孫剛雄

中國十五冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司 湖北黃石 435000

超大體積砼施工溫度裂縫控制

孫剛雄

中國十五冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司 湖北黃石 435000

結(jié)合石家莊裕華熱電有限公司一期工程儲(chǔ)煤筒倉基礎(chǔ)底板超大體積砼施工案例，全面分析總結(jié)了超大體積砼施工中裂縫控制技術(shù)。

超大體積 砼施工 裂縫控制

大體積砼施工采取各種措施和方法，將裂縫控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，使其不致發(fā)展成有害裂縫，這是施工控制的難點(diǎn)。最容易形成有害裂縫的就是砼結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力引起的裂縫，它主要是由溫度變化引起結(jié)構(gòu)收縮、膨脹、不均勻沉降等因素造成的，結(jié)構(gòu)體積越大就越難控制。根據(jù)筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，只要將產(chǎn)生的原因分析清楚，采取有效措施，裂縫是完全可控的。

1 工程概況

石家莊裕華熱電有限公司一期工程C標(biāo)段儲(chǔ)煤筒倉由1#和2# 筒倉組成，單個(gè)筒倉儲(chǔ)煤量為3萬t；兩個(gè)筒倉在基礎(chǔ)部分設(shè)置30mm寬的施工縫，用橡膠止水帶相連。該基礎(chǔ)底板砼在2007年12月份澆筑，施工時(shí)平均氣溫為-5℃～+5℃。

筒倉基礎(chǔ)底板砼強(qiáng)度等級為C30，砼保護(hù)層基礎(chǔ)底面為100mm，基礎(chǔ)其余三面40mm。厚度為3.2m，埋深為-6.7m～-3.5m；基礎(chǔ)底板寬50m，總長95.5m，兩端均采用半徑為25m的半圓相接，其中2#筒倉在圓弧端部設(shè)置接5.5m長，14m寬的突出，基礎(chǔ)底板砼量為13060m3，基礎(chǔ)底板鋼筋1700t。

2 施工方法選擇

大體積砼基礎(chǔ)的整體性要求高，要求砼連續(xù)澆筑。施工工藝上應(yīng)做到分層澆筑、分層搗實(shí)，必須保證上下層砼在初凝之前結(jié)合好，不致形成施工縫。為保證施工質(zhì)量，大體積砼澆筑方法一般可分為全面分層、分段分層、斜面分層3種方式。在特殊情況下，還需增設(shè)后澆帶，將整塊大體積砼分成兩塊或若干塊澆筑，以減少砼的連續(xù)澆筑工程量。實(shí)際施工過程中，如何選取合適的施工方法，則必須通過熱工計(jì)算來確定。

2.1 溫差計(jì)算

筒倉基礎(chǔ)底板大體積砼采用摻粉煤灰和減水劑的雙摻技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場已有的C30砼配合比資料進(jìn)行砼熱工計(jì)算；實(shí)際配合比確定后，再根據(jù)此方法進(jìn)行校核確認(rèn)。

C30砼配合比（kg）為：380：765：1050：50：12.9（32.5級礦渣硅酸鹽水泥：黃砂：碎石：粉煤灰：外加劑）。

由于筒倉基礎(chǔ)底板砼施工在12月份，砼入模溫度考慮定為10℃。

砼最終絕熱溫升（℃）

式中：Tt—砼澆筑一段時(shí)間t，砼的絕熱溫升值（℃）；

mc—每立方米砼水泥用量（kg/m3）；

Q—水泥水化熱量（J/kg）；

C—砼的比熱，取 0.96（J/kg·k）；

ρ—砼的質(zhì)量密度，取2400kg/m3；

e—常數(shù)，為 2.718；

（1）砼齡期（t）時(shí)的絕熱溫升值（℃）

m—與水泥品種、澆搗時(shí)溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.318；

t—砼澆筑后至計(jì)算時(shí)的天數(shù)（d）。

(2)砼齡期t時(shí)的內(nèi)部實(shí)際最高溫度（Tj=10℃，降溫系數(shù)ζ查表取ζ=0.692）

(3)砼齡期t時(shí)的表面溫度

式中Tq—齡期t時(shí)，大氣平均溫度，工程所在地12月份取Tq=0℃；

H—砼的計(jì)算厚度（m），H=h+2h’=3.2+2×1.23=5.66m；

h—砼的實(shí)際厚度3.2m；

h’—砼的虛厚度。

式中:λ—砼的導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33W/m·κ;

κ—計(jì)算折算系數(shù)，取0.667;

β—模板及導(dǎo)流層的傳熱系數(shù).

