地下室超长大体积砼专项施工方案王巧南.docx
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地下室超长大体积砼专项施工方案王巧南
亿锋现代城
7#楼地下室大体积砼施工专项方案
编制单位：
金原广场一期工程项目经理部
编制人：
王巧南
申报部门：
工程管理部
2003年6月
地下室超长大体积砼施工专项方案
工程概况
本工程地下室为连体结构，长近226m，宽127m。
其中1#、4#、5#、6#地块为筏板基础；2#、3#地块裙房部位为筏板基础，2#地块塔楼部位为桩基础同时设计筏板基础。
整个地下室由后浇带将整个底板分为四大块，且均属超长、超大体积砼。
地下室底板厚度平均为1200mm，最厚处3000mm，最薄处为900mm，整个地下室底板砼量为26500m3，钢筋用量5500t，其中最长的一块为87.4m长，最短的一块为63.3m，属于超长、大体积砼结构。
砼设计强度为C30S8（塔楼底板为C40S8）,塔楼区配筋上下部为双层双向Φ32 @120，裙楼为上下部双层双向Φ28 @120。
具体情况参见后述附图
1、技术方案的确定
由于砼水化过程中释放出大量的水化热引起的温度变化和砼收缩，从而产生温度应力和收缩应力，容易使砼结构产生裂缝。
且由于底板埋深（厚度）多处发生变化及2#楼基础为桩箱复合基础，桩与底板连在一起，对底板的约束很大，增加了底板砼开裂的几率。
但根据设计要求，底板砼除后浇带外不允许出现施工冷缝，必须一次性连续浇筑成功。
为防止超长大体积砼裂缝，在设计配筋率已定的情况下，其中的关键因素有两条：
①就是要延缓水泥矿物组分中的铝酸三钙（C3A）硅酸三钙（C3S）等的水化速度和结晶过程，显著降低水泥水化热峰值，使得水化热平缓地释放，从而可使混凝土中的内部裂缝减少或得到控制；②在砼中掺加微膨胀剂配置膨胀补偿收缩砼来增大砼极限拉伸应力值，从而达到控制砼收缩值、减少砼收缩应力。
使之小于砼的极限拉伸应力值。
因此，本地下室底板施工应以超长防裂、抗渗为主导施工原则，施工时采用“双掺”法（掺加粉煤灰和复合型PNC-3膨胀剂）并控制底板砼内外温差来实现防裂、抗渗的目标。
1.1砼配合比设计
配置的砼不仅要达到设计要求的强度和抗渗等级，还要满足低水化热和高膨胀、低收缩率的要求。
为此，在砼级配试配过程中要考虑到如下问题：
①尽量选用水化热低和安定性好的水泥，并在满足设计强度要求的前提下，尽可能减少水泥用量，以减少水泥的水化热。
水泥用量宜在400kg/m3以下，水灰比≤0.6。
②控制石子、砂子的含泥量不超过1%和3%。
③掺入适量的微膨胀剂PNC-3，使砼得到补偿收缩，减少砼温度应力。
④掺入适量缓凝剂（粉煤灰），推迟水化热峰值期，缓凝时间要达到10小时以上。
⑤施工期间，要根据天气及材料等实际情况，及时调整配比，并且应避免在雨天施工。
如果出现雨天，砂、石料被雨水淋湿，造成砂、石含水量增加，应及时侧定含水率，并相应调整水灰比，确保砼质量。
⑥砼到达施工现场的坍落度要控制在16±2cm以内，施工过程中要随时监测，并作好记录。
控制好砼内部温度与表面温度以及表面温度与环境温度之差均不超过25℃。
1.2砼原材料的选用：
1）水泥：
采用秦皇岛浅野中低热42.5普通硅酸盐水泥，28d水化热值320J/Kg；
2）砂：
中砂，细度模数≥2.7,平均粒径≥0.37，含泥量<1.5%，砂率控制在0.35~0.45之间。
3）石：
粒径5~20mm连续级配，针状、片状含量低于5%，含泥量<1%；
4）粉煤灰：
秦皇岛热电厂I级粉煤灰
5）复合型PNC-3：
山东建科院研究生产，性能符合JC476-1998标准
1.3配合比验算：
本工程地下室底板为C30S8砼，配合比为：
普通硅酸盐525#水泥396kg/m3、砂771kg/m3、石1065kg/m3、外加剂54kg/m3、粉煤灰74kg/m3。
砼的绝热温升。
砼绝热养护14d，计算第14d后的绝热温升：
Tmax=（W1Q1+W2Q2）（1-e-mt）/rhC——————①
式中：
W1——单方砼水泥用量，Kg/m3
W2——单方砼外加剂用量，Kg/m3
