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国瑞?西安金融中心基础筏板大体积混凝土施工关键技术

时间:2017-11-10 10:02

北京建工四建工程建设有限企业  梁权 李素霞 张雪斌

       [摘要] 国瑞·西安金融中心工程大体积混凝土19000m³,长度、厚度、连续浇筑量比较大,对温度和裂缝的控制特别重要。本文结合施工特点与施工部署,从设计、材料和施工三方面对混凝土的水化热和施工方法加以研究及应用,总结出大体积底板混凝土合理的施工方案和技术措施,确保混凝土质量。

      [关键词]超高层大型基础筏板;水化热控制;溜管施工

  1. 工程概述

      国瑞·西安金融中心工程总建筑面积289978.21㎡,地下建筑面积约64344.96㎡,地上建筑面积约225633.25㎡;占地面积19162㎡。本工程总层数为79层,地上75层、地下4层,总高度为350m。基础为筏板桩,主体为劲钢框筒结构,屋盖为桁架楼承板结构。

  1. 大体积底板混凝土工程概述

      塔楼底板基础为桩筏基础,混凝土强度等级C45,抗渗等级P10。塔楼底板面积约为3494.82㎡,底板四周到中间厚度分别为2.4m、4.0m、10.4m,电梯基坑处底板最深10.4m,板顶标高为-18.100m,局部最深集水坑底板底面标高为-25.300m。塔楼筏板大体积的平面布置图及其剖面图如图1所示。

a.  塔楼筏板大体积平面位置图

b.  1-1剖面图

图1 塔楼筏板大体积的平面布置图及其剖面图

3. 施工重点

      1)塔楼底板厚度最小为4m、最深达10.4m,混凝土总浇筑方量约1.95万方,商品混凝土连续供应量大,对连续浇筑质量、水化热和温升的控制是施工的重点和难点。

      2)大体积混凝土连续浇筑量大,混凝土内外温度变化大,控制好混凝土内外温差,做好测温、温度监测与管理工作,防止混凝土出现温度裂缝和收缩裂缝,是施工重点。

      3)底板钢筋层数多且密集,在浇筑混凝土时振捣工作是施工重点。

      4)塔楼基础底板体量大且厚,施工场地狭窄,大体积混凝土施工过程中,罐车数量多,交通组织难度大;混凝土泵车无法安顿,浇筑速度缓慢极易产生混凝土冷缝现象,存在质量隐患。

      5)混凝土输送泵管的垂直落差约为20m,混凝土浇筑过程中极易发生堵管现象,另需严格控制混凝土的坍落度,保证混凝土良好的流动性。

4 施工方案

4.1 混凝土材料

      为避免混凝土裂缝的出现,选用低水化热的普通硅酸盐水泥。

      采用渭河中粗砂,细度模数2.4,含泥量1.4%,泥块含量0.30%。坍落度200±20mm,采用瑞德宝尔5~32mm级配碎石,碎石含泥量0.5%,泥块含量0.20%,针、片状颗粒含量5%,压碎指标值11%。

4.2 混凝土的温度控制

      混凝土工程施工中易产生较大的热量,为降低水化热、减少混凝土开裂,应控制好混凝土的绝热温升和内部温度。

4.2.1 混凝土的绝热温升计算

      该工程采取间接法对混凝土绝热温升进行测定,取用实验配合比的混凝土试块,在完全封闭的状态下,测定其水化热,进而通过公式计算得出混凝土的绝热温升。

      1)混凝土试块的试验配合比

      为降低水化热,采取双掺技术减少水泥的使用,并取用60天混凝土的强度。根据冬期施工的需要掺防冻泵送剂,有实验数据确定C45P10混凝土配合比如表1所示。

表1  C45P10混凝土配合比

强度等级

单方混凝土原材料用量kg/m³

水泥

粉煤灰

矿粉

河砂

碎石

  水

防冻泵送剂

C45P10

235

115

80

800

1025

155

8.6

 

由公式4-1进行绝热温升的计算。

                              (4-1)

式中:T(t)——龄期为t时,混凝土的绝热温升(℃);

          W——每m3 混凝土的胶凝材料用量;

          Q——胶凝材料水化热总量;

          C——混凝土比热容,可取0.92 KJ/(Kg•K);

          ρ——混凝土密度;

