大体积承台多种施工法控制砼裂缝.docx

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大体积承台多种施工法控制砼裂缝

大体积承台混凝土

多种施工法控制裂缝

陕西省第三建筑公司

长安文化综合大厦项目部

王文宝

2009年8月20日

大体积承台混凝土

多种施工法控制裂缝

陕三建第七项目部长安文化大厦项目总工：

王文宝

摘要：

结合施工现场的特定条件，长安文化综合大厦在基础筏板承台大体积混凝土施工中，对2米以下的承台采用浇筑24小时后蓄水降温；对2米以上的高成台除采用浇筑24小时后蓄水降温外，同时采用水平分层间隙施工法，垂直散温管预埋等办法，采取对不同体量的承台制定不同的浇筑方案和技术措施，有效地降低了泵送大体积混凝土内部的最高温升，消除了冷缝现象。

在甲方、监理组织的对承台控制裂缝检查鉴定时，未发现任何裂缝，取得了良好效果。

关键词：

高层建筑、基础承台、水平分层间隙施工法、大体积混凝土

目录

一、绪论………………………………………………………4

二、大体积混凝土裂缝成因分析……………………………4

1、表面裂缝…………………………………………………4

2、贯穿裂缝…………………………………………………4

三、大体积混凝土施工事前控制措施………………………4

1、合理选择原材料…………………………………………5

2、优化混凝土配合比设计…………………………………5.

四、大体积混凝土有关计算…………………………………5

1、大体积混凝土的热工计算……………………………….5

2、砼裂缝简单计算分析……………………………………8

五、大体积混凝土施工………………………………………9

六、大体积混凝土温度控制…………………………………10

七、结论（体会与收获）……………………………………11

一、绪论：

长安文化综合大厦地上28层，地下2层，基础12个承台型号，大小32个承台，最大的2个基础承台钢筋混凝土筏形基础承台板厚2.50m，平面19m×21.00m，承台混凝土量为870m3。

基础筏板中段设十字后浇带2道。

承台混凝土强度等级为C50，抗渗等级S8，总量6870m3。

二、大体积混凝土裂缝成因分析

大体积混凝土施工易产生裂缝，产生裂缝有多方面原因，如约束情况，周围环境湿度，混凝土的均匀性，分段是否妥当，结构形式等，都可能引起大体积混凝土的裂缝。

就本工程的大体积混凝土而言，由于其截面尺寸较大，三公司所见较大者，所以外荷载或次应力引起的裂缝可能性很小。

但正由于结构截面大，水泥水化时所释放的热量就会产生较大的温度变化和收缩作用，由此造成的温度梯度收缩应力是导致大体积砼产生裂缝的主要原因。

这种裂缝分为两类：

1、表面裂缝，大体积混凝土由于其内部与表面散热速率不一样，在其表面形成温度梯度，从而表面产生拉应力，内部产生压应力。

而此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生裂缝。

此种裂缝一般出现在混凝土浇筑后的第3～4天里。

2、贯穿裂缝，混凝土浇数天后，水化热基本已释放，就开始进入降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。

这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，当此拉应力超过砼此时的抗拉强度，砼整个截面就可能产生贯穿裂缝，这种收缩裂缝才是危害最大的裂缝。

三、大体积混凝土施工控制措施

从控制裂缝的观点看，表面裂缝危害小，但也会影响结构使用或外观；而贯穿裂缝则要影响结构的整体性、耐久性和防水性，可能导致结构不能正常使用。

为了防止温度裂缝的出现或把温度裂缝控制在某个界限内，就必须进行温度控制。

根据以往施工经验和大体积砼的热工计算，为了防止出现有害裂缝，该工程基础施工中采用以下措施：

①采用低热水泥，降低水化温升，强度富余大；②优化配合比设计，在砼掺入一定比例的粉煤灰、高效缓凝减水剂和膨胀剂，以减少水泥用量，降低水化热；③砼表面采取塑料布棉毡保温养护，缩小砼内外温差。

④控制砼的入模温度，进行斜面薄层连续浇筑。

1、合理选择原材料

石子选用5～25mm粒径碎石，连续级配,含泥量为0.2%，不超过1%；中砂（细度模数2.7）含泥量1.3%，不超过2%；冀东水泥扶风有限责任公司生产的P.O42.5R水泥；混凝土高效泵送剂ZTF-113.7㎏/m3：