式中：δi—各種保溫材料的厚度（m）；

λi—各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)；

βq—空氣層傳熱系數(shù)取23W/m2·K。

△Tt—齡期t時(shí)，砼內(nèi)部最高溫度與外界氣溫之差

△Tt=Tmax(t)-Tq=55-0=55℃

其中考慮現(xiàn)場的不確定因素和結(jié)構(gòu)安全性Tmax(t)取55℃

（3）砼表面溫度Tb（t）與砼內(nèi)部最高溫度Tmax(t)的溫差計(jì)算

其中考慮現(xiàn)場的不確定因素和結(jié)構(gòu)安全性Tmax(t)取55℃

根據(jù)上述溫度計(jì)算，采取保溫措施后砼表面溫度Tb（t）與砼內(nèi)部最高溫度Tmax(t)均未超過規(guī)范規(guī)定的25℃溫差。

2.2 砼溫度應(yīng)力計(jì)算

（1）各齡期砼收縮變形值計(jì)算

式中：ξy(t)—各齡期（d）砼的收縮變形；

ξy0—砼在標(biāo)準(zhǔn)條件下的極限收縮值，取3.24×10-4/℃。

考慮砼收縮變形不同條件影響后的修正系數(shù)

M1=1.25（礦渣水泥）；M5=1.45（水泥漿量 30%）；M6=0.93（14t）；M7=0.7（相對濕度 80%）；M8=1.4（L/A=0.6）；M10=0.9（配筋率 0.033）；M2（水泥細(xì)度）、M3（骨料）、M4（水灰比 0.4）、M9（機(jī)械振搗）均取1.0。

（2）各齡期砼收縮當(dāng)量溫差計(jì)算

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算，其值均未超過砼的抗拉強(qiáng)度值，故筒倉基礎(chǔ)大體積砼采用普通蓄熱保溫法施工，不會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。

3 施工過程

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工用水、電已預(yù)先引接到位，保證線路暢通，并備用一條電源線路及一臺(tái)發(fā)電機(jī)，防止主線路出現(xiàn)故障影響生產(chǎn)。

（2）砼運(yùn)輸?shù)缆钒词孪忍峁┑木€路圖實(shí)行交通管制，設(shè)專人協(xié)調(diào)，在底板砼澆筑期間設(shè)立通行警戒等標(biāo)志，確保筒倉基礎(chǔ)底板砼運(yùn)輸?shù)臅惩ā?/p>

（3）現(xiàn)場攪拌站生產(chǎn)所需的砂石料、外加劑等材料在砼開盤前一次備足，所有水泥罐、粉煤灰罐儲(chǔ)滿，并提前落實(shí)貨源，保證按生產(chǎn)需要連續(xù)供應(yīng)。

（4）提前對商品砼攪拌站的原材料準(zhǔn)備、供應(yīng)能力、產(chǎn)品質(zhì)量等資源配置情況及其備用攪拌站情況進(jìn)行考察，與商品砼攪拌站簽訂協(xié)議，約定砼澆筑期間只允許供應(yīng)本項(xiàng)目砼，不得另行承接其他業(yè)務(wù)，并要求在澆筑期間攪拌站派負(fù)責(zé)人及質(zhì)檢人員進(jìn)駐現(xiàn)場，確保連續(xù)供應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量。

（5）根據(jù)該工程施工時(shí)的氣候條件，提前準(zhǔn)備好拌和水加熱所需的鍋爐及燃料，以及砼養(yǎng)護(hù)所需的棉氈、薄膜等養(yǎng)護(hù)材料。

