超高层地下室底板大体积混凝土施工.docx
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超高层地下室底板大体积混凝土施工
地下室底板大体积混凝土施工方案
目录
1工程概况2
2质量工作目标3
2.1质量保证体系3
2.2质量目标3
2.3砼工程预控标准3
3施工准备工作5
3.1材料选择5
3.2混凝土的配合比6
3.3现场准备工作6
4大体积混凝土温度和温度应力计算7
4.1温度计算7
4.2温度应力计算10
5大体积混凝土施工13
5.1施工区域划分及浇筑顺序13
5.2模板13
5.3钢筋13
5.4钢筋支架13
5.5混凝土浇筑18
5.6混凝土的泌水处理19
5.7混凝土测温19
5.8混凝土养护20
6主要管理措施21
7主要技术措施22
1工程概况
XX工程位于XX市XX区，南临**路，与正在筹建的XX隔路相望，西靠**路，地块的东面及北面均为待建的高层建筑群，东北角为待建的城市广场，地块处于“城市规划设计指南”的黄金商务区。
本工程是集办公与商业为一体的超高层民用建筑，地上53层（局部55层），地下一层至19层设有钢骨混凝土柱墙，顶层为直升机停机坪。
裙房部分：
北侧裙房为3层，东侧裙房为5层；地下室为3层，用作车库及设备用房，地下三层在战时作为人防地下室。
本工程总建筑面积为134081.38m2，建筑高度为214.5m，基础为人工挖孔桩，桩承台及满堂梁板基础，地下室底板长90.4m，宽78.85m，塔楼下底板厚1m，承台最深处8.3m，其余地方板厚600，地下室底板砼强度等级为C35，抗渗等级S12，底板砼属大体积砼。
2质量工作目标
2.1质量保证体系
项目经理
项目副经理
项目技术负责
施工员
质检员
施工班组
2.2质量目标
砼无裂缝、渗水，振捣密实，强度及抗渗等各项指标均达到优良标准。
2.3砼工程预控标准
项目
允许偏差
检验方法
轴线位置
墙、柱
8
钢尺寸检查
剪刀墙
5
标高
层高
±10
拉线、钢尺检查
截面尺寸
+8，－5
钢尺检查
电梯井
井筒长、宽对定位中心线
+25.0
钢尺检查
表面平整度
8
2米靠尺和塞尺检查
除上表所列项目外，还应使砼表面无裂缝、无渗漏。
3施工准备工作
大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别在施工中要防止混凝土因水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。
因此需要从材料选择上、技术措施上等有关环节做好充分的准备工作，才能保证基础底板大体积混凝土顺利圆满完成施工。
3.1材料选择
由于本工程地下水对砼有中等腐蚀性，因此宜选用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
⑴、水泥：
普通硅酸盐水泥42.5，28d水化热为377KJ/Kg，矿渣硅酸盐水泥32、5水化热为335KJ/Kg，两者相差不大，考虑到目前市场上矿渣硅酸盐水泥极少，加之普通硅酸盐水泥各种性能都较好，因此决定采用普通硅酸盐42.5水泥。
再通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗掺能力。
⑵、粗骨料：
采用碎石，含泥量不大于1%，选用粒径较大，级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温。
⑶、细骨料：
采用中砂，平均粒径大于0.5㎜，含泥量不大于3%，选用平均粒径较大的中、粗砂拌制混凝土比采用细砂拌制混凝土可减少用水量10%，同时可相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土的收缩。
⑷、粉煤灰：
由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰，按照规范要求，采用普通硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，粉煤灰掺量不宜超过砼水泥用量的35%，且粉煤灰取代水泥率普通硅酸盐水泥不宜超过20%。
