筏板大体积混凝土施工技术
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【摘要】超厚底板的大体积混凝土施工技术是超高层筏板基础施工的重难点。在工程策划阶段，对筏板大体积混凝土施工过程中可能引起质量缺陷的各种因素进行深入的研究，并通过ANSYS有限元软件完成了对该工程大体积混凝土温度场的模拟,在施工阶段，通过对项目的精心规划和部署，以及在人员组织、温度测量和养护等方面采取综合措施，确保正常浇筑，浇筑结束后，根据监测数据调整混凝土的养护措施，以此保证工期和质量要求。
【关键词】大体积混凝土；施工技术；裂缝控制；温度监测
随着经济的飞速发展，在城市，高层和超高层建筑越来越多，新的高度需要创新性的工程技术作依托，更需要有一个坚实的基础作为建筑物的支撑。筏板基础作为超高层建筑荷载传递中的重要环节，发挥着重要的作用，往往成为施工和设计关注的重点[1]。目前，超高层建筑的高度不断升高，基础筏板承受的荷载也显著的增加，对筏板的刚度和强度要求也越来越高，超高层建筑的筏板基础一般呈现为混凝土的浇筑量越来越大，筏板的厚度也越来越厚的特点[2]。对大体积混凝土的研究越来越深入，美国学者Lawrence[3]等通过试验和有限元分析研究了早期强度对大体积混凝土温度裂缝的影响。国内朱伯方院士[4]为中国混凝土瞬态温度场编写了第一个有限元程序和温度应力有限元计算程序。本文以某超高层建筑工程为研究背景，首先通过ANSYS有限元软件对该工程大体积混凝土的温度场进行了模拟，然后对该工程的筏板大体积混凝土施工工艺进行了深入研究。
1工程概况
该工程为外框钢管柱-内剪力墙核心筒的结构体系，共78层，建筑物总共为高达379m。基础采用筏板形式，且一次浇筑完成。混凝土强度等级为C40，抗渗等级为P10，一次浇筑的混凝土量达1.2万方，筏板局部电梯基坑处厚度达到12.6m。
2施工特点与难点
⑴该项目位于旧城中心，交通拥堵；基坑周围的场地非常狭窄，用于浇筑的混凝土罐车的数量较多，对施工现场和搅拌站之间的交通组织造成很大困扰。⑵常规的混凝土水化热方程无法满足本工程超深和超大型大体积混凝土的前期分析和预测工作，如何找出影响该工程大体积混凝土温度变化的主要因素，从而制定出大体积混凝土温度非常态下的应急处理预案是浇筑之前准备的重难点。⑶筏板混凝土一次浇筑的混凝土量达1.2万方，保证混凝土的及时供应，合理的组织现场浇筑，浇筑过程中的质量控制等都是施工过程中的重难点。⑷混凝土浇筑完成后，会产生大量的水化热，如何对大体积混凝土进行养护和内部温度检测，保证内外温差不超过规范限值，是浇筑完成后的重难点。
3大体积混凝土施工控制技术
3.1大体积混凝土质量控制重点
筏板大体积混凝土是超高层建筑基础施工的关键步骤。由于内部混凝土（脆性材料）和钢筋本身的性能，混凝土的温度在施工过程中和运行期间会因气温、水温、自水合热等复杂因素发生很大变化，导致温度变形较大，当温度变形受到约束时，会在混凝土中产生较大的温度应力，所以，筏板大体积混凝土的质量控制要点就是要防止大体积混凝土的结构开裂。
3.2温度应力的仿真分析
对筏板基础进行了温度场仿真计算，图1和图2为核心筒电梯井区域部分底板的数值模拟，结果显示：大底板核心筒由于混凝土浇筑厚度比较大，产生的水化热较高，最高温度可达81℃。在混凝土凝结硬化过程中，内部混凝土受压，外部混凝土受拉，因此要特别加强表层混凝土养护，防止温度应力过大而产生的温度裂缝。
4大体积混凝土浇筑施工部署
4.1施工的总体部署
