張振宇，景朋濤，詹正書(shū)，劉曉輝，高 騰

（陜西建工第一建設(shè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市用地愈發(fā)緊張，超高層建筑已經(jīng)成為城市的主要建筑［1］。超高層建筑的質(zhì)量關(guān)鍵部分為建筑基礎(chǔ)，超高層筏形基礎(chǔ)是典型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)。

大體積混凝土施工的關(guān)鍵在于控制混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)，使得混凝土溫度梯度分布合理。采用的措施包括：明確混凝土厚度進(jìn)行熱工計(jì)算、優(yōu)化配合比降低混凝土絕熱溫升、有限元模擬或理論計(jì)算預(yù)測(cè)混凝土內(nèi)溫度場(chǎng)分布、控制合適的澆筑速度保證混凝土質(zhì)量的同時(shí)使混凝土有效散熱、根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)反應(yīng)混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)情況，采取合理的養(yǎng)護(hù)措施調(diào)控混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)［2，3］。

本文根據(jù)筏板的實(shí)際散熱條件，采取合適的計(jì)算方式確定超厚筏板散熱厚度，避免養(yǎng)護(hù)措施不到位造成溫度裂縫或散熱不到位。并根據(jù)筏板尺寸提出了混凝土最佳澆筑速度的計(jì)算方式，最后闡明了混凝土添加劑中高性能膨脹劑、抗裂纖維的適用條件，同時(shí)分析了目前混凝土測(cè)溫與養(yǎng)護(hù)的最優(yōu)方式。

1 大體積混凝土現(xiàn)存施工問(wèn)題

1.1 大體積混凝土散熱厚度的計(jì)算

混凝土厚度指的是混凝土最窄邊的尺寸，它是判定大體積混凝土的重要依據(jù)，同時(shí)也是大體積混凝土溫度峰值、溫差等理論計(jì)算的重要依據(jù)，因此，在大體積混凝土施工前需要判定大體積混凝土的計(jì)算厚度。然而在超高層基礎(chǔ)中往往存在著大量的集水坑、電梯井坑，此類(lèi)坑壁往往是良好的散熱界面，筏板散熱時(shí)如果忽略該部分的散熱，就會(huì)導(dǎo)致散熱厚度計(jì)算過(guò)大，實(shí)際的溫度梯度大于計(jì)算的溫度梯度，從而未采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，導(dǎo)致坑壁出現(xiàn)大量的溫度裂縫，危害結(jié)構(gòu)安全。因此超高層筏形基礎(chǔ)混凝土厚度計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮不同區(qū)域的散熱情況，不能簡(jiǎn)單地以基礎(chǔ)厚度作為大體積混凝土計(jì)算厚度。

1.2 大體積混凝土澆筑速度的選擇

大體積混凝土澆筑時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況提前規(guī)劃澆筑順序、澆筑方向和澆筑速度，其中澆筑速度對(duì)混凝土后期質(zhì)量有著較大的影響。若澆筑速度過(guò)慢，混凝土在澆筑過(guò)程中將發(fā)生初凝，導(dǎo)致水平或斜向施工縫的產(chǎn)生，危害結(jié)構(gòu)安全；若澆筑速度過(guò)快，將大大減少混凝土在澆筑過(guò)程中的散熱量，導(dǎo)致大體積混凝土在澆筑完成后核心溫度過(guò)高，導(dǎo)致大體積混凝土表面和內(nèi)部溫差過(guò)大，從而產(chǎn)生溫度裂縫。

1.3 大體積混凝土溫度測(cè)量

目前大體積混凝土主流的測(cè)溫方式是一種先在混凝土內(nèi)埋置內(nèi)徑為 15～20 mm 的金屬保溫管隨后將電子測(cè)溫計(jì)放置于管內(nèi)進(jìn)行測(cè)溫。

該方法雖然可以使測(cè)溫計(jì)重復(fù)使用，在一定程度上節(jié)約了成本，但是該方法所測(cè)得的溫度是金屬管內(nèi)空氣的溫度。管內(nèi)空氣溫度是由混凝土傳遞給金屬管，再由金屬管傳至空氣，在此傳遞過(guò)程中，存在著一定的能量損耗。而且管內(nèi)的空氣由于溫度分布不均勻且存在著較大的溫差（10～20 ℃），冷熱空氣會(huì)發(fā)生對(duì)流，對(duì)流的產(chǎn)生會(huì)進(jìn)一步縮小混凝土核心和內(nèi)部的溫差，最終導(dǎo)致測(cè)量的數(shù)據(jù)沒(méi)有參考價(jià)值。而且預(yù)埋保溫管將會(huì)成為基礎(chǔ)滲水的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。由于底層測(cè)點(diǎn)需測(cè)量距離混凝土底部 50 mm 溫度，因此預(yù)埋管需至少伸至距離混凝土底部 50 mm 處，且預(yù)埋管道貫通設(shè)置，成為潛在的滲漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