（6）對所有進(jìn)場施工機(jī)械進(jìn)行維護(hù)檢查，試運(yùn)轉(zhuǎn)，使其處于良好的工作狀態(tài)。

（7）作業(yè)現(xiàn)場準(zhǔn)備好足夠的照明燈具保障夜間照明。

3.2 作業(yè)程序

筒倉基礎(chǔ)底板分1#、2#兩個(gè)部分單獨(dú)施工。先澆筑1＃筒倉基礎(chǔ)底板砼，后澆筑2＃筒倉基礎(chǔ)底板砼。

3.3 砼的攪拌及運(yùn)輸

砼采用施工現(xiàn)場的1座攪拌樓及外部商品砼攪拌站的2座攪拌樓分別集中攪拌、供料，其中施工現(xiàn)場攪拌樓生產(chǎn)能力為75m3/h，外部商品砼攪拌站的2座攪拌樓生產(chǎn)能力為150m3/h。

攪拌站均設(shè)置蒸汽鍋爐，確保砼入模溫度在5～10℃，澆筑時(shí)采用電子測溫儀對砼拌和溫度及入模溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)拌和溫度低于10℃及入模溫度低于5℃時(shí)采取對拌和水進(jìn)行加熱的措施，具體計(jì)算方法如下。

3.3.1 砼拌和溫度及入模溫度計(jì)算

（1）砼拌和溫度計(jì)算

式中：T1－砼拌和物溫度（℃）；

mw、mce、msa、mg－水、水泥、砂、石的用量（kg）；

Tw、Tce、Tsa、Tg－水、水泥、砂、石的溫度（℃）；

wsa、wg－砂、石的含水率（%）；

c1、c2－水的比熱容[KJ/(kg.K)]及冰的熔解熱(kJ/kg）。

（2）砼入模溫度計(jì)算

式中：T1—砼拌和溫度（出機(jī)溫度）；

T2—砼入模溫度，根據(jù)冬期施工要求，入模溫度不得低于 5℃；

tt—砼運(yùn)輸時(shí)間，運(yùn)距500m內(nèi),按6min考慮；

n—砼轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，取n=3；

Ta—砼運(yùn)輸時(shí)環(huán)境溫度，按實(shí)際溫度；

α—溫度損失系數(shù)（h－1），取 α＝0.25。

澆筑時(shí)實(shí)際配合比、實(shí)際環(huán)境溫度及測得各種拌和材料實(shí)際溫度的代入上述公式，即可求得拌和溫度及入模溫度，如不能滿足拌和溫度在10℃以上及入模溫度在5℃以上，則對拌和水進(jìn)行加熱。

3.3.2 攪拌

嚴(yán)格按配合比進(jìn)行配料，外加劑隨水加入，攪拌時(shí)間不少于120s。

3.3.3 砼運(yùn)輸

采用砼攪拌車運(yùn)輸，其中現(xiàn)場攪拌站采用3臺(tái)攪拌車（6m3）運(yùn)輸，每小時(shí)共計(jì)可運(yùn)輸7車次計(jì)，共42m3/h；商品砼站采用16臺(tái)攪拌車（9m3）運(yùn)輸，每小時(shí)共計(jì)可運(yùn)輸12車計(jì)，共108m3/h；砼供應(yīng)能力總計(jì)可達(dá)150m3/h，滿足施工需要。外部商品砼應(yīng)合理安排生產(chǎn)速度及運(yùn)輸車輛，即要保證砼的連續(xù)供應(yīng)，又不能有過多車輛停在現(xiàn)場等待卸料，防止砼攪拌出機(jī)到澆筑下料的間隔時(shí)間過長，以現(xiàn)場3臺(tái)車卸料的同時(shí)等待車輛不超過3臺(tái)車為宜。

3.4 砼澆筑

為保證砼不出現(xiàn)有害裂縫，砼澆筑采用斜面分層法。從1＃、2＃筒倉基礎(chǔ)底板中間的伸縮縫處開始，以一斜面分層逐漸向另一端澆筑，直至澆筑完成。砼澆筑面堆積坡角根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及筒倉基礎(chǔ)底板的配筋情況按1:7考慮，上、下層砼澆筑間隔時(shí)間不超過4h，每層澆筑高度控制在40cm，則4h需用砼量為：0.4×50×3.2/Sin8=460m3，即每個(gè)小時(shí)需要澆筑約115m3砼，采用2臺(tái)汽車輸送泵車再配合相應(yīng)的罐車即可滿足要求。因考慮到本項(xiàng)目的特殊性和現(xiàn)場的各種不確定因素，現(xiàn)場實(shí)際采用3臺(tái)汽車輸送泵車同時(shí)進(jìn)行砼輸送下料，另外現(xiàn)場停放一臺(tái)47m汽車泵作為備用。