          е——为常数;

          t——混凝土的龄期(d);

          m——与水泥品种浇筑温度等有关的系数,浇筑温度-5℃取0.30d-1,0℃取0.34 d-1,5℃取0.38d-1,10℃取0.42d-1

图2 不同浇筑温度混凝土绝热温升随着时间的变化规律

表2 不同浇筑温度不同龄期混凝土的绝热温升

浇筑温度为-5℃

t(d)

3

7

14

T(t)

34.20

53.59

57.33

浇筑温度为0℃

t(d)

3

7

14

T(t)

36.85

52.29

57.13

浇筑温度为5℃

t(d)

3

7

14

T(t)

39.20

53.59

57.33

浇筑温度为10℃

t(d)

3

7

14

T(t)

41.28

54.58

57.46

 

       对混凝土随着龄期的变化在不同浇筑温度下的绝热温升进行统计,并绘制出如图2所示的曲线。由图2可知,混凝土的绝热温升随着龄期的增加趋于非线性增长,7d龄期内增长速度较快,在14d龄期时绝热温升基本达到峰值,14d以后混凝土温升基本不变,基本不受浇筑温度的影响,具体结果如表2及图2所示。

4.2.2 对混凝土的测温

       为更好控制混凝土内外温差,及时调整保温和养护措施,本工程采用HC-TW20无线大体积混凝土测温系统测温,以达到对温度的控制。本工程塔楼大体积混凝土设置12个测温点,每个测温点处根据不同的板厚,选取几个不同位置进行测温,最多取5个点。测温点的布置情况具体见图3。

       对混凝土进行实时测温,统计形成底板最厚的厚度为10.4m的大体积混凝土不同深度处的温度曲线,混凝土内部最高温度65℃,如图4所示。混凝土内部温度随着时间的增加先大幅度上升后缓缓下降,内部相邻测温点的温差均未超过25℃,可避免温差过大而引起裂缝,满足规范要求。

      

图3  塔楼筏板测温点平面布置图(左)和测温点竖向布置图(右)

图4 10.4m厚基础底板温度曲线

4.3 大体积混凝土浇筑与振捣

       (1)浇筑方式与浇筑顺序

        混凝土浇筑采用分层浇筑的方式,浇筑时在溜管下方布置一个导流槽,降低混凝土垂直下落高度,防止混凝土出现离析问题。

        电梯坑井、集水坑在混凝土浇筑过程中,在坑井模板周边对称下料,避免模板位移。注意对称振捣,禁止在一侧将混凝土一次浇筑到顶。

       (2)浇筑和振捣的要点

       混凝土浇筑时要在下一层混凝土初凝之前浇捣上一层混凝土并插入下层混凝土50cm,以避免上下层混凝土之间产生冷缝,同时采取二次振捣法保持良好的接槎,提高混凝土的密实度。

       大体积混凝土浇筑过程中很可能出现堵管、爆管、堵泵等现象,一旦出现,应及时进行抢修,避免混凝土在管道中时间过长。底板混凝土浇筑用塔吊配合项目部特制的10m³容量灰斗用塔吊进行浇筑,避免底板混凝土达到初凝时出现冷缝。

       在整个混凝土浇筑过程中,按照混凝土流淌方向,需在每个下料口布置3~4个振捣手,然后沿流淌方向每隔约5m布置一台振捣棒,每个振捣手负责1台振捣棒,每个振捣手负责约5m×5m范围内底板混凝土的振捣,保证混凝土分层振捣到位。

       混凝土振捣应快插慢拔均匀振捣,使各个部位均匀密实,避免漏振、少振、过振。特殊部位要采取加强振捣措施,提高整体性。

4.5 大体积混凝土的施工现场平面布置

图5  塔楼大体积混凝土浇筑平面布置图

图6  溜槽支撑体系布置剖面图

        1)塔楼大体积混凝土浇筑的平面布置

       本次塔楼基础筏板施工,组织了4台HBT80混凝土拖车泵并设置了五组溜槽,施工现场详细的平面布置详见图5。溜槽的支撑体系采用扣件式钢管脚手架支撑体系,溜槽的支撑体系详见图6。

