泵房筏基底板混凝土裂缝控制技术初探

孙余好，郭志柳

(1.核工业井巷建设公司，浙江湖州 313000;2.北京建达道桥咨询有限公司福建分公司，福建厦门 361000)

0 引言

随着国家城镇化建设步伐加快，各类基础设施建设如雨后春笋般涌现，然而质量问题也不时冒出头来，尤其质量通病，大体积混凝土裂缝就是其中之一.在桥梁承台、泵站筏板基础、写字楼剪力墙及高层住宅地下室等大体积混凝土夏季高温施工时，通常采用调整配合比、降低入模温度和保温养护等相结合进行重点预控，虽说较为有效，但仍不乏细微裂缝的出现，以至于不得不事后采取补救措施［1－5］.

大体积混凝土易产生裂缝，其原因是多方面的［6－8］，除上述之外，如约束情况、周围环境湿度、混凝土的均匀性、浇筑间歇时间、模板刚度亦是不可忽略的影响因素.

本文结合实例，采取了全过程混凝土跟踪预控.

(1)减少混凝土基面约束［9］，使混凝土浇筑层的基面光滑、平整，以减少收缩应力.

(2)分层分块浇筑混凝土，有利于水化热的散发.

(3)采用带肋钢筋，对于应力集中处的钢筋接头优先采用机械连接，控制好保护层厚度，最后保证混凝土供应能力，蓄水养护，实施动态的温度监测，达到有效控制混凝土有害裂缝产生的目的.本工程的混凝土裂缝预控技术及措施，因地制宜，经济方便，实用性广，对类似工程具有一定的借鉴作用.

1 工程概况

海南昌江核电厂淡水取水泵房坐落于石碌水库中，筏基底相对地面标高－32.5 m，有严格的防渗要求.筏基混凝土尺寸28.5 m ×25.7 m，厚为1.6 m，混凝土量约1 180 m3;与筏基同时浇筑的450 mm高剪力墙厚度分别为1.2 m、1.5 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m不等，约120 m3;本工程采用C40/P10补偿收缩防水混凝土，一次性共浇筑1 300 m3，属于大体积混凝土施工.

2 施工准备

(1)确定混凝土配合比，见表1.

表1 C40/P10混凝土配合比

(2)混凝土浇筑对模板产生侧压力，若是模板刚度不够，会使模板内的混凝土产生扰动而裂缝，故应对模板的支设严格要求，确保模板的施工刚度，本工程采用砖胎膜(刚度大，同时便于养护蓄水).

(3)确定混凝土的搅拌、输送和浇筑工艺

混凝土采用现场集中拌制，搅拌机选用广东佛宇JS1000混凝土搅拌机1台，其产量为50 m3/h;混凝土浇筑采用泵送施工工艺，选用三一重工HBT60C-1816D混凝土泵1台，其输送功率为75 m3/h.

(4)浇筑方法

筏基混凝土浇筑采取斜向分层法，坡率1∶6，第1层浇筑的厚度控制在500 mm，第2、3层厚400 mm、第4层浇筑至设计标高，之后自北向南每次推进1.5 m宽度，见图3.

(5)控制混凝土的入模温度

混凝土浇筑依据施工计划，安排在7月17至7月20日.由于此时气温较高，要严格控制混凝土入模温度，根据规范要求宜控制在30℃以下，因此混凝土搅拌过程中抽取的是水库深层低温水(约20℃)，并在混凝土输送过程中白天对地泵管覆盖土工布与麻袋同时不断洒水降温.本工程筏基混凝土入模温度T0经实测:夜间为27℃ ～29℃，白天为29℃～35℃.

(6)布置与埋设测温点

①测温点位布置原则

监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区［10］，在测试区内监测点按平面分层布置;在每条测试轴线上，监测点位设为4处，见图1.

图1 测温孔位置平面示意图

②埋设方法

测温孔利用下端封闭的DN15钢管制作.其中第一孔底部位于底板顶面标高下50 mm，第二孔底部位于底板中部，第三孔底部位于底板底标高以上50 mm处，每孔间距500 mm，各孔中灌入约50 mm高水柱，见图2.

图2 测温孔布置图

3 混凝土施工

3.1 供应能力计算

混凝土泵的实际平均输出量，可根据混凝土泵的最大输出量、配管情况和作业效率，按下式［11］计算:

Q1=Qmax·α·η =75 × 0.8 × 0.5=30 m3/h式中:Q1—每台混凝土泵的实际平均输出量，m3/h;

Qmax—每台混凝土泵的最大输出量，m3/h;

α—配管条件系数，可取0.8 ～0.9;

η—作业效率，根据混凝土搅拌运输车向混凝土泵供料的间断时间、拆装混凝土输出管和布料停歇等情况，可取0.5～0.7(本工程采用的是现场JS1000型搅拌机直接向混凝土泵HBT60C-1816D供料的办法，取η=0.5).