1.4 大體積混凝土配合比

大體積混凝土配合比需要考慮混凝土體量、澆筑時(shí)間、澆筑地點(diǎn)等因素，以降低混凝土的最大溫升值進(jìn)而縮小混凝土表里溫差，避免溫度裂縫產(chǎn)生。目前，在大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)中，為了增加混凝土抗裂性能往往摻加一定比例的高性能膨脹劑和抗裂纖維［4］。

高性能膨脹劑主要組分包含氧化鈣和硫鋁酸鈣，具有補(bǔ)償收縮的作用［5］。但是高性能膨脹劑必須要與足量的水反應(yīng)才能發(fā)揮出原有的功能，但是對(duì)于大體積混凝土而言，混凝土整體處于缺水狀態(tài)，混凝土養(yǎng)護(hù)的一個(gè)主要作用即為保濕。此外，大體積混凝土厚度較大，內(nèi)部的含水量不易隨外界環(huán)境及養(yǎng)護(hù)措施的變化而變化。在上述情況下，由于沒(méi)有足量的水膨脹劑性能不能有效發(fā)揮，另一方面膨脹劑消耗一定量水后影響混凝土內(nèi)部其他水化反應(yīng)。而且膨脹劑成分中氧化鈣等組分在發(fā)揮補(bǔ)償膨脹作用的同時(shí)會(huì)散發(fā)一定量的熱量，不僅對(duì)大體積混凝土溫度控制不利，也會(huì)對(duì)膨脹劑的限制膨脹率具有很大影響［6］。

抗裂纖維可以大大提高梁、板混凝土早期抗裂性能。然而目前并沒(méi)有證據(jù)表明抗裂纖維對(duì)于超厚混凝土整體可以有效起抗裂作用。同時(shí)，抗裂纖維會(huì)影響混凝土坍落度、流動(dòng)性、可泵性，且摻加量越大混凝土坍落度越小、流動(dòng)性越差、泵送性越差。大體積混凝土對(duì)混凝土坍落度具有嚴(yán)格要求，此外大體積混凝土澆筑往往需要進(jìn)行長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間泵送，抗裂纖維素將對(duì)混凝土泵送產(chǎn)生很大的不利影響。

2 大體積混凝土施工問(wèn)題的解決方法

2.1 大體積混凝土散熱厚度的計(jì)算方法

對(duì)于大體積筏形基礎(chǔ)，內(nèi)部存在多個(gè)大面積電梯坑、集水坑等散熱邊界，不能再用傳統(tǒng)方法計(jì)算混凝土厚度。本文以西安市曲江·云松間項(xiàng)目 9# 樓為例，筏板特征如下：核心筒區(qū)域筏板厚度為 9.9 m，外框柱部分筏板厚度為 4 m。在核心筒部分由于存在大量電梯井、集水井，混凝土形狀較為復(fù)雜。以其中一個(gè)電梯井為例，此處二維圖及三維圖如圖1 所示。在電梯井基礎(chǔ)處尋找最大立方體，得到此立方體邊長(zhǎng)為 5.737 m。因此，進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)筏板計(jì)算厚度為 5.737 m。

圖1 筏板厚度示意（單位：mm）

因此，在進(jìn)行混凝土厚度計(jì)算時(shí)既不能把基礎(chǔ)大面厚度作為混凝土厚度，也不能以混凝土頂標(biāo)高減底標(biāo)高作為混凝土厚度，應(yīng)當(dāng)以筏板內(nèi)最大立方體邊長(zhǎng)作為混凝土厚度。

2.2 大體積混凝土的最優(yōu)澆筑速度

控制混凝土的澆筑速度可有效地散發(fā)混凝土的水化熱，混凝土澆筑速度越慢，混凝土散熱時(shí)間越多，散熱量越大，這對(duì)于混凝土內(nèi)部溫度的峰值起著關(guān)鍵作用。但是澆筑時(shí)間過(guò)慢，混凝土又會(huì)發(fā)生初凝，因此需要找出混凝土的最佳澆筑速度，這對(duì)于筏形基礎(chǔ)的質(zhì)量有著十分重要的意義。