泵车的编号依次为(从基坑东南角起按逆时针方向顺次编号)1#至4#泵,溜槽编号依次为(从基坑南侧起按逆时针方向顺次编号)1#至5#溜槽。

       2)垂直运输

       前期安装在塔楼南北侧2台不同型号塔吊,可作为塔楼底板钢筋、钢结构锚栓、混凝土泵管、溜槽安装、拆除等的垂直运输工具。

5 大体积混凝土防治裂缝控制措施

       根据裂缝产生的原因,将大体积混凝土裂缝分为混凝土的收缩引起的收缩裂缝、混凝土内外部温差过大而产生的温差裂缝、因水泥安定性不合格或骨料中含泥量过多而引起的材料裂缝。为了控制混凝土裂缝的产生,从设计、施工、材料三个方面采取措施。

(1)设计措施

       大体积混凝土内设置温度配筋,在截面突变处和转角处,孔洞转角及周边,增加斜向构造配筋,以改善应力集中,防止裂缝出现。本工程2400mm厚底板中部配 12@150双向钢筋网一层,4000厚底板中部配 16@150双向钢筋网一层。

(2)施工措施

       ①已浇筑的混凝土底板上表面覆盖养护,同时加强保温、保湿措施。

       ②混凝土浇筑采用“一个坡度、薄层浇筑、循序渐进、一次到顶”的施工方法。

       ③调整混凝土凝结时间,控制混凝土的初凝时间在10h左右,可以缓解水泥水化过程中的放热速度,降低混凝土内、外温度梯度,避免在混凝土强度较低时出现很大的内外温差,产生温度裂缝。

       ④为避免因混凝土内外温差过大产生裂缝,在底板混凝土浇筑后,预埋温度传感器进行测温,监控大体积混凝土内外温差,并根据温差调整养护方法,控制内外温差不大于25℃。

       ⑤在大体积混凝土初凝前1~4h内进行二次振捣。

(3)材料措施

       ①由于本工程塔楼大体积混凝土浇筑在冬季,因此要求混凝土搅拌站的混凝土生产设备设有加热保温装置,保证混凝土的出机温度;混凝土运输车辆加装保温外套,最大程度降低混凝土温度损失。

       ②优化混凝土配合比,降低混凝土凝结时的发热量。混凝土的收缩随粗细骨料的含泥量增加而增加,随粗细骨料粒径加大而减少。本工程中,石子含泥量为0.5%,泥块含量为0.2%。

6.大体积混凝土冬季施工养护

       本工程底板大体积混凝土浇筑时间在2016年元旦前后,气温偏底,浇筑完成后采用覆盖防火棉毡的方法养护混凝土,缓缓降温,充分发挥徐变特性,减低温度应力,做好养护期间的保温保湿工作。

       1、大体积混凝土的养护及保温材料为:塑料薄膜+5层防火棉毡+彩条布(防雨雪)

       2、保温养护时间不少于14天。保温层的拆除要逐步进行,持续测温,当混凝土表面的温度与环境最大温差小于20℃时,可转为冬施保温覆盖,模板和保温层在混凝土达到要求强度并冷却到5℃后,保温方可全部拆除。

       3、筏板基础保温养护期间,加强现场消防管理,严禁随意掀开保温材料。在保温期间,如因后续工作需要(放线等),必须揭开保温材料时,只宜局部进行,并在工作完成后及时覆盖。

7.结语

       综上所述,超高层建筑大体积底板超长混凝土施工中,最重要的是避免温度裂缝和收缩裂缝的产生。首先对材料质量进行严格控制,其次是对混凝土浇筑、养护和测温,做好浇筑和养护工作,控制好混凝土内外温差,避免温度裂缝和冷缝的产生,从而控制好大体积混凝土在施工过程中的质量,提高工程的整体效益。

 

参考文献:

[1]郑贺伊,郭苏:混凝土绝热温升测试仪的设计原理及其应用[J],建筑施工,2012(2) ,167-169

[2] GB50666-2011,混凝土结构工程施工规范 [S].

[3]李方刚,韦捷亮:超高层建筑大体积混凝土施工技术及质量控制[J],施工技术,2015,44(21),130-134

[4]大体积混凝土施工规范;GB50496-2009[S],北京;中国建筑工业出版社,2009

[5]潘植明,高层建筑超厚底板大体积混凝土施工技术研究[J];施工技术;2016,11,95-96

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