砼澆筑前清理、檢查模板內(nèi)的雜物，模板澆水濕潤。澆筑時(shí)派人監(jiān)護(hù)模板及鋼筋骨架穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行加固處理。

砼分層連續(xù)布料澆筑、分層振搗，且在下層砼初凝前澆筑上層砼，兩層砼澆筑時(shí)間不超過4h，并在澆筑過程中及時(shí)排出泌水。砼振搗采用Φ50插入式振動(dòng)棒，振搗上層時(shí)，必須插入下層50～100mm，振搗時(shí)間以砼表面泛水泥砂漿、砼不顯著下沉、表面無氣泡冒出為準(zhǔn)。其移動(dòng)間距不大于作用半徑的1.5倍(400～500mm),快插慢撥，每一振點(diǎn)的振搗時(shí)間為20～30s，嚴(yán)禁漏振和過振。振搗時(shí)配備采用12臺(tái)振動(dòng)棒同時(shí)振搗，每臺(tái)棒平均每小時(shí)可振搗30m2。

砼運(yùn)輸過程中，應(yīng)始終保持處于勻速攪拌狀態(tài)，運(yùn)至澆筑地點(diǎn)后，放料前應(yīng)在運(yùn)輸車內(nèi)快速攪拌30s，再泵送入模。在澆筑過程中，如發(fā)現(xiàn)砼拌合物的均勻性和稠度發(fā)生較大的變化，應(yīng)及時(shí)處理。

砼的澆筑、振搗過程中，上涌的泌水和浮漿順砼坡面下流到坑底，應(yīng)及時(shí)將泌水排出基坑。對因振搗和分層造成表面及部分區(qū)域砼石子含量偏少的情況，可增撒5～10mm細(xì)石，以提高砼質(zhì)量，減少表面裂縫。

砼振搗密實(shí)后，表面應(yīng)以木抹子搓平?；A(chǔ)底板面砼在初凝前進(jìn)行兩遍壓光，底板面砼在初凝后，尚應(yīng)加強(qiáng)二次壓光，以防表面收縮微裂縫的產(chǎn)生。

在砼澆筑過程中，按規(guī)范要求在澆筑地點(diǎn)取樣留置標(biāo)養(yǎng)試件和同條件養(yǎng)護(hù)試件，標(biāo)養(yǎng)試件每澆筑200m3留置一組，同條件試件每澆筑1000m3留置一組。

3.5 砼養(yǎng)護(hù)、測溫及拆模

采用電子測溫儀測量溫度，在每個(gè)筒倉基礎(chǔ)底板內(nèi)埋設(shè)10組測溫點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)布置三根測溫線，距墊層距離分別為0.30m、1.6m、3.0m，分別反映基礎(chǔ)底部、中部、表面溫度。在基礎(chǔ)底板內(nèi)依靠溫度鋼筋預(yù)埋溫度線，用扎絲扎牢，注意探頭應(yīng)與溫度鋼筋隔開。測點(diǎn)的布置（見圖2）。

砼頂面澆筑完后，先用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，上覆三層棉氈進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

測溫次數(shù)：每個(gè)測溫點(diǎn)處砼澆筑完畢后2h開始進(jìn)行測溫。在砼內(nèi)部溫度上升階段（一般1～3d內(nèi)）每2h一次，穩(wěn)定期（一般3～8d）每4h測溫一次，末期每天測溫兩次。監(jiān)測至溫差穩(wěn)定在規(guī)范允許的范圍內(nèi)停止監(jiān)測。

砼測溫若發(fā)現(xiàn)溫差高于25℃，立即加密測溫次數(shù)與時(shí)間,在原有棉氈保溫層基礎(chǔ)上增加保溫厚度。確保砼內(nèi)外溫差以及砼表面與大氣溫度的差異在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