粉煤灰对降低水化热、改善混和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土其早期抗拉强度及早期极限拉伸值均有所降低，对混凝土抗掺抗裂不利，因此粉煤灰的掺加量控制在20%以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量，每立方水泥混凝土掺加Ⅱ级粉煤灰约67kg。
⑸、外加剂：
采用防裂型混凝土防水剂，掺量为水泥重量的2.3%，防水剂应不含氯盐，对钢筋无锈蚀影响，掺入混凝土中能明显提高硬化后的混凝土抗渗性能，同时还应具有减水、降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。
另经征得甲方同意拟在混凝土中掺入每立方砼0.8～0.9Kg的杜拉纤维，以更好地有效减少裂缝。
3.2混凝土的配合比
由于本工程地下水对砼有中等腐蚀性，对配合比有这样的要求：
水灰比不大于0.5，每立方米砼水泥用量不低于360Kg，掺入粉煤灰时，适当减小一点水泥用量。
⑴、混凝土采用商品砼，因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。
⑵、混凝土配合比应通过试配确定，按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关要求进行设计。
如征得设计单位、建设单位、工程监理的同意，设计配合比时可利用混凝土60d或90d的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。
⑶、粉煤灰采用外掺法时，仅在砂料中扣除同体积的砂重，另外在进行混凝土试配时应考虑到不同厂牌号水泥的供应情况，以满足施工的要求。
3.3现场准备工作
⑴、底板钢筋及柱、墙插筋应分区尽快施工完毕，并进行隐蔽工程验收。
⑵、底板上的预留孔洞支模牢固、稳定。
⑶、将底板上表面标高抄测在柱、墙钢筋上，并作明显标记，供浇筑混凝土时找平用。
⑷、浇筑混凝土时预埋的测温管等应提前准备好。
⑸、管理人员、施工人员、后勤人员、测温人员、保温人员等昼夜值班，坚守岗位，各负其责，保证砼连续浇筑的顺利进行。
4
大体积混凝土温度和温度应力计算
在大体积混凝土施工前，必须进行温度和温度应力的计算，并预先采取相应的技术措施控制温度差值，控制裂缝的发展，做到心中有数，科学指导施工，确保大体积混凝土的施工质量。
4.1温度计算
1、混凝土拌合物的温度
混凝土拌合物的温度是各种原材料入机温度的中和。
温度计算：
水泥：
328Kg70℃
砂子：
742Kg35℃含水率为3%
石子：
1070Kg35℃含水率为2%
水：
185Kg25℃
粉煤灰：
67Kg35℃
外加剂：
8Kg30℃
TO=[0.9（MceTce+MsaTsa+MgTg）+4.2Tw（Mw-WsaMsa-WgMg）+C1（WsaMsaTsa+WgMgTg）-C2（WsaMsa+WgMg）]/[4.2Mw+0.9（Mce+Msa+Mg）]
式中：
TO——混凝土拌合物的温度（℃）
Mw、Mce、Msa、Mg——水、水泥、砂、石每m3的用量（kg/m3）
Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石入机前温度
Wsa、Wg——砂、石的含水率（%）
C1、C2——水的比热溶（kJ/KgK）及溶解热（kJ/Kg）
C1=4.2，C2=0（当骨料温度>0℃时）
TO=[0.9（328×70+67×35+8×30+742×35+1070×35）+4.2×25（185-742×3%-1070×2%）+4.2（3%×742×35+2%×1070×35）-0]/[4.2×185+0.9（328+742+1070）]=37.49℃
2、混凝土拌合物的出机温度
T1=T0－0.16（T0－Ti）
式中：