Q1——水泥水化热值，KJ/Kg,525水泥
Q2——外加剂水化热值，KJ/Kg
C——砼比热，KJ/（Kg.K）
rh——砼的密度，Kg/m3
代入式①中，则
Tmax=（396×461+54×260）（1-2.718-0.362×14）/2400×0.99=82.2℃
14d龄期的温升为
T14=Tmax×ζ=82.2×0.45=37℃
（3）砼内部的最高温度：
T3=T14+Tc=37+19.7=56.7℃
（4）砼的收缩值（Sd）。
按经验公式计算，则
Sd（t）=3.24×10-4（1-e-0.01t）m1m2m3···mn——————②
式中：
m1m2m3···mn——为各种因素影响系数，水泥品种m1=1.00，水泥细度m2=1.00，骨料m3=1.00，水灰比m4=1.10，水泥浆量m5=1.15，养护时间m6=0.93，环境相对湿度m7=0.88，水力半径系数m8=0.76，捣实系数m9=1.10，配筋m10=0.65。
代入式②中，则
Sd（t）=3.24×10-4（1-2.718-0.14）×0.56=0.24×10-4
（5）混凝土极限拉伸值（εp）
εp=εpa×1.5
εpa=5ft（1+p/d）（lnt/ln28）×10-5=1.38×10-4
式中：
ft——砼抗拉强度设计值
t——砼14d龄期
将1.38×10-4代入εp=εpa×1.5，则
εp=1.5×1.38×10-4=2.07×10-4
（6）结构计算温差
T=T3+Td-T4-Tε——————————③
根据试验，膨胀砼的限制膨胀率为1.8×10-4（水中14d），膨胀剂产生的补偿当量温度为：
Tε=ε2/α=1.8×10-4/1×10-5=18℃
式中：
ε2——膨胀砼的限制膨胀率
α——砼的线膨胀系数
环境温度T4取室外平均温度21℃，则砼收缩当量温差为：
Td=Sd/α=0.24×10-4/1×10-5=2.4℃
将上述计算结果代入式③中
则，结构计算温差为：
T=T3+Td-T4-Tε=56.7+2.4-21-18=20.1℃<25℃
（7）最大完整浇筑长度L
底板水平阻力系数Cx=0.1Mpa/mm，C40的弹性模量取3.2万Mpa，则地下室底板平均产生裂缝的间距按下式计算：
[L]=1.5（H·E/Cx）1/2×{arcch[｜αT｜/（｜αT｜-εp）]}——④
式中：
L——砼产生的裂缝的平均间距，单位：
mm
H——地下室砼底板的厚度，单位：
mm
E——砼的弹性模量，单位：
Mpa
Cx——砼底板的水平阻力系数，单位：
Mpa/mm
α——砼的线膨胀系数，α=1×10-5
T——砼结构的计算温差
arcch——双曲余弦反函数，原函数:
｜αT｜/（｜αT｜-εp）
εp——砼的极限拉伸值
由式④中可以看出：
由于αT=1×10-5×20.1<εp=2.07×10-4，即αT-εp<0，分析式④中函数的极限：
在底板厚度H、砼弹性模量E及底板水平阻力系数一定的情况下，当αT→εp时，[L]≧（规范规定的）60m。
通过以上计算可以看出：
由于砼的温差变形所能引起的裂缝远小于砼的极限拉伸值。
因此，只要经过科学、合理的试验确定好砼的配合比、采用双掺技术（膨胀剂和粉煤灰）降低水化热等技术，按照大体积砼施工要求认真组织施工，控制和监测好砼的浇筑温度，并采取以下切实有效措施的就不难做到αT-εp<0，进而有效地防止有害砼裂缝的产生。
2.施工准备
2.1搅拌站、砼固定泵等布置
商品砼的缓凝时间及水灰比由于长距离运输而很难控制砼质量，在加上价格的原因，像金原广场这样的大体量地下室适宜采用现场砼搅拌站集中搅拌。
采用三座圆方自动化砼搅拌站，设计产量为150m3/h，完全能满足超大、超长地下室砼连续浇筑的要求。
其中1号搅拌站布置1#、4#楼北侧，负责第一施工区的砼供应；2号搅拌站布置在5#、6#楼北侧，负责第二施工区
~
/
~
区域的砼供应；3号搅拌站布置在2#塔楼南侧，负责第二施工区域
~
/
~
区域的砼供应。
见下图：
现场准备HBT60固定式砼泵4台，每个砼搅拌站配备一台砼泵，另外1台备用；每台砼泵各配备5根振捣棒、3台平板振动器，其中2根振捣棒和1抬平板振动器为备用.