（占水泥重4.15%）；膨胀剂HP-130㎏/m3：

（占水泥重9.1%）；陕西豪鹏科工贸有限责任公司生产的粉煤灰130㎏/m3（占水泥重39.4%），原材料均须抽样试验。

2、优化混凝土配合比设计

为减少水泥用量,降低水化热,减少混凝土收缩,延缓混凝土初凝时间,改善和易性,混凝土配制采用三掺技术（即混凝土中掺加粉煤灰、减水剂、膨胀剂）针对该工程的施工特点和正处于夏季的情况,实验室经过多次试配，最后选用的配合比为：

水:

水泥:

中砂:

石子:

粉煤灰:

减水剂:

膨胀剂=160:

330:

688:

1122:

130:

13.7:

30。

四、大体积混凝土有关计算

1、大体积混凝土的热工计算

　本工程地下室筏板承台采用C50砼，按以上材料及配合比查表进行大体积砼温度计算：

1）、最大绝热升温

Th=（mc+k×F）Q/C×ρ

Th——砼最大绝热升温（℃）

mc——砼中水泥（包括膨胀剂）用量（kg/m3）

k——掺合料折减系数，粉煤灰取0.25~0.30。

F——砼中活性掺合料用量（kg/m3）

Q——水泥28d水化热（kj/kg）。

P.O42.5R水泥取375kj/kg

C——砼比热，取0.97[kj/（kg•K）]

ρ——砼密度，取2400（kg/m3）

则：

Th=[（330+30）+0.28×130]375/0.97×2400

=396.4×375/2328=63.85℃

2）、砼中心温度计算

T1（t）=Tj+Th•ζ（t）

T1（t）——t龄期砼中心计算温度（℃）

Tj——砼浇筑温度（℃），取26℃。

ζ（t）——t龄期降温系数，取3d，浇筑层厚度按最厚2.5m。

则ζ（t）=0.65，则：

T1（t）=Tj+Th•ζ（t）

=26+63.85•0.65=52.98℃

3）、砼表面温度

a、保温材料厚度

δ=0.5h•λx（T2-Tq）Kb/λ（Tmax-T2）

δ——保温材料厚度（m）

h——砼的实际厚度，取2.5m。

λx——所选保温材料导热系数[W/m•k]]，绵毡导热系数为0.05

λ——砼导热系数，取2.33W/m•k

T2-Tq——取15~20℃，本工程取18℃

Tmax-T2——取20~25℃，本工程取23℃

Kb——传热系数修正值，取1.3~2.0。

取1.8

本工程采用覆盖塑料布加绵毡进行保温。

则：

δ=0.5×1.8×0.05×18×1.8/2.33×23

=1.458/53.59=0.0272（m）取2.8cm。

b、蓄水养护深度

hw=x.M（Tmax-T2）Kb.入w/（700Tj＋0.28mc.Q）

=（21×24×0.464×23×1.8×0.58）/700×26＋0.28×360×375=0.1m

hw——养护水深度（m）

x——混凝土维持到指定温度的延续时间，即蓄水养护时间（h）

M——混凝土上结构表面系数M=F与大地接触的表面积㎡/V砼体积m3

Tmax-T2——一般取20-25℃

Kb——传热系数修正值

700——折算系数kj/（m3•K）

入w——水的导热系数，取0.58[W/m•k]]

C、砼表面保温层的传热系数

β=1/[∑δi/λi+1/βq]

β——砼表面保温层的传热系数。

[W/m2•k]

δi——各保温材料厚度。

（m）

λi——各保温材料导热系数。

[W/m•k]]

βq——空气层的传热系数，取23[W/m2•k]]

则：

β=1/[∑δi/λi+1/βq]

=1/[0.0272/0.05+1/23]=1.7（W/m2•k）

d、砼虚厚度

h＇=k•λ/β

h＇——砼虚厚度（m）

k——折减系数，取2/3。

λ——砼导热系数，取2.33[W/（m•k）]

则：

h＇=k•λ/β

=2/3×2.33/1.7=0.914（m）

e、砼计算厚度

H=h+2h＇

H——砼计算厚度（m）。

H=h+h＇

h——砼实际厚度。

（m）取2.5m

则：

H=2.5+2×0.914=4.33（m）

f、砼表面温度：

T2（t）=Tq+4•h＇（H-h＇）[T1（t）-Tq]/H2

T2（t）——砼表面温度。

℃

Tq——施工期大气平均温度（因施工在5月，按天气预报为25℃）

h＇——砼虚厚度（m）

H——砼计算厚度（m）。

H=h+h＇

h——砼实际厚度。

（m）

T1（t）——砼中心温度。

（℃）

则：

T2（t）=25+4×0.914（4.33-0.914）[52.98-25]/（4.33）2

=25+18.64=43.64（℃）

4）、砼内平均温度

Tm（t）=[T1（t）+T2（t）]/2

  =[52.98+43.64]/2=48.31（℃）

计算表明，砼表面覆盖2.8cm厚的绵毡（3-4层），即可满足砼内外温度控制在25℃以内。

2、砼裂缝计算分析

1）、砼的最大冷缩值：

St=α（T1（t）-Tq+T0）  [最不利状态]

