房屋筏板基礎(chǔ)大體積砼熱工分析及裂縫控制技術(shù)

房屋筏板基礎(chǔ)大體積砼熱工分析及裂縫控制技術(shù)摘要：大體積砼結(jié)構(gòu)在澆筑后，經(jīng)常出現(xiàn)有害裂縫。對(duì)于地下結(jié)構(gòu)而言，有害裂縫的滲漏水不僅嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的使用功能，且滲漏水對(duì)鋼筋及砼的腐蝕、破壞更是對(duì)結(jié)構(gòu)帶來安全隱患，降低建筑物的耐久性。本項(xiàng)目對(duì)房屋筏板基礎(chǔ)的大體積砼展開熱工計(jì)算，分析筏板結(jié)構(gòu)的抗裂能力。并在此基礎(chǔ)上采取了一系列的綜合處理措施，避免了筏板基礎(chǔ)砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫。文中進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，期望對(duì)大體積砼防溫度裂縫的實(shí)際施工帶來借鑒作用。關(guān)鍵詞：筏板基礎(chǔ)大體積砼熱工計(jì)算防裂縫措施1工程概況地鐵壹號(hào)城項(xiàng)目處于南寧市，地塊位于佛子嶺路北側(cè)、高坡嶺路東側(cè)，擬建項(xiàng)目由4棟高層住宅樓（編號(hào)為6#?9#樓）、商業(yè)裙樓和地下車庫組成，其中6#?9#樓為34F，場(chǎng)地西側(cè)及南側(cè)設(shè)有2F商業(yè)裙樓。全場(chǎng)地普設(shè)地下車庫2層。總建筑面積132280.04m2，其中地上93907m2，地下38373.04m2。本工程6#?9#樓主體采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。筏板厚度為1.4m，采用C35P8砼。根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018里的規(guī)定，本項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)砼水化熱引起溫度的大幅度變化及砼凝固后的干縮、冷縮將使筏板產(chǎn)生有害裂縫。2工程重難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)方案本項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)符合大體積混凝土的定義，預(yù)計(jì)砼結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)有害裂縫。且地勘報(bào)告表明該處地下水豐富，且地下水水位較高，一旦筏板砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害裂縫，將出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏水現(xiàn)象。滲漏水不僅嚴(yán)重影響觀感、使地下室使用環(huán)境變得惡劣，且長(zhǎng)時(shí)間滲漏對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋、砼造成腐蝕，影響到房屋結(jié)構(gòu)安全及縮短房屋的使用年限。為了確保本項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)砼不滲、不漏，需對(duì)筏板基礎(chǔ)進(jìn)行砼熱工分析，并采取針對(duì)性的工程技術(shù)措施，避免水化熱的危害造成筏板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。3砼在不同齡期時(shí)的降溫應(yīng)力分析在施工前，對(duì)筏板基礎(chǔ)的溫度場(chǎng)展開分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、環(huán)境氣溫及水泥、摻入料等材料的特性進(jìn)行熱工計(jì)算，評(píng)估筏板基礎(chǔ)出現(xiàn)溫度裂縫的可能性。