搅拌机、运输车、料斗、串筒、振捣器等机具设备按方案需要准备充足，并考虑发生故障时的修理时间，应有备用的搅拌机、输送泵和振捣器。
所用的机具场地应在浇筑前进行检查和试运转，同时配有专职技工，随时检修。
检查砼浇筑设备的完好性，铺设砼泵管，用钢管搭设砼泵架至建筑物后，用钢筋焊接支架架立泵管，泵管弯头处要将其固定牢固。
2.2切实做好浇筑前准备工作
2.2.1保证水电及原材料的供应
浇筑砼期间，要保证水电不中断。
为防止停电、停水等意外事件的发生导致砼停止浇筑而产生冷缝，每个搅拌站设砖砌35m3蓄水池一个即可满足5小时一台搅拌机最大搅拌用水量；为防备停电，准备两路电源，一路电源为正常使用的现场变压器提供；停电时候启用另一路电源，接至建设单位提供大型柴油发电机备用电源，以便任何时候都可确保底板大体积砼的连续浇筑。
2.2.2掌握天气季节变化情况
加强气象预测预报的联系，在砼施工阶段掌握天气的变化情况，以保证砼连续浇筑顺利进行，确保砼质量；
2.2.3检查模板、钢筋、预埋管和预埋件
在砼浇筑前，应检查和控制模板、钢筋、保护层、预埋件、预埋管等的尺寸，规格、数量和位置，其偏差值应符合现行国家标准的规定。
在“三检”合格后，请监理人员验收隐蔽。
检查安全设施、劳动配备是否妥当，能否满足浇筑速度的要求；
2.2.4填写砼搅拌通知单，通知搅拌站所要浇筑砼的等级、配合比、搅拌量、浇筑时间。
严格执行砼浇灌令会签制度，确保责任落实各部门相关责任人。
2.2.5准备好坍落度桶，按规定检查混凝土坍落度，并做好记录。
3.砼浇筑
3.1砼浇筑原则
砼必须连续浇筑，砼内部密实，不出现施工冷缝（砼缓凝时间控制在10±2h）。
3.2砼浇筑顺序
考虑工程基础采用桩筏基础，为保证桩基及筏板共同受力，底板不设任何施工缝，整体连续浇筑，为此确定如下浇筑顺序：
砼浇筑方法：
砼采用现场搅拌，水平采用地泵输送。
底板砼浇筑采用一次性浇筑。
重点控制部位为1900mm厚底板处，浇筑采用斜面分层布料方法施工，即“一个坡度、分层浇筑、循序渐进、一次到顶”。
振捣时从浇筑层的下端开始逐渐上移，确保不漏振。
由于第一施工区的2、4施工段、第二施工区的1、2、5施工段混凝土量都较大，因此在可能情况下，每一施工段施工将集中三座搅拌站四台地泵同时进行。
原则上1号搅拌站服务第一施工区，2号、3号搅拌站服务第二施工区。
3.3砼振捣
采用插入式振捣棒进行振捣。
为使砼振捣密实，每个混凝土泵配备5台插入式振捣棒（3台工作，2台备用），分三道布置：
第一道布置在出料点，使砼形成自然流淌坡度。
第二道布置在坡脚处，确保砼下部密实。
第三道布置在斜面中部，在斜面上各点要严格控制振捣时间、移动距离和插入深度。
振捣手振捣方向：
下层垂直于浇筑方向自下而上，上层振捣自上而下，严格控制振捣棒的移动距离、插入深度、振捣时间、避免各浇筑带交接处的漏振。
每个浇筑带的每道振捣手固定专人负责，严防漏振、欠振且不得超振。
砼振捣采用振动棒及平板振动器相结合的办法，砼表面在钢筋下时采用振动棒振捣，砼面在钢筋以上时采用平板振动器振捣。
砼须在浇筑20—30min后进行第二次复振。
振点布点要均匀，以防止过振和漏振，振捣要密实，以砼不再下沉，不冒气泡为准，振动棒要快插慢拔，以300mm间距为宜。
振捣器插入下一层的深度不得小于50mm，使上下层砼结合紧密。
砼浇筑后在初凝前要进行一次振捣，排除砼因泌水在细骨料和水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高对钢筋的握裹力，以增强砼密实度、强度及抗裂性。