T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）
Ti——搅拌棚内温度，约30℃
∴T1=37.49－0.16（37.49－30）=36.3℃
3、混凝土拌合物浇筑完成时的温度
T2=T1－（αtt＋0.032n）（T1－Ta）℃
式中：
T2——混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度（℃）
α——温度损失系数取0.25
tt——混凝土自运输至浇筑完成时的时间取0.7h
n——混凝土转运次数取3
Ta——运输时的环境气温取35
T2=36.3－（0.25×0.7＋0.032×3）（36.3－35）=35.95℃
混凝土拌合物浇筑完成时温度计算中略去了模板和钢筋的吸热影响。
4、混凝土最高温升值
Tmax=T2＋QK/10＋F/50
式中：
Tmax——混凝土最高温升值（℃）
Q——水泥用量约328kg
F——粉煤灰用量67kg
K——使用42、5普通硅酸盐水泥时取1.25。
Tmax=35.95＋328×1.25/10＋67/50=78.3℃
该温度为底板混凝土内部中心点的温升高峰值，该温升值一般都略小于绝热温升值，一般在混凝土浇筑后3d左右产生，以后趋于稳定不再升温，并且开始逐步降温。
5、混凝土表面温度
规范规定：
对大体积混凝土的养护，应采取控温措施，并按要求测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温度差控制在25℃以内。
由于混凝土内部最高温升值理论计算为78.3℃，因此将混凝土表面的温度控制在55℃左右，这样混凝土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℃，表面温度的控制可采取调整保温层的厚度来完成。
6、保温层厚度计算
保温采用蓄水保温，底板厚1.0m和0.6m，承台深度较深，以深8m的承台来计算。
砼终凝后，在其表面蓄存一定深度的水，由于水的导热系数为0.58W/MK，具有一定的隔热保温效果，这样可延缓混凝土内部水化热的降温速率，缩小砼中心和砼表面的温度差值，从而可控制砼的裂缝开展。
根据热交换原理，每一立方米砼在规定时间内，内部中心温度降低到表面温度时放出的热量，等于砼在此养护期间散失到大气中热量。
此时砼表面所需的热阻系数，按下式计算：
R=XM（Tmax-Ti）K/（700T2+0.28McW）
式中：
R——混凝土表面的热阻系数（K/W）
X——混凝土维持到指定温度的延续时间（h），21天×24h/天=504h
M——混凝土结构物的表面系数
M=F/V
F——结构物与大气接触的表面面积（m2）
V——结构物的体积（m3）
Tmax——混凝土中心最高温度（℃）
Ti——混凝土表面的温度（℃），取55℃。
K——传热系数的修正值，蓄水养护时取1.3。
700——混凝土的热容量，即比热与表观密度的乘积（KJ/m3K）
T2——混凝土浇筑、振捣完毕开始养护时的温度（℃）
Mc——每立方米混凝土中的水泥用量（Kg）
W——混凝土在指定龄期内水泥的水化热（KJ/Kg），取375KJ/Kg。
以核心筒深承台来计算：
F=21.4×21.4
V=21.4×21.4×4
M=F/V=1/4=0.25考虑电梯井集水井的井壁等散热，取M=0.5
R=504×0.5×（78.3-55）×1.3/（700×35.95+0.28×328×375）
=0.238
砼表面蓄水深度：
hs=R·λW=0.238×0.58=0.14m
考虑到预测的温度有差异，加之水的保温性能不是很好，蓄水厚度过薄受气候影响较大，因此采用蓄水40cm厚，足以起到保温效果。
同理可推，1m和0.6m厚板蓄水20cm足以满足要求。
4.2温度应力计算
混凝土浇筑后18d左右，水化热量值基本达到最大，所以计算此时温差和收缩差引起的温度应力。
1、混凝土收缩变形值计算
Σy（t）=Σy0（1－e-0.01t）×M1×M2×M3×······×M10
式中：
