加2～3℃作為預(yù)控值。
　　根據(jù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部、表層和環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，能及時(shí)通過調(diào)整覆蓋層厚度及干濕程
度，控制混凝土內(nèi)外溫差和降溫速度。
　　本工程用復(fù)合覆蓋法，成功地解決了低溫季節(jié)大體積混凝土工程的早期養(yǎng)護(hù)問題，經(jīng)對(duì)
主樓區(qū)地下室底板和承臺(tái)的全面質(zhì)量檢查，尚未見有害溫度裂縫，質(zhì)量評(píng)定為優(yōu)良。
　　按監(jiān)測(cè)信息對(duì)混凝土配比進(jìn)行調(diào)整，更有針對(duì)性。
　　利用基坑降水和混凝土溫度監(jiān)測(cè)所獲信息作指導(dǎo)，能有效地實(shí)現(xiàn)大體積混凝土底板和承
臺(tái)的下部界面較快速地均勻散熱，縮短控溫養(yǎng)護(hù)所需的技術(shù)間歇時(shí)間．該方法僅在A區(qū)混凝
土工程中應(yīng)用就能縮短工期近10 d，并節(jié)省10多萬元的埋管降溫養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用，因而有較高的
推廣價(jià)值．
　　5、結(jié)論
　　引起厚、大體積混凝土開裂的因素很多。從設(shè)計(jì)、構(gòu)造、材料、施工與養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行
施工方案的概念設(shè)計(jì)，輔以施工監(jiān)測(cè)，從“放、導(dǎo)、抗、防”等方面綜合地采取技術(shù)措施與
組織方法，應(yīng)用成熟的混凝±施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，組織分段跳倉流水施工，既能使，混凝土的開
裂問題得到有效的防治，又能降低大體積混凝土防裂的技術(shù)成本與控制難度，完全能避免有
害裂縫的產(chǎn)生。
　　泵送混凝土用水量大，能滿足“內(nèi)養(yǎng)”用水的需要，以溫度監(jiān)測(cè)作指導(dǎo)，可進(jìn)行表面密
閉保水養(yǎng)護(hù)。
　　在大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)時(shí)，必須進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。溫度監(jiān)測(cè)是實(shí)施科學(xué)養(yǎng)護(hù)、保證大體
積混凝土質(zhì)量不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)手段，目前尚無更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法替代溫度監(jiān)測(cè)。因而。
作為保證質(zhì)量必需的溫度監(jiān)測(cè)費(fèi)用，應(yīng)納入施工直接成本。
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