砼終凝達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)（一般2天后）即拆除部分模板支撐，將基礎(chǔ)側(cè)模外表面覆蓋的雙層麻袋（搭接），外面用塑料薄膜包裹密實(shí)。

4 施工效果

1# 筒倉基礎(chǔ)底板從12月18日10：30開盤至12月20日16：46收盤，歷時(shí)54小時(shí)16秒，平均澆筑速度約為116m3/h；2# 筒倉基礎(chǔ)底板從12月24日09：00開盤至12月26日17：10收盤，歷時(shí)56h10s，平均澆筑速度約為120m3/h。因砼連續(xù)澆筑時(shí)間較長，項(xiàng)目部配備了足夠的人力倒班作業(yè)。砼拆模后內(nèi)實(shí)外光、棱角分明、無肉眼可見的溫度裂縫和結(jié)構(gòu)裂縫，各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

5 施工控制要點(diǎn)

5.1 砼材料要求

（1）水泥：選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥P.S 32.5水泥，使用水泥的鋁酸三鈣含量應(yīng)小于7%，使用時(shí)水泥的溫度不應(yīng)超過60℃。

（2）粗細(xì)骨料：砂采用中粗砂，含泥量不大于3%，細(xì)度模數(shù)2.5～3.2為宜；石子優(yōu)先選用孔隙率較小的低堿活性碎石，含泥量不大于1%，碎石級配采用標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)粒級5-40mm。

（3）摻合料及外加劑：摻一定數(shù)量的粉煤灰及緩凝減水劑、防凍劑，盡量降低水灰比。減少絕對用水量的和水泥用量，改善砼的和易性和可泵性，延長凝固時(shí)間。

（4）配合比：砼采用后期強(qiáng)度進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)同類工程的經(jīng)驗(yàn)，采用60天強(qiáng)度進(jìn)行試配，初凝時(shí)間控制在6h以上。坍落度控制在120～140mm范圍內(nèi)，以減小收縮變形。

（5）商品砼配合比與現(xiàn)場攪拌站必須采用同一配合比，原材料要求采用同一地區(qū)生產(chǎn)的骨料、同一廠家生產(chǎn)的同品種水泥及外加劑。

5.2 砼配料

嚴(yán)格按試驗(yàn)室開出的配合比通知書配料，不得隨意調(diào)整，后臺(tái)稱量系統(tǒng)要求計(jì)量準(zhǔn)確。

5.3 施工準(zhǔn)備

砼施工前兩天通過業(yè)主和監(jiān)理將底板砼澆筑時(shí)間通報(bào)全場其他施工單位，明確澆筑時(shí)間段和砼運(yùn)輸車輛將要通行的道路，設(shè)專人進(jìn)行現(xiàn)場協(xié)調(diào)，保證在底板砼澆筑期間，砼運(yùn)輸車輛道路行駛暢通，用水用電保持不間斷供應(yīng)。

掌握天氣的變化情況，當(dāng)下雨、雪時(shí)以彩條布將澆筑面臨時(shí)覆蓋。

安排相關(guān)管理人員輪流值班，木工、鋼筋等配合工種均安排值班人員，對出現(xiàn)的突發(fā)事件及時(shí)處理。

5.4 應(yīng)急預(yù)案

施工前編制好各類突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案，對可能出現(xiàn)的水、電、設(shè)備、機(jī)械、交通等突發(fā)事故進(jìn)行分析，做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

通過本工程實(shí)例分析砼溫度裂縫產(chǎn)生的原因，將各種不利因素考慮周全，有針對性的采取措施，合理安排資源，達(dá)到了預(yù)期的效果。超大體積砼施工，只要周密分析砼溫度裂縫可能產(chǎn)生的所有施工環(huán)節(jié)和過程，加上精確的熱工理論計(jì)算作參考，合理選擇施工方法，必將簡化超大體積砼施工的難度，確保工程質(zhì)量。

1砼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50204-2002）.

2大體積砼施工規(guī)范（GB50496-2009）.

3建筑工程冬期施工規(guī)程（JGJ104-97）.

4建筑施工手冊（第四版）（中國建筑工業(yè)出版社）.

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1672-9323（2012）03-0079-04

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