混凝土澆筑示意如圖2 所示，在下層混凝土臨近初凝時(shí)澆筑上層混凝土，采用此種方法可以將混凝土熱量有效散發(fā)。

圖2 筏板澆筑過(guò)程示意

澆筑速度為澆筑方量除以澆筑時(shí)間，則澆筑速度如公式（1）所示。

式中：v為混凝土澆筑速度；Q為混凝土澆筑方量；T為混凝土澆筑時(shí)間。

對(duì)于澆筑時(shí)間，GB 50496－2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》要求大體積混凝土澆筑需要在下層混凝土初凝前完成上層混凝土澆筑［7］。因此，單層混凝土最大澆筑時(shí)間如公式（2）所示。

式中：t混凝土初凝時(shí)間；t1混凝土從開(kāi)始攪拌到開(kāi)始澆筑時(shí)間。

對(duì)于澆筑方量，GB 50496－2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》要求采用斜面分層澆筑時(shí)單層澆筑厚度為 300～500 mm。而混凝土斜面坡度可根據(jù)混凝土坍落度和坍落擴(kuò)展度確定，結(jié)合圖3 可知混凝土整體斜面坡度如公式（3）所示。

圖3 水平測(cè)溫點(diǎn)布置（單位：mm）

式中：α混凝土斜面角度；s為混凝土坍落度；D為混凝土擴(kuò)展度。

同時(shí)，按上式計(jì)算混凝土斜坡坡度基本維持在1∶7～1∶8，與實(shí)際情況相符［8］。綜上單層澆筑的混凝土方量如公式（4）所示。

式中：y表示混凝土短邊邊長(zhǎng)；z為混凝土平均高度；h為混凝土單層澆筑厚度。

聯(lián)立式（1）、（2）、（4）可得混凝土最佳澆筑速度如公式（5）所示。

式中：vop為混凝土最佳澆筑速度。

2.3 大體積混凝土測(cè)溫改進(jìn)

結(jié)合曲江·云松間項(xiàng)目新方法的嘗試和鴻瑞天成（北區(qū)）綜合體項(xiàng)目的實(shí)踐，對(duì)于超高層超厚筏形基礎(chǔ)混凝土溫度的測(cè)量可通過(guò)直接埋設(shè)測(cè)溫計(jì)進(jìn)行量測(cè)。

將電子測(cè)溫計(jì)埋置于混凝土內(nèi)時(shí)需要提前將測(cè)溫傳感器及導(dǎo)線與鋼筋用軋帶綁扎固定并預(yù)埋至指定位置［9］。利用此方法可使測(cè)溫計(jì)直接與混凝土接觸，測(cè)溫計(jì)可直接測(cè)量混凝土溫度，且測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，同時(shí)也規(guī)避了潛在滲水點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 大體積混凝土配合比改良

大體積混凝土一般采用高性能膨脹劑和抗裂纖維作為添加劑改善混凝土澆筑后的性能，但是基于曲江·云松間項(xiàng)目和鴻瑞天成（北區(qū)）綜合體項(xiàng)目的超高層建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，上述兩種添加劑并不能明顯地提升混凝土的抗裂性能，并且上述兩種添加劑價(jià)格昂貴，大大增加了施工成本。因此，在曲江·云松間 1# 樓施工結(jié)束后，后續(xù)超高層筏形基礎(chǔ)的施工中并未再使用上述添加劑。

3 大體積混凝土施工的討論與分析

為保證超高層筏形基礎(chǔ)的質(zhì)量，本文針對(duì)上述大體積混凝土施工問(wèn)題提出了一系列的解決方案，并通過(guò)工程實(shí)踐證實(shí)上述方案的可行性，為今后超高層筏形基礎(chǔ)施工提供了十分重要的參考依據(jù)。

3.1 大體積混凝土溫度分析

電子測(cè)溫計(jì)埋置決定了后續(xù)混凝土溫度是否能成功采集，電子測(cè)溫計(jì)的破壞大都發(fā)生于混凝土澆筑時(shí)。因此在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)保證澆筑點(diǎn)與測(cè)溫點(diǎn)的安全距離，避免電子測(cè)溫計(jì)破壞。在曲江·云松間項(xiàng)目和鴻瑞天成（北區(qū)）綜合體項(xiàng)目中采用該方法進(jìn)行筏板基礎(chǔ)測(cè)溫，并未發(fā)生測(cè)溫點(diǎn)失效的情況。