其中α=1.0×10-5

T1（t）=52.98℃

Tq=25℃

T0=（20-10）/2=5℃

St=1.0×10-5（52.98-25+5）=3.3×10-5

2）、砼的最大收缩值Sd按下面经验公式计算。

Sd=3.24×10-4×（1-e-0.01t）m1.m2……mn

其中：

m1、m2……mn为各种因素影响系数，一下仅取

水泥品种m1=1.0      骨料系数m2=1.10

水灰比m3=1.10      约束程度m4=0.5

养护时间m5=0.90      环境温度m6=0.7

代入公式：

Sd=1.18×10-4

3）、砼的极限延伸率Sk=0.5Rt（1+P/d）×10-4

其中C50砼抗拉强度Rt=2.5Mpa

钢筋配筋率P=0.63%

钢筋直径d=2.0cm

Sk=0.5×2.5（1+0.63/2.0）×10-4=1.64×10-4

考虑到砼有某种程度徐变，即增加50%，则最终极限拉伸值

SK=1.5X1.64X10-4=2.46X10-4

试验表明：

掺入外加剂、砼在标准配筋率P=0.79%下，其限制膨胀率E2=2.5×10-4，本工程P=0.63%，则E2=2.8×10-4

则砼最终变形  D=E2-（St+Sd）

            D=2.94-（3.55+1.18）=-1.79X10-4

由于砼最终变形值D=-1.79X10-4（负号表示受拉状态）

小于砼极限拉伸变形SK=2.46X10-4，故砼不会开裂。

五、大体积混凝土合理施工方法

砼浇筑由西边A段为第I流水段，向东依次为第II流水B段，----C,D段。

筏板分两次两层浇筑。

基础A、D段用一台汽车泵，一台地泵；东边远处B段用两台地泵，C段同样用两台地泵，安排两个作业班轮流倒班，并配备4名振捣手，4台振动电机，备用2台电机，其中5人振筏板，连续浇筑，间歇时间不能太长，不允许出现冷缝，砼浇筑顺序由西向东浇筑，砼采用斜面分层浇筑，分层振捣密实，具体为：

从下到上分层浇筑，从底层开始浇筑，浇筑高度为300-400㎜，浇筑完后，返回浇筑上层承台，上下层间隔时间不大于2小时。

浇筑厚度不大于500㎜。

控制好混凝土的坍落度和入模温度，并加强混凝土的振捣，确保混凝土的连续浇注。

本工程在C段因多数为高大承台，采用水平分层间隙施工法，先浇筑筏板，后浇筑承台混凝土，分层浇筑，下层混凝土的表面设置了棋盘式高低块（高差5㎝），形成上下连接的键块，并将抗缩钢筋网支撑钢筋伸出浇筑面20cm以上。