混凝土施工采用斜向分层法，见图3、图4，分层混凝土浇筑量最大的是第2、3层分别是2.61×25.7=67.1 m3，2.64 ×25.7=67.8 m3，即在第2 层浇筑完成后浇筑第3 层共需时间为(67.1+67.8)/30=4.49 h(本工程掺加高效缓凝剂C40P10初凝为6～8 h).

3.2 浇筑顺序

本基础筏板大体积混凝土浇筑的关键要严格控制好浇筑流程和浇筑顺序，混凝土浇筑总的流向、顺序及分层见图3～图4.

图3 筏基底板混凝土浇筑顺序平面示意图(横向分段)

图4 筏基底板混凝土分层浇筑横断面示意图(斜面分层)

3.3 工艺措施

由北向南进行斜面分层自然流淌循环浇筑.

(1)采取薄层推移，利用分层斜面进行自然散热.

(2)为防止混凝土上部沉降，振捣从浇筑斜面的下部开始逐渐上移，混凝土必须逐层振捣密实.为保证插入精度，在距振捣棒端部550 mm处捆绑红色皮筋作为深度标记.采取二次振捣工艺，提高混凝土密实度.

(3)由于泵送混凝土坍落度较大，混凝土振捣过程中产生较多泌水和浮浆，因而利用底板外边缘位置设置集水坑，使泌水、浮浆沿斜面流至坑内，并及时排除.

(4)如遇特殊情况，混凝土浇筑超过初凝时间仍不能继续浇筑，需采取如下的技术措施:在已浇筑的混凝土坡面上插1 m长Φ12钢筋@500，梅花状布置，同时将混凝土表面用塑料布层覆盖保湿，防止干裂.

(5)为减少混凝土表面收缩裂缝，控制底板标高及表面平整度，混凝土浇筑完成5～6 h后，混凝土表面会因混凝土的沉降和钢筋的阻碍而产生沉降裂缝，所以要认真做好二次抹面工作，在混凝土“收水”或终凝前，对混凝土表面进行抹压，以免产生裂缝.

3.4 混凝土试验

(1)坍落度试验

由于高温，蒸发量较大，白天适当调增了水分，经实测，本次混凝土浇筑坍落度基本控制在夜间165 mm，白天170～190 mm，开始时堵管1次，之后较为顺利.

(2)试块留置

留置抗压试块7组、抗渗混凝土试3组.

4 混凝土的养护及测温

4.1 混凝土养护保温材料选择

在混凝土终凝后(混凝土表面以手指轻压无指印时)首先在表面覆盖一层塑料薄膜，利用混凝土自身的泌水现象来保证前期养护所需湿度.待筏板混凝土完成1 d后蓄水养护混凝土，保温，保湿.

4.2 蓄水养护方案

混凝土浇筑前在底板四周砌筑高度1.7 m砖胎膜(高出筏板顶2皮砖)，混凝土浇筑后进行蓄水养护.进行蓄水养护时一定要注意水温(本工程事先存水于水池)，防止因水温过低而使混凝土内外温差大于25℃，采用分次灌水，直至达到蓄水深度，养护时间持续28 d.

(1)计算参数指标

海南昌江七月中旬平均气温Ta=35℃.

①C40/P10混凝土

λ =2.33 W/(m ×K)，C=0.96，γ =2 400 kg/m3，入模温度T0=35℃(取白天最高值)

② P.O42.5 水泥

每立方米混凝土水泥用量mc=420 kg/m3，每42.5 kg普通水泥水化热Q=314 kJ/m3

③粉煤灰

FA=67.2 kg/m3

(2)混凝土内部实际温度计算

①混凝土水化热最高绝热温升计算［12］

根据《建筑施工手册(第四版)》，混凝土水化热最高绝热温升计算可以利用以下公式任取一计算:

式中:Th—混凝土最大水化热绝热温升值;

mc—每立方米混凝土水泥用量;

Q—每千克水泥的水化热量;

c—混凝土比热，一般取0.97;

γ—混凝土质量密度，取γ=2 435 kg/m3;

e— 常数，为 2.718;

t—混凝土龄期;

m—经验系数，随浇筑温度改变，一般取0.2～0.4;

F—混凝土活性掺合料用量，kg/m3;

K—掺合料折减系数.粉煤灰取0.25～0.30.

现采用(2)式计算.

②混凝土内部实际最高温度Tmax计算

式中，ξ为龄期三天浇筑块厚度为1.6 m左右时混凝土散热系数.

(3)蓄水养护温度控制计算

①混凝土表面热阻

式中:R—混凝土热阻;

X—混凝土维持到预定温度的延续时间即蓄水养护时间h;

M—混凝土结构物表面系数;

Tmax—混凝土中心温度;

Tb—混凝土表面温度;

K—传热系数修正值，取1.3;

700—混凝土热容量;

T0—混凝土浇筑、振捣完毕开始养护时温度;

mc—每立方米混凝土水泥用量;

Qt—混凝土在规定龄期内水泥水化热.