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，制定材料使用、砼澆筑順序、降溫措施、保溫隔熱措施、養(yǎng)護(hù)方法等技術(shù)方案，以避免筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫。3.1砼及現(xiàn)場(chǎng)施工條件筏板基礎(chǔ)采用C35P8砼，以減少水化熱為目標(biāo)進(jìn)行了配合比的優(yōu)化。采用低水化熱的水泥(P.O.42.5)306kg/m3，其水化熱為375kj/kg；施工期間為6月?9月，南寧市的外部環(huán)境最高氣溫預(yù)計(jì)為37°C，砼入模溫度控制在不超過28°C。3.2筏板砼溫度應(yīng)力分析筏板基礎(chǔ)厚度為1.4m，本項(xiàng)目對(duì)筏板進(jìn)行了熱工計(jì)算及溫度應(yīng)力分析。熱工計(jì)算方法及分析過程如下。計(jì)算筏板最高絕熱溫升筏板最高絕熱溫升計(jì)算式如下：'= (1)式中：氣為砼筏板最高絕熱溫升，單位C；m為每立方砼水泥用量，單位kg/m3；Q為水泥凝固釋放的熱量，單位kJ/kg；c為砼比熱，單位kJ/(kg?K)，按0.97；P為砼密度，單位kg/m3，按2400kg/m3；e為數(shù)學(xué)常數(shù)，2.718；t為砼齡期，單位d；m為與砼溫度有關(guān)的調(diào)整系數(shù)，查表取m=0.406。（2）計(jì)算砼筏板中心在各齡期的溫度砼筏板中心各齡期的溫度受水化熱釋放量、散熱情況及砼入模溫度等的影響而不同，計(jì)算式如下：T（t）=T+T?E（2）1 jh （t）式中：T（t）為齡期七天時(shí)砼筏板中心溫度；T為澆筑筏板時(shí)砼溫度，按28°C；E（）為跟齡期有著的降溫調(diào)整系數(shù)，見表1。表1不同齡期的降溫調(diào)整系數(shù)七值表2各齡期砼筏板中心溫度（C）

進(jìn)行砼溫度拉應(yīng)力及砼砼抗拉極限強(qiáng)度計(jì)算如表3所列。表3不同齡期砼溫度應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度及抗裂安全系數(shù)計(jì)算表

在溫度拉應(yīng)力的作用下，筏板將出現(xiàn)溫度裂縫。需采取技術(shù)措施，以控制筏板不產(chǎn)生溫度裂縫。4筏板設(shè)置冷卻管散熱方案砼內(nèi)產(chǎn)生溫升的主要原因是水化熱不能及時(shí)傳導(dǎo)至外界環(huán)境，而聚集在筏板砼內(nèi)，使筏板中心出現(xiàn)較高的溫升。本項(xiàng)目采取在1.4m厚的筏板砼內(nèi)預(yù)埋冷卻管通水排出水化熱的技術(shù)措施進(jìn)行散熱，以降低各齡期時(shí)的砼溫，進(jìn)而減少溫度應(yīng)力，確保砼筏板不出現(xiàn)溫度裂縫。本項(xiàng)目在厚1.4m筏板內(nèi)設(shè)置2層冷卻管。管水平間距為1m，上下層管的設(shè)置按底管與筏板墊層、頂管與頂面間距均為0.4m控制，即層間距為0.6m。具體布設(shè)如圖1、圖2所示：圖2冷卻管安裝立面布置示意圖底層鋼筋綁扎完畢后，先安裝馬凳筋，再安裝上層鋼筋網(wǎng)片的龍骨，等龍骨安裝完畢后再進(jìn)行冷卻管的安裝，要防止在上層鋼筋安裝時(shí)折斷或損壞冷卻管，導(dǎo)致后期冷卻管進(jìn)漿，無法水循環(huán)。冷卻管采用中50X2mm的薄壁鋼管，管與管的連接采用承插接口連接，利用管鉗將接口壓實(shí)，防止混凝土澆筑時(shí)漏漿進(jìn)入管內(nèi)，造成管內(nèi)堵塞，而導(dǎo)致后期冷卻水無法循環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)冷卻管埋設(shè)如圖3所示。圖3現(xiàn)場(chǎng)冷卻管埋設(shè)圖冷卻管通過焊接“U”型卡扣，固定在馬凳筋或豎向拉鉤筋上，“U”型卡扣采用HPB300①10鋼筋制作，縱向冷卻管上每2m一道卡扣，在橫向連接管（長(zhǎng)度為1m）設(shè)置2道，以防止混凝土澆筑時(shí)，泵送料的沖擊力折斷冷卻管。“U”型卡扣與馬凳筋、豎向鋼筋間采用點(diǎn)焊焊接。