混凝土里表溫差是混凝土溫度控制的重要指標(biāo)之一。在 GB 50496－2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定混凝土里表溫差不超過(guò) 25 ℃。在 GB 50496－2018《大體積混凝土溫度測(cè)控技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定混凝土表里溫差與混凝土厚度相關(guān)，＜1.5 m 時(shí)不超過(guò) 20 ℃，介于 1.5 m 與 2.5 m 之間時(shí)不超過(guò) 25 ℃，＞2.5 m 時(shí)不超過(guò) 28 ℃［10］。對(duì)于大體積混凝土而言，溫度控制的要點(diǎn)在于單位高度內(nèi)的溫度的變化，因此里表溫差等溫控指標(biāo)與混凝土厚度有直接關(guān)系［11，12］。

利用新的筏板厚度計(jì)算方法之后，超高層筏板厚度往往會(huì)大幅度變薄，如圖1 筏板基礎(chǔ)核心筒區(qū)域厚度為 9.9 m，采用新的筏板計(jì)算方法之后，筏板厚度為 5.737 m，減少了 42 %。此時(shí)仍采用筏板的真實(shí)厚度控制混凝土里表溫差顯然會(huì)使溫差過(guò)大導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。除此之外，在筏板基礎(chǔ)真實(shí)厚度與計(jì)算厚度不一致時(shí)，還應(yīng)增加水平測(cè)溫點(diǎn)，如圖3 所示，控制水平向的溫度差，避免電梯坑等四周出現(xiàn)垂直溫度裂縫。

混凝土內(nèi)部溫度由混凝土放熱及散熱量決定。以曲江·云松間項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目筏形基礎(chǔ)混凝土澆筑時(shí)澆筑速度采用理論最優(yōu)澆筑速度，并將理論及實(shí)測(cè)混凝土溫度變化進(jìn)行對(duì)比，筏板溫度理論及實(shí)測(cè)變化趨勢(shì)如圖4 所示。混凝土澆筑完成時(shí)混凝土內(nèi)部溫度最大值及混凝土溫度峰值之間的比值，理論計(jì)算值為 65.5 %、實(shí)測(cè)值為 94.9 %，上述比值表明在混凝土澆筑期間混凝土已經(jīng)散發(fā)了絕大部分的熱量。

圖4 筏板溫度變化

因此，控制好混凝土的澆筑速度關(guān)乎到其是否在澆筑期間及時(shí)、有效地散失一部分熱量，這對(duì)于混凝土內(nèi)部溫度的峰值起著關(guān)鍵作用。

3.2 大體積混凝土質(zhì)量分析

大體積混凝土質(zhì)量主要在于養(yǎng)護(hù)完成之后是否有裂縫產(chǎn)生，曲江·云松間項(xiàng)目和鴻瑞天成（北區(qū)）綜合體項(xiàng)目基于上述新理論與新方法，對(duì)大體積混凝土采用相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方法，在筏形基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)結(jié)束之后并未發(fā)現(xiàn)裂縫等質(zhì)量缺陷，并與曲江·云松間 1# 樓筏形基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明未添加混凝土添加劑的筏形基礎(chǔ)質(zhì)量與摻有添加劑的混凝土幾乎相同。

4 結(jié)論

本文從大體積混凝土計(jì)算厚度、配合比、澆筑速度、測(cè)溫等方面進(jìn)行了分析，為后續(xù)大體積混凝土施工提供幫助。主要研究結(jié)果如下。

1）筏板厚度是大體積混凝土相關(guān)分析的重要依據(jù)，筏板厚度等于筏板內(nèi)最大立方體的邊長(zhǎng)，需特別注意超高層基礎(chǔ)中電梯井處的厚度計(jì)算。

2）在大體積混凝土中加入高性能膨脹劑時(shí)需要進(jìn)行論證分析，不推薦在大體積混凝土中加入抗裂纖維。

3）大體積混凝土澆筑速度可以從一定程度上影響混凝土溫度峰值，應(yīng)當(dāng)將混凝土澆筑速度控制在合理的范圍，因此提出了一種混凝土澆筑速度計(jì)算的估算方法。

4）為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，應(yīng)當(dāng)采用將電子測(cè)溫計(jì)埋置于混凝土內(nèi)的方式進(jìn)行溫度測(cè)量。同時(shí)溫控指標(biāo)與筏板厚度相關(guān)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行深入研究。

5）綜合采用本文方法對(duì)筏形基礎(chǔ)進(jìn)行質(zhì)量控制，可大幅度提升超高層筏形基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。Q