本次塔楼筏板基础混凝土浇筑将根据现场实际情况及施工部署划分为两个阶段、四个区域，由深至浅，先由南北向浇筑电梯井，同时根据各个阶段的浇筑情况，对现场浇筑泵车的配备及布置情况进行相应调整（图3）。计划采取以下组织措施，以确保混凝土浇筑过程中混凝土浇筑的质量：⑴选择具有较强实力、较强生产能力和强大技术能力的混凝土供应商。浇筑的混凝土必须采用统一配合比、统一建筑原材料、统一调度指挥、统一检验试验。混凝土供应商应制定合理的混凝土生产和供应、道路运输、试验和检验等方案，以确保现场的混凝土质量符合设计和规范要求，同时满足施工需求。⑵合理布置混凝土泵车的位置，规划现场车辆管理方案，包括：行车方向、停靠位置、试验检测地点等，确定社会道路交通运输最佳路线；设置总调度、车辆专职调度员，现场调度协管员和试验检验员，做好工程现场内外车调度，负责混凝土车和泵车之间的协调调度管理和进场混凝土质量的检验试验工作。⑶业主和项目部开盘前一周内应协助解决道路运输、车辆停放、市容及环保在浇筑混凝土期间的管理和协调工作。⑷确定混凝土浇筑方向及浇筑方式，整个基础底板浇筑工程采用多点同时浇筑，斜面分层施工，由南向北整体一次完成，保证浇筑过程不产生冷缝。⑸根据现场情况制定全面详细应急预案（停电、大风、大雨、人员疲劳等因素)，防止意外发生。
4.2养护措施
混凝土的养护采用外部养护方法，养护14天，在筏板基础中布置适当深度和数量的测温点，对这些测温点处的温度以及大气温度进行记录，并根据测量和监控数据，实时的预测大体积混凝土的裂缝情况，并作出相应的预防措施，防止混凝土裂缝的产生。
5大体积混凝土温度监测
为了保证本工程混凝土的浇筑质量，结合数值模拟结果，确定了混凝土温度监测和混凝土应变监测的方案（图4），其中红色圆形区域代表温度监测点，总计有9个温度监测点。⑴前期准备工作。将测温点分上、中、下三处，垂直测点间距控制在500～800m，且上部与下部的传感器至混凝土表面的距离不得小于50mm。筛选测温线，根据基坑深度和测温导线的埋置深度，分别在测温线顶部标记其具体埋深信息，以保证后续温度的记录。⑵测温线的固定。将测温线固定在合适长度的定位钢筋上，再用扎丝对测温线进行有效缠绕保护，但需露出感应线头。把另一端转接头放置在塑料杯内，定位钢筋穿过塑料杯底伸至塑料杯内，保护传感器的测温端头。⑶测温。本项目混凝土温度监测共九个测点，分两个阶段进行测温：第一阶段是在混凝土内部温度峰值到来之前的前2小时测量一次，第二阶段是在温度峰值来临之后的24小时内，先每隔4个小时测量一次，然后再每隔6～8小时测量一次，同时测量大气温度，对所有温度测量点进行编号，并记录内部不同深度的温度和表面的温度。塔楼电梯井处筏板最深厚度达12.6m，以14天为温度监测周期（图6），温升峰值为混凝土浇筑后第三、四天，温升最高可达80.1℃。基本和软件分析结构相同。以此，通过软件模拟大体积温度场的变化是合理的。对于前期的预测和分析是很有必要的。
6结语
本文通过ANSYS有限元软件对该工程大体积混凝土的温度场进行了模拟，并对该工程的筏板大体积混凝土施工工艺进行了探讨，可以得出以下结论：⑴超体量大体积混凝土的浇筑要发挥集团优势，分工明确，按责施工。⑵交通组织要单独策划，过程中专人负责指挥，确保浇筑连续。提前对道路强度进行预测，可铺钢板避免道路压坏导致场地不通。⑶应用有限元软件对大体积混凝土温度场的控制和预测是十分必要的。有助于前期混凝土浇筑过程中应急预案的制作，做到心中有数。⑷对大体积混凝土实时的温度监测有助于合理地调整混凝土的养护措施，对于控制混凝土裂缝的产生是必不可少的技术措施。
作者:刘小换 余尚 单位:广州科技职业技术学院 筑博设计股份有限公司佛山分公司