因冷卻管后期需要壓漿封閉，為保證后期的壓漿密實(shí)質(zhì)量，冷卻用水需選用清潔水。為此，冷卻水采用自來水，并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置水箱。根據(jù)板塊冷卻管的體積計(jì)算得出水箱的體積不宜小于3m3，放置在相鄰板塊上。根據(jù)分析溫測(cè)儀測(cè)出的筏板中心溫度、筏板表面溫度及水箱水的溫度，計(jì)算各部位間溫差，根據(jù)分析、計(jì)算結(jié)果進(jìn)行冷卻管運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，確保筏板各部位溫度及各部位間溫差符合規(guī)范要求。當(dāng)測(cè)溫儀測(cè)出的筏板砼中心溫度與表面溫度差持續(xù)小于10°C時(shí)，可以停止冷卻水循環(huán)。5控制裂縫采取的其它技術(shù)措施本項(xiàng)目還通過采取合理配筋，優(yōu)化施工配合比，制定合理、科學(xué)的砼澆筑方案，加強(qiáng)砼表面處理及養(yǎng)護(hù)等技術(shù)措施提高砼澆筑質(zhì)量和抗裂性能。以達(dá)到避免砼筏板產(chǎn)生裂縫的目的5.1進(jìn)一步優(yōu)化施工配合比造成砼結(jié)構(gòu)溫升的熱源為水泥凝固釋放的熱量。故采用42.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥，其水化熱為334kJ/kg，較P.O.42.5水泥而言，水化熱降幅超10%，有效降低了筏板的溫升幅度。在筏板砼中摻入陰離子表面活性劑(木質(zhì)素磺酸鈣)，其能對(duì)水泥顆粒產(chǎn)生分散作用，使水份子表面張力得到降低，即產(chǎn)生加氣效果。起到明顯改善砼和易性，減少約10%的水泥用量。本項(xiàng)目按48kg/m3摻入1級(jí)優(yōu)質(zhì)的粉煤灰。粉煤灰不僅能夠增強(qiáng)砼的抗?jié)B性能，且能改善砼拌和料的工作性能。具有減少水泥、拌和水用量的作用。砼粗集料選用了良好連續(xù)級(jí)配的碎石及河砂，良好連續(xù)級(jí)配的集料不僅能使砼具有更好的和易性，減少了拌和用水和水泥用量，且使砼具有更高的抗拉、壓強(qiáng)度，增強(qiáng)抗裂縫性能；施工實(shí)踐表明，較大粒徑的粗骨料能減少拌和用水，降低砼的泌水量及收縮量，故本項(xiàng)目選用了規(guī)格為5?40mm，且良好連續(xù)級(jí)配的碎石。與使用5?25mm規(guī)格的碎石相比較，每立方砼可降低水泥用量約20kg左右，用水量也降低了15kg，可將最高砼溫降低2C。滿足砼可泵性的基礎(chǔ)上，盡量將砂率降低，并選用細(xì)度模數(shù)偏大的中、粗砂(細(xì)度模數(shù)在2.6?2.9間)，在降低砼干縮率的同時(shí)還可減少水泥用量，利于筏板抗裂縫。以對(duì)施工配合比進(jìn)行優(yōu)化及采取降低水泥用量的技術(shù)措施，最終施工配合比的水泥用量為235kg/m3,大幅度減少了水化熱的產(chǎn)生。5.2控制砼的出機(jī)溫度及入模溫度為了降低大體積砼筏板中心的總溫升及其內(nèi)外溫差，降低砼出機(jī)溫度是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。拌和水及碎石、河砂對(duì)砼出機(jī)溫度影響最大。故在施工時(shí)，控制拌和水的溫度。設(shè)置遮陽棚防止太陽照射碎石、河砂，必要時(shí)用冷水沖洗骨料進(jìn)行降溫。當(dāng)入模砼溫過高時(shí)，會(huì)使砼產(chǎn)生過大干縮。因此，在高溫天氣時(shí)，采取夜間澆筑、精選砼運(yùn)輸車線路、覆蓋等措施，盡量降低砼的入模溫度。5.3延遲砼降溫速率，減少內(nèi)外溫差完成砼的澆筑后，為了避免砼表面產(chǎn)生裂縫，需降低升溫階段的結(jié)構(gòu)物內(nèi)外溫差。采取潮濕養(yǎng)護(hù)，避免砼表面脫水出現(xiàn)干縮裂縫。進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在必要時(shí)候，于砼表面覆蓋麻袋、薄膜等保濕、保溫材料，控制筏板中心與表面的溫差在20°C內(nèi)，以免筏板出現(xiàn)溫差裂縫。