Σy（t）——各龄期混凝土的收缩变形值
Σy0——标准状态下混凝土最终收缩量，取值3.24×10-4
e——常数，为2.718
t——从混凝土浇筑后至计算时的天数
M1、M2、M3······M10——考虑各种非标准条件的修正值，按《简明施工计算手册》表5-55取用，M1=1.0、M2=1.35、M3=1.0、M4=1.41、M5=1.0、M6=0.93，M7=0.77，M8=1.4、M9=1.0，M10=0.9
Σy（18）=3.24×10-4（1－2.718-0.01×18）×1×1.35×1×1.42×1×0.93
×0.77×1.4×1×0.9=0.93×10-4
2、混凝土收缩当量温差计算
Ty（t）=-Σy（t）/α
式中：
Ty（t）——各龄期混凝土收缩当量温差（℃），负号表示降温。
Σy（t）——各龄期混凝土的收缩变形值
α——混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5
Ty（t）=-0.93×10-4/1.0×10-5=-9.3℃
3、混凝土的最大综合温度差
△T=T2＋2/3Tmax＋Ty（t）－Tn
式中：
△T——混凝土的最大综合温度差（℃）
T2——混凝土拌合经运输至浇筑完成时的温度（℃）
Tmax——混凝土最高温开值（℃）
Ty（t）——各龄期混凝土收缩当量温度（℃）
Tn——混凝土浇筑后达到稳定时的气温，取55℃
△T=35.95+2/3×78.3+（-9.3）－35=43.85℃
4、混凝土弹性模量计算
E（t）=Ee（1－e-0.09t）
式中：
E（t）——混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量（N/mm2）
Ee——混凝土的最终弹性模量（N/mm2），可近视取28d的弹性模量。
t——混凝土从浇筑后到计算时的天数
E（18）=3.15×104（1－2.718-0.09×18）=2.527×104N/mm2
5、混凝土温度收缩应力计算
由于基础底板两个方向的尺寸都比较大，所以需考虑两个方向所受的外约束来进行计算：
δ=E（t）·α·△T·H（t）·R/1－γ
式中：
δ——混凝土的温度应力（N/mm2）
H（t）——考虑徐变影响的松弛系数，《简明施工手册》表5-57，取0.389
R——混凝土的外约束系数
（1）地基对基础约束的Cx1值
一般砂质粘土地基Cx1=0.06N/mm3
（2）桩基对基础约束的Cx2值
Cx2=P/F
P=4EI[（KnD/4EI）1/4]3
式中：
F——每根桩分担的地基面积
Kn——地基水平侧移刚度（0.01N/mm3）
E——桩的弹性模量3.0*104（Mpa）
I——桩的惯性矩521*107（mm4）
D——桩的直径
P=4×3.0×104×521×107×[（1×10-2×2300/4×3.0×104×521×107）1/4]3=5.1×104N/mm
F=21.4×21.4/36=12.721m2=12.72×106mm2
Cx2=5.1×104/12.72×106=0.4×10-2N/mm3
（3）地基水平阻力系数
Cx=Cx1+Cx2=6.4×10-2N/m3
γ——混凝土的泊松比，取0.15
δ=－2.527×104×1.0×105×43.85×0.389×0.064/1－0.15
=0.325N/mm2
C35砼的抗拉强度设计值为1.65N/mm2，龄期18d的混凝土强度可达设计强度的95%以上，取95%，为1.5675N/mm2
K=1.5675/0.325=4.8>1.15满足要求
式中K——抗裂安全度
5大体积混凝土施工
5.1施工区域划分及浇筑顺序
由于基础底板尺寸比较大，基础底板设有后浇带，后浇带将底板划分为四个部分，每一部分为一个自然施工段。
即一、二、三、四区，混凝土浇筑顺序为一、二、四、三区。
二区
三区
一区
四区
5.2模板
底板外侧四周砌筑240mm厚砖胎模，然后抹1:
2.5水泥砂浆、搓平，深基坑部位底模采用370mm厚砖墙，外抹1:
2.5水泥砂浆、搓平。