筏板基础东西长25.7 m，南北宽28.5 m，厚1.6 m，故:

X=14×24=336(考虑到施工进度，本工程暂定蓄水养护14 d，局部特殊段除外)

②蓄水深度hw

Hw=R × λw=0.108 × 0.58=0.062 m.

为安全计，取蓄水养护深度为10 mm.

4.3 测温方法

采用－10℃ ～100℃普通酒精温度计测温.为测温方便和加快测温速度，每个孔内插入一支温度计，每次测温时只需将温度计抽出读数，然后及时将温度计放入孔内.温度计必须放到孔底，读数要快速准确，每次测温后应及时将孔口用橡皮塞堵严.

4.4 测温时间及记录要求

浇筑混凝土时应随机抽测混凝土的入模温度及当时大气温度，第一次测温宜在浇筑入模后初凝后进行;72 h(3 d)内，每隔2h测一次混凝土及大气温度;72～144 h(4～6 d)内，每隔4 h测一次混凝土及大气温度;7～14 d，每隔12 h测一次混凝土及大气温度;14～28 d，每隔24 h测一次混凝土及大气温度.必须真实记录测温数据，发现温度异常时应及时复测，所测的数据记录在专用的表格内.

4.5 测温控制

一旦发现混凝土中心温度与表面温度超过允许值25℃或混凝土的降温梯度超过2℃/d，立即向项目部技术负责人报告并采取相应的技术措施，包括砖胎膜外侧回填土或增加蓄水深度，确保混凝土底板不出现温差裂缝.经实测，本工程无异常现象.

4.6 测温孔封堵

底板混凝土达到设计强度后，割除底板上表面以上的测温钢管，灌入C40/P10素混凝土，钢板焊接封堵.

5 实测数据及结果分析

(1)测温孔数据记录统计并拟合温度变化曲线(以1号测温孔为例)，见表2和图5.

图5 1号孔内温度变化图

(2)测温结果分析

海南昌江核电厂淡水泵房筏板混凝土自7月17日晚上开始浇筑至7月20日早上完成，浇捣结束后，采用蓄水养护，控制水量深度，有效地控制了混凝土内表温差，起到了较好的保温效果.1号测温点测温工作是从7月18日下午开始至7月24日晚上结束(受之后的强降雨及台风登陆影响，测温孔停止测温)，共计测温7天.混凝土入模温度为32℃，1号测温点从7月18日晚上开始升温，7月21日晚上混凝土内部最高温度达到69℃，第7天混凝土内部最高温度降至63℃.内外温差均在12℃ ～23℃以内，降温梯度为1～2℃/d之间，混凝土表面与大气温差为13℃ ～18℃之间均符合《大体积混凝土施工规范》(GB 50496－2009)中混凝土浇筑块体的里表温差(不含混凝土收缩的当量温度)不宜大于25℃，混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d，混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃的要求，混凝土内部温度和表面温度下降较为平稳.

(3)混凝土裂缝控制效果检查

筏基大体积混凝土内温升峰值过后，7月24日排干蓄水后进行了一次全面认真检查，结果均未发现有纵向贯通有害裂缝产生，之后便开始了连续强降雨，测温工作全部停止，7月28日台风“洛坦”在琼登陆，8月1日抽排基坑积水后，再次组织全面检查，亦未发现混凝土裂缝.

6 结论

(1)泵房筏基底板混凝土裂缝主要是由于混凝土本身抗拉强度不足以抵抗承受的拉应力造成的.因此为防止混凝土开裂的问题，一方面降低温差应力，如采取封闭性混凝土蓄热(如蓄水法)养护，进行动态的温度监测与控制;另一方面提高混凝土本身抗拉性能，如优化配合比设计，改善施工工艺等.

(2)筏基垫层的平整与光滑，相当于垫层与筏基间增设了滑动层，减少了地基的水平阻力即地基对底板的约束，便于混凝土的自由伸缩，有效的控制了混凝土裂缝产生.

(3)蓄水法养护可通过调整蓄水的深度，来控制混凝土中心和表面温度的温差，并且由于水是全浸没的，较之人工覆盖保温材料更能保证养护质量.相对于其他的养护法，蓄水养护法既降低了人工而且效果又好，同时由于水价较其他养护材料相对低廉，便于就地取材，因此采用蓄水养护法很大程度上降低了大体积混凝土的养护成本.

(4)温度计直接测温法，设备简单，操作方便，能直观地测得混凝土内部温度，而且精确度能满足要求，适用范围较广.

(5)对基坑等局部超厚体混凝土，由于中心温度散热较慢应进行单独处理.局部加高蓄水深度，以保证混凝土表面温度不致过快散失.在超厚体混凝土中心设置散热管，以降低混凝土中心温度.

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