砼振捣时在外墙止水钢板两侧，后浇带钢板网外等特殊部位均要细致捣实，但不得过振。
3.4砼泌水处理
底板砼在前期浇筑过程中，泌水会被砼赶向井、坑等低洼处，然后用软轴抽水机抽出泌水。
底板砼浇筑的后期，处理泌水的方法是改变砼的浇筑方向，即最后浇筑砼时从最后端往回浇筑，与原浇筑斜坡相交成一条集水沟，另外有意加强两侧砼的浇筑速度，这样集水沟逐步在中间缩小成小水坑，然后软轴抽水机抽出泌水。
3.5砼接槎面处理
由于每一块大体积砼均超长，沿着砼浇筑的锋线方向浇筑一个来回的周期为6-8h。
因此，因此必须按照砼配合比掺加外加剂和缝煤灰保证足够的缓凝时间的同时，要求振捣手将砼接槎处的砼严格规范进行振捣，确保不出现漏振现象。
为减少在大体积砼接槎处形成的砼外约束力，在施工接槎处设置滑移层。
在砼浇筑前在接槎处薄铺一层同标号水泥砂浆，降低新旧砼约束力，防止裂缝产生。
3.6砼表面及标高处理
砼浇筑后，由于表面浮浆较厚，故应在初凝前均撒一层1-3cm石子并用振动器振实，初步按标高用木刮尺刮平，初凝前用铁滚筒纵横碾压几遍，再用木蟹打磨压实，经砼初凝后，再两次搓压，以闭合砼表面收缩裂缝，至少抹压2-3遍，然后覆盖保温材料养护。
按设计标高做标记，当浇注到设计标高时，用长刮尺以标记标高为准刮平砼表面，收平后再用水准仪复核，确保砼表面标高准确。
4砼蓄热法养护
4.1温度控制计算
由于本工程底板砼浇筑时间正值华北地区春季，日平均气温尤其是夜间气温很低，因而若不采取保温措施，砼表面夜间温度只有10~15℃左右，而经过计算估计砼内部最高温度将达到70~80℃。
所以，必须采用蓄热法进行养护，限制表层砼热量的散失过大进而导致砼内外温差超过允许界限的25℃。
保温材料所需要的覆盖厚度：
裙房部分大体积砼基础底板厚度按最厚的塔楼部位h=3.0m进行计算，砼内部3d时最高温度按Tmax=56.7℃，砼表面温度按Tb=25℃，大气温度按Ta=15℃，砼导热系数按λ=2.3w/m.j。
采用麻袋及塑料薄膜保温，其导热系数为λi=0.14w/m.j，属透风的保温材料，取传热修正系数k=2.3
δ=0.5hλi（Ta-Tb）.K/λ（Tmax-Tb）
经计算δ=0.066m=66mm。
根据上述计算结果，采用两层麻袋外加一层塑料薄膜即可保证塔楼底板砼和裙房底板砼蓄热养护的要求。
4.2砼养护
根据砼的配合比及施工期间的气温，计算确定砼的保温层，确保砼的内外温差小于25℃，采用塑料布间隔麻袋的保温层，形成多层空气腔进行保温、保湿养护。
随砼的浇筑顺序，及时封上塑料膜作为密封层，防止砼热量散失，使之表面湿润，然后铺上麻袋。
在砼降温过程中，有控制地加强保温层，控制砼的降温速率、内外温差、防止裂缝出现。
塑料布间要搭接严密，用5cm宽胶带封口且不得有裸露部位，封住水分，保证塑料布内有凝结水，麻袋要迭缝，骑马铺放。
5砼电子测温
砼保温养护不少于14d，在砼养护期间，为提高砼测温精确度，确保大体积砼温度控制及时有效，本工程采用电子测温技术，利用自动测温仪测温，在混凝土浇筑成型后8小时进行砼内部和表面测温，前3天每2h测一次，4—7天每4h测一次，8—14天每8h测一次，并做好记录，绘出温度曲线，利用增加减少表面覆盖厚度来重新调节砼内外温差。
温控点布置图详见所附温控点平面布置图。
放置测温探头时将其用胶布绑扎牢固固定在一根Ф12钢筋，而Ф12则点焊固定在砼底板的Ф28和Ф32钢筋上，以避免浇筑砼时将固定有测温探头在Ф12钢筋冲倒，使测量深度不准确，影响测量精确度和不利于控制砼内部温度。
