房屋筏板基礎大體積砼熱工分析及裂縫控制技術

房屋筏板基礎大體積砼熱工分析及裂縫控制技術摘要：大體積砼結構在澆筑后，經常出現(xiàn)有害裂縫。對于地下結構而言，有害裂縫的滲漏水不僅嚴重影響結構物的使用功能，且滲漏水對鋼筋及砼的腐蝕、破壞更是對結構帶來安全隱患，降低建筑物的耐久性。本項目對房屋筏板基礎的大體積砼展開熱工計算，分析筏板結構的抗裂能力。并在此基礎上采取了一系列的綜合處理措施，避免了筏板基礎砼結構產生溫度裂縫。文中進行了經驗總結，期望對大體積砼防溫度裂縫的實際施工帶來借鑒作用。關鍵詞：筏板基礎大體積砼熱工計算防裂縫措施1工程概況地鐵壹號城項目處于南寧市，地塊位于佛子嶺路北側、高坡嶺路東側，擬建項目由4棟高層住宅樓（編號為6#?9#樓）、商業(yè)裙樓和地下車庫組成，其中6#?9#樓為34F，場地西側及南側設有2F商業(yè)裙樓。全場地普設地下車庫2層?？偨ㄖ娣e132280.04m2，其中地上93907m2，地下38373.04m2。本工程6#?9#樓主體采用剪力墻結構，基礎為筏板基礎。筏板厚度為1.4m，采用C35P8砼。根據(jù)《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里的規(guī)定，本項目筏板基礎屬于大體積混凝土結構。預計砼水化熱引起溫度的大幅度變化及砼凝固后的干縮、冷縮將使筏板產生有害裂縫。2工程重難點分析及應對方案本項目筏板基礎符合大體積混凝土的定義，預計砼結構會出現(xiàn)有害裂縫。且地勘報告表明該處地下水豐富，且地下水水位較高，一旦筏板砼結構出現(xiàn)有害裂縫，將出現(xiàn)嚴重的滲漏水現(xiàn)象。滲漏水不僅嚴重影響觀感、使地下室使用環(huán)境變得惡劣，且長時間滲漏對結構內鋼筋、砼造成腐蝕，影響到房屋結構安全及縮短房屋的使用年限。為了確保本項目筏板基礎結構砼不滲、不漏，需對筏板基礎進行砼熱工分析，并采取針對性的工程技術措施，避免水化熱的危害造成筏板結構出現(xiàn)裂縫。3砼在不同齡期時的降溫應力分析在施工前，對筏板基礎的溫度場展開分析，根據(jù)現(xiàn)場施工條件、環(huán)境氣溫及水泥、摻入料等材料的特性進行熱工計算，評估筏板基礎出現(xiàn)溫度裂縫的可能性。根據(jù)評估結果，制定材料使用、砼澆筑順序、降溫措施、保溫隔熱措施、養(yǎng)護方法等技術方案，以避免筏板基礎產生裂縫。3.1砼及現(xiàn)場施工條件筏板基礎采用C35P8砼，以減少水化熱為目標進行了配合比的優(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)境最高氣溫預計為37°C，砼入模溫度控制在不超過28°C。3.2筏板砼溫度應力分析筏板基礎厚度為1.4m，本項目對筏板進行了熱工計算及溫度應力分析。熱工計算方法及分析過程如下。計算筏板最高絕熱溫升筏板最高絕熱溫升計算式如下：'= (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)學常數(shù)，2.718；t為砼齡期，單位d；m為與砼溫度有關的調整系數(shù)，查表取m=0.406。（2）計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，計算式如下：T（t）=T+T?E（2）1 jh （t）式中：T（t）為齡期七天時砼筏板中心溫度；T為澆筑筏板時砼溫度，按28°C；E（）為跟齡期有著的降溫調整系數(shù)，見表1。表1不同齡期的降溫調整系數(shù)七值表2各齡期砼筏板中心溫度（C）