在混凝土终凝前用钢丝刷拉毛表面水泥膜层处理水平施工缝，再溜扫冲洗干净，这样可加强上下层混凝土的连接，提高抗剪能力，节省凿毛施工缝的人工。

收面第一次抹压，在砼浇筑完毕后，用刮杠刮平，拉上50线，检查筏板顶标高，高铲低填，然后用木抹子抹压拍实，将脚印等抹压平整。

第二次收面：

当面层开始初凝时，面层上有脚印，但不下陷时，用木抹子进行第二次抹压，要求用力均匀，减少或消除抹子重叠的抹痕，松动或高出表面的石子必须拍实。

第三次收面。

当面层上人稍有脚印，而抹压无抹纹时，要用抹子进行第三遍抹压，抹压时，用力要大，将抹子纹痕抹平为止，收面时间应在终凝前完成。

要求收面的人要多，速度要快，以免终凝来不及压光造成毛面。

六、大体积混凝土温度控制　

1、大体积砼测温：

本工程参照大体积砼测温方法，事先在不同位置预埋孔，每隔2-4小时测温一次，并做好详细的记录。

2、测温管的布置

测温管布置按结施6，基础梁及承台图编号。

深孔埋管900-2400㎜深编号为XX-1，浅孔埋管500㎜，编号为XX-2。

每个段的每个承台留设2-6个测温孔。

最大的承台CT-11和CT-12因水平面大，采用埋管降温法。

做法为：

每2m间隔网放置2.4m高¢50钢管，与承台钢筋焊牢，既可以测温，又可以散温，确保最大承台不裂缝，同时，该方法简单，实用效果好。

3、测温方式及次数时间

1）、测温方式：

给测温管注入10㎝-20㎝高的水，量测水的温度即为所在位置的最高温度。

量测采用电子温度计或普通温度计。

砼表面温度以量测塑料薄膜下温度为准。

2）、在砼浇注完升温阶段，开始五天，每隔两小时测温一次，以后每六小时测温一次时间不小于十四天。

做测温由专人负责，做好记录。

混凝土浇注完毕，开始三天采用一层塑料薄膜进行覆盖后，上面铺两层棉毡保温养护，并适当地向混凝土表面通水,以始终保持混凝土表面湿润为宜，塑料薄膜在下面可以防止水分蒸发和热量散失。

在混凝土浇注后第4—6天，通过测温发现混凝土开始降温时，根据上述混凝土的热工计算和采用测温来控制向混凝土表面通水时间和通水量，控制混凝土内表温差不大于25℃，满足温差控制要求。

通过混凝土温度收缩应力计算，温差控制在25℃以下，一般来说，温度应力＜fce/1.15，不会出现温度裂缝。

并且通过保温养护可以提高混凝土早期强度,增强结构对混凝土收缩的抵抗,有效防止收缩裂缝的出现。

对于承台立面，在混凝土浇注12小时后，立即在模板外先放水100㎜，在水温与混凝土表面温度温差不大于25℃的情况下，可缓慢增加加水高度到500—1000㎜，（按地梁高度确定加水高度）使水温与混凝土同步升、降温。

七、结论（收获与体会）

　　1、大体积砼施工是一个系统工程，不仅要有技术措施，而且还要有组织措施和管理措施，为保证施工处于受控状态，浇筑时应建立由施工、监理、甲方等多方共同组成的现场质量保证体系机构，对保证混凝土的浇筑质量和连续施工有很好的作用；后期的监测、养护最为关键，一定要在时间、人员、材料、设备予以保证。

本工程现已完工3个月，未出现任何贯穿性的影响结构的裂缝。

2、掺加较高比例的粉煤灰以及加入一定比例的减水剂、抗裂增强型膨胀剂是十分必要的，不仅提高混凝土的性能，而且使大面积底板混凝土的连续施工成功，保证了施工质量。

3、混凝土的保温保湿养护不得少于14天，混凝土强度的增长与环境的温湿度有密切关系，膨胀剂也必须在潮湿的条件下才能补偿混凝土的收缩，所以大体积混凝土保温保湿养护时间越长越好，但一般考虑工期要求，也不应少于14天。

4、对于超长结构的大体积混凝土施工，且设计或工艺要求“混凝土一次整浇，不留置后浇带”，可以在表面适当地配置一些细钢筋网片。

（该工程大体积基础施工前组织商混厂与建筑科技大学专家研讨会提出，设计院采纳）在承台顶部及中间设置了3级钢￠12＠200水平抗缩钢筋网片。

并将原￠12＠600变更为￠12＠200.

5、采用“水平分层间隙”施工方法，分两层进行浇筑，间隙时间5d以上，下层混凝土的表面设置了棋盘式高低块（高差5em），形成上下连接的键块，并将抗缩钢筋网支撑钢筋伸出浇筑面20cm以上。

在混凝土终凝前用钢丝刷拉毛表面水泥膜层处理水平施工缝，再溜扫冲洗干净，这样可加强上下层混凝土的连接，提高抗剪能力，节省凿毛施工缝的人工。

在工期允许的情况下，这种施工方法可降低内部最高温升、减少人力、材料及机械设备的投入。

　6、加强混凝土的养护及测温工作采用蓄水法保温养护，从3个大承台的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3--5d内产生，3d内温度可上升到或接近最大温升，该承台立面采用蓄水30-50厘米，内外温差值在23℃左右，控制在规范规定范围内，未发现异常现象。

　7、大体积混凝土采用泵送工艺，泵送过程中，常会发生输送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。

须合理选择泵送压力，泵管直径，输送管线布置应合理。

泵管上须遮盖湿麻袋，并经常淋水散热。

混凝上中的砂石要有良好的级配，碎石最大粒径与输送管径之比宜名1：

3，砂率宜在40％-45％间，水灰比宜在0．5—0．55间，坍落度宜在18—20cm间。

8、坚持两次振捣，三次收面。

对表面微裂缝可起到控制作用。