测温探头在砼浇筑前埋入地下室底板各测温位置，即不影响施工进行，同时还能测量砼入模温度。
测温点布置：
因地下室底板分为九个施工段进行连续浇筑，因而测温点也按照分段的原则分别设置。
故温度传感器分原则上按每段3个设置，后来根据现场实际情况的需要又增加了三个点。
因此，整个地下室底板共布置30点个测点。
每个测点分别布置在第一层砼底部、中部及上部，第二层砼底部、中部及上部共六个传感器,以测量砼底板内部及表面温度（其布置如图）。
6.施工注意事项
6.1试块留置
试块除满足现行规范外，要留置28d标准养护试块及同条件试块。
同时应按规范要求留设砼抗渗试块。
各部位试块要做明显标识，分别堆放。
砼试块成型必须用振动台成型，取样严格按规范执行。
6.2搅拌时间
制备补偿收缩混凝土时，要求计量准确，膨胀剂与砂、石同时加入搅拌机内，其拌和时间比普通混凝土延长30-60s。
6.3蓄热养护重点
由于在春季施工，大气温度尤其夜间大气温度较低，而混凝土内部由于水化反应而积蓄大量水化热，若不采取覆盖保温措施，砼表面与其内部的内外温差将达到45℃甚至更大。
为保证大体面积混凝土内部膨胀所需的水分及保证混凝土内外温差小于25度，应在混凝土表面采用覆盖塑料薄膜防止砼凝结水散失和麻袋蓄热养护。
砼浇筑后48-72小时期间砼水化热达到峰值，地下室底板砼内部温度高达700C。
此时的养护用水温度在210C左右，若采用蓄水养护，势必造成砼内外温差远远超过250C。
导致温度应力急剧上升，不利于防止裂缝的产生。
因此，在此期间，养护的重点应该是砼表面的保温，尽可能地降低内外温差，而不能采用蓄水养护。
因此，早期（14d内）应采用蓄热法，已保持混凝土表面湿润为准，并覆盖一层塑料薄膜和双层麻袋保温，并派专人每3个小时检查一次温度，以此决定是增加还是减少覆盖层数。
6.4坍落度和缓凝时间
由于本工程底板混凝土一次浇筑量大（最大一次浇筑量为5500m3）、且一次作业面也大（3800m2），再加上考虑到成本因素，混凝土搅拌、输送不可能无限制增加，因此应延长混凝土凝结时间8-10小时。
其坍落度控制在16±2cm，严防出现冷缝现象。
7.外加剂和粉煤灰注意事项
复合型PNC-3外加剂和粉煤灰对地下室底板超长、大体积砼施工的成败有着非常关键的影响。
在施工中应注意以下问题：
1）PNC-3在使用中会增加混凝土的泌水率，所以在试验配合比的基础上应根据现场实际情况适当进行调整用水量。
2）PNC-3容易受潮，不得使用受潮结块的本外加剂。
3）由于外加剂须人工投料，应加强对混凝土搅拌站的操作工人的质量管理，严格按规定计量加放外加剂。
4）由于发电厂用电负荷有峰有谷，粉煤灰的质量波动较大，物资部门在材料进场时应及时检验其质量等级。
5）PNC-3与粉煤灰复掺时，必须通过适应性试验验证，否则就可能出现理论计算与时间使用效果相差悬殊的情况。
砼早期强度及坍落度随着外加剂的掺量增加而略有降低，当10—14%复合型PNC-3掺量范围内，其强度完全可符合设计要求和施工验收要求。
由于施工砼坍落度需控制在18—20左右，施工时候根据现场浇筑情况和天气情况，经项目总工程师批准可以适度地增加或减少水的用量。
复合型PNC-3及粉煤灰的掺量对砼凝结时间影响较大，随着掺量增加，凝结时间相应延长。
施工现场砼坍落度始终应控制在16±2cm，保证10h左右的缓凝时间，以满足超长、大面积砼连续浇筑的要求。
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