進行砼溫度拉應力及砼砼抗拉極限強度計算如表3所列。表3不同齡期砼溫度應力、抗拉強度及抗裂安全系數(shù)計算表

在溫度拉應力的作用下，筏板將出現(xiàn)溫度裂縫。需采取技術措施，以控制筏板不產生溫度裂縫。4筏板設置冷卻管散熱方案砼內產生溫升的主要原因是水化熱不能及時傳導至外界環(huán)境，而聚集在筏板砼內，使筏板中心出現(xiàn)較高的溫升。本項目采取在1.4m厚的筏板砼內預埋冷卻管通水排出水化熱的技術措施進行散熱，以降低各齡期時的砼溫，進而減少溫度應力，確保砼筏板不出現(xiàn)溫度裂縫。本項目在厚1.4m筏板內設置2層冷卻管。管水平間距為1m，上下層管的設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行冷卻管的安裝，要防止在上層鋼筋安裝時折斷或損壞冷卻管，導致后期冷卻管進漿，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，防止混凝土澆筑時漏漿進入管內，造成管內堵塞，而導致后期冷卻水無法循環(huán)。現(xiàn)場冷卻管埋設如圖3所示。圖3現(xiàn)場冷卻管埋設圖冷卻管通過焊接“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（長度為1m）設置2道，以防止混凝土澆筑時，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質量，冷卻用水需選用清潔水。為此，冷卻水采用自來水，并在現(xiàn)場設置水箱。根據(jù)板塊冷卻管的體積計算得出水箱的體積不宜小于3m3，放置在相鄰板塊上。根據(jù)分析溫測儀測出的筏板中心溫度、筏板表面溫度及水箱水的溫度，計算各部位間溫差，根據(jù)分析、計算結果進行冷卻管運行參數(shù)的調整，確保筏板各部位溫度及各部位間溫差符合規(guī)范要求。當測溫儀測出的筏板砼中心溫度與表面溫度差持續(xù)小于10°C時，可以停止冷卻水循環(huán)。5控制裂縫采取的其它技術措施本項目還通過采取合理配筋，優(yōu)化施工配合比，制定合理、科學的砼澆筑方案，加強砼表面處理及養(yǎng)護等技術措施提高砼澆筑質量和抗裂性能。以達到避免砼筏板產生裂縫的目的5.1進一步優(yōu)化施工配合比造成砼結構溫升的熱源為水泥凝固釋放的熱量。故采用42.5級礦渣硅酸鹽水泥，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(木質素磺酸鈣)，其能對水泥顆粒產生分散作用，使水份子表面張力得到降低，即產生加氣效果。起到明顯改善砼和易性，減少約10%的水泥用量。本項目按48kg/m3摻入1級優(yōu)質的粉煤灰。粉煤灰不僅能夠增強砼的抗?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)級配的碎石及河砂，良好連續(xù)級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、壓強度，增強抗裂縫性能；施工實踐表明，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，故本項目選用了規(guī)格為5?40mm，且良好連續(xù)級配的碎石。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上，盡量將砂率降低，并選用細度模數(shù)偏大的中、粗砂(細度模數(shù)在2.6?2.9間)，在降低砼干縮率的同時還可減少水泥用量，利于筏板抗裂縫。以對施工配合比進行優(yōu)化及采取降低水泥用量的技術措施，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生。5.2控制砼的出機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外溫差，降低砼出機溫度是關鍵環(huán)節(jié)。拌和水及碎石、河砂對砼出機溫度影響最大。故在施工時，控制拌和水的溫度。設置遮陽棚防止太陽照射碎石、河砂，必要時用冷水沖洗骨料進行降溫。當入模砼溫過高時，會使砼產生過大干縮。因此，在高溫天氣時，采取夜間澆筑、精選砼運輸車線路、覆蓋等措施，盡量降低砼的入模溫度。5.3延遲砼降溫速率，減少內外溫差完成砼的澆筑后，為了避免砼表面產生裂縫，需降低升溫階段的結構物內外溫差。采取潮濕養(yǎng)護，避免砼表面脫水出現(xiàn)干縮裂縫。進行結構內外溫度的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，在必要時候，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，以免筏板出現(xiàn)溫差裂縫。5.4避免結構砼應力集中在筏板的孔洞周邊、尺寸變化處及線形轉折處，受砼冷縮及干縮的影響，會產生應力集中的現(xiàn)象，過大應力使砼拉裂而產生裂縫。本項目采取在孔洞周邊、尺寸變化處及線形轉折處增設鋼筋網(wǎng)、斜向抗拉鋼筋。增強該薄弱部位的砼抗裂能力。同時對截面尺寸突變處實施局部處理，使截面變化逐漸過渡，避免出現(xiàn)集中應力。5.5改善鋼筋配置因筏板基礎較厚，為了提高砼抗裂性能，本項目還增配了構造配筋，構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，按全斷面對稱布設較為合理，能夠提高結構抵抗貫穿性裂縫的性能。本項目經與設計方進行了溝通，在配筋率不變的基礎上，將原主筋中22主筋換成中18,調整間距及優(yōu)化布設。5.6進行溫度監(jiān)測為了掌握筏板實際砼水化熱的釋放量及筏板不同深度處的溫度場變化規(guī)律，在砼結構的不同部位設置了銅熱傳器，用砼溫度測量記錄儀，全過程監(jiān)測砼內溫度變化情況，以便采取針對性的技術措施，以確保大體積砼不產生溫度裂縫?，F(xiàn)場測溫管埋設及測溫如圖4所示。圖4現(xiàn)場測溫管埋設及測溫圖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)振搗器的長度及振動力的大小，并考慮砼的供應情況及一次澆筑砼量多小而定，通?？刂圃?00?300mm。由于泵送混凝土的泌水量大，斜向分層澆筑時聚集于坑底。本項目在進行砼墊層施做時，在墊層表面設置排水橫坡，在側模的底部設置排水孔，使泌水自動流出。無泌水自動流出條件時，設置集漿坑，用泥漿泵排出泌水。完成砼澆筑后的頂部泌水也通過設置預留孔排出。泵送砼的表面漿液較厚，不僅會導致砼表面干縮開裂，且會影響表面砼強度，采取二次抹面收縫的措施。完成筏板砼澆筑4?5h后，按設計標高用長刮尺把筏板砼刮平。然后在筏板砼初凝之前，用鋼筒碾壓砼面數(shù)次，最后用木抹壓實抹平，以閉合砼面收水裂縫。6結束語大體積砼出現(xiàn)有害裂縫，一直是工程技術人員亟需解決的難題。在地鐵壹號城項目筏板基礎的大體積砼施工時，通過按施工實際條件進行砼熱工計算及抗裂性能分析，然后根據(jù)分析結果采用埋設冷卻管散熱的同時，還采取了一系列的綜合技術措施減少水化熱、提高砼質量、增強砼抗拉能力。施工結果表明，有效地控制了筏板砼結構裂縫的產生，取得了良好的應用效果。參考文獻李冉.基礎大體積混凝土裂縫控制測試試驗及控制技術[J].