5.4避免結(jié)構(gòu)砼應(yīng)力集中在筏板的孔洞周邊、尺寸變化處及線形轉(zhuǎn)折處，受砼冷縮及干縮的影響，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，過大應(yīng)力使砼拉裂而產(chǎn)生裂縫。本項(xiàng)目采取在孔洞周邊、尺寸變化處及線形轉(zhuǎn)折處增設(shè)鋼筋網(wǎng)、斜向抗拉鋼筋。增強(qiáng)該薄弱部位的砼抗裂能力。同時(shí)對(duì)截面尺寸突變處實(shí)施局部處理，使截面變化逐漸過渡，避免出現(xiàn)集中應(yīng)力。5.5改善鋼筋配置因筏板基礎(chǔ)較厚，為了提高砼抗裂性能，本項(xiàng)目還增配了構(gòu)造配筋，構(gòu)造配筋可起到溫度筋的作用，提高大體積砼的抗裂性能。以往研究表明，配筋盡可能使用小直徑鋼筋，并采用小間距，按全斷面對(duì)稱布設(shè)較為合理，能夠提高結(jié)構(gòu)抵抗貫穿性裂縫的性能。本項(xiàng)目經(jīng)與設(shè)計(jì)方進(jìn)行了溝通，在配筋率不變的基礎(chǔ)上，將原主筋中22主筋換成中18,調(diào)整間距及優(yōu)化布設(shè)。5.6進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)為了掌握筏板實(shí)際砼水化熱的釋放量及筏板不同深度處的溫度場(chǎng)變化規(guī)律，在砼結(jié)構(gòu)的不同部位設(shè)置了銅熱傳器，用砼溫度測(cè)量記錄儀，全過程監(jiān)測(cè)砼內(nèi)溫度變化情況，以便采取針對(duì)性的技術(shù)措施，以確保大體積砼不產(chǎn)生溫度裂縫。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫管埋設(shè)及測(cè)溫如圖4所示。圖4現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫管埋設(shè)及測(cè)溫圖5.7砼分層澆筑及泌水處理方案根據(jù)筏板不同部位及外形尺寸，采用如圖5所示的砼分層澆筑方案。圖5砼分層澆筑方案砼分層澆筑的厚度根據(jù)振搗器的長(zhǎng)度及振動(dòng)力的大小，并考慮砼的供應(yīng)情況及一次澆筑砼量多小而定，通常控制在200?300mm。由于泵送混凝土的泌水量大，斜向分層澆筑時(shí)聚集于坑底。本項(xiàng)目在進(jìn)行砼墊層施做時(shí)，在墊層表面設(shè)置排水橫坡，在側(cè)模的底部設(shè)置排水孔，使泌水自動(dòng)流出。無泌水自動(dòng)流出條件時(shí)，設(shè)置集漿坑，用泥漿泵排出泌水。完成砼澆筑后的頂部泌水也通過設(shè)置預(yù)留孔排出。泵送砼的表面漿液較厚，不僅會(huì)導(dǎo)致砼表面干縮開裂，且會(huì)影響表面砼強(qiáng)度，采取二次抹面收縫的措施。完成筏板砼澆筑4?5h后，按設(shè)計(jì)標(biāo)高用長(zhǎng)刮尺把筏板砼刮平。然后在筏板砼初凝之前，用鋼筒碾壓砼面數(shù)次，最后用木抹壓實(shí)抹平，以閉合砼面收水裂縫。6結(jié)束語大體積砼出現(xiàn)有害裂縫，一直是工程技術(shù)人員亟需解決的難題。在地鐵壹號(hào)城項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)的大體積砼施工時(shí)，通過按施工實(shí)際條件進(jìn)行砼熱工計(jì)算及抗裂性能分析，然后根據(jù)分析結(jié)果采用埋設(shè)冷卻管散熱的同時(shí)，還采取了一系列的綜合技術(shù)措施減少水化熱、提高砼質(zhì)量、增強(qiáng)砼抗拉能力。施工結(jié)果表明，有效地控制了筏板砼結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，取得了良好的應(yīng)用效果。參考文獻(xiàn)李冉.基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫控制測(cè)試試驗(yàn)及控制技術(shù)[J].