底板上的电梯坑、集水井、后浇带采用胶合板吊模。
5.3钢筋
钢筋Φ22及以上采用镦粗直螺纹连接，Φ16～Φ22之间二级钢采用闪光对焊，三级钢采用镦粗直螺纹连接。
小于Φ16的采用搭接绑扎。
钢筋套筒按现场实际计算。
钢筋尽量在现场三区制作，因场地条件限制，部分钢筋也可在国际**大厦B座工地制作好运至本工地。
由于底板厚度不一致，需提前加工焊接不同高度的钢筋马凳，后浇带部位钢筋按图施工，不得任意甩槎及割断，基础底板钢筋施工完成后进行柱、墙插筋施工，柱、墙插筋应保证位置准确，每区的底板钢筋及柱、墙插筋施工完毕，组织一次隐蔽工程验收，然后方可浇筑混凝土。
5.4钢筋支架
底板600mm厚采用φ18马凳，底板1000mm厚采用φ20马凳支撑，间距1000mm呈梅花状布置，马凳简图如下：
对于核心筒部位的深承台，由于深度较深，最深处高度为8.2m如按常规用钢筋作马凳，不仅用钢量大，稳定性差，操作不安全而且难以保证上层钢筋在同一水平面上，因而采用“格构式钢结构柱+槽钢梁”形式的支架来支承承台上皮钢筋重量和施工荷载，控制和保证核心筒承台面筋的标高。
支架下端支撑在人工挖孔桩上。
格构式钢结构柱的平面布置见附图1
槽钢梁采用100号槽钢。
5.4.1钢结构柱承载力的计算
由于构架柱主要承受承台上层Φ32@150×150钢筋网片及施工荷载，因此验算构架柱时可简化为轴心受压构件。
5.4.1.1、荷载计算：
（每平方米）
1、钢筋自重（恒载）：
14m×6.32/m=88.48Kg
2、施工荷载（活载）：
250Kg
∑q=1.2×88.48+250=356Kg/m2
核心筒承台底宽为23.6m×23.6m，斜坡最宽处距底边3.579m，因此计算荷载的承台面积为S=（23.6+3.579/2）2=645.16m2，由于核心筒部位的36根桩在平面上均匀分布，所以每根桩上的构架柱所受的轴向压力N为：
N=S×∑q÷36=356Kg/m2×645.16m2÷36=6380Kg=62.5KN
5.4.1.2、构架柱截面验算：
A、井架式构架柱截面验算
（1）、井架式构架柱的力学特征
主肢：
L63×6，A0=7.29cm2Z0=1.78cmIx=Iy=27.1cm4
缀条:
Φ25钢筋A01=4.91cm2Ix=Iy=1.92cm4
井架式构架柱最小总惯矩Ix=Iy=4[Ix+A0（b/2-Z0）2]
=4[27.1+7.29（50/2-1.78）2]
=15830cm4
（2）、井架式构架柱的整体稳定性验算：
=36.05
换算长细比λ0y=
=
=37.66＜[λ]=150
查《钢结构设计规范》得φ=0.908
62.5×103/0.908×2916=23.6N/mm2<[σ]=215N/mm2
所以整体稳定性满足要求
（3）、井架式构架柱的主肢稳定性验算：
主肢计算长度l0=1.732m
一个主肢的横截面积A0=7.29cm2
一个主肢的轴力N0=N/4=15.6KN
主肢的最小回转半径imin=1.24cm
=140<[λ]=150
查《钢结构设计规范》得φ=0.345
15.6×103/0.345×729=62.13N/mm2<[σ]=215N/mm2
所以主肢稳定性满足要求
B、槽钢构架柱截面验算
（1）、槽钢架柱的力学特征
主肢：
[100A0=12.7cm2Z0=1.52cmix=3.95cm
iy=1.41cml0=5.7m
缀板:
5厚钢板350mm×150mm，沿柱高间距1500mm
（2）、对实轴验算整体稳定性和刚度
=570/3.95=144.3<[λ]=150
查《钢结构设计规范》得φ=0.330
62.5×103/0.330×2540=74.56N/mm2<[σ]=215N/mm2
满足要求
（3）、对虚轴验算整体稳定性
I0=25.6cm4Z0=1.52cmiy=1.41cmb=350mm
整个截面对虚轴的惯矩为:
IX=2[I0+2A0×（b/2-Z0）2]=2[25.6+25.4×（35/2-1.52）2]
=13023.5cm4
对虚轴的回转半径iX=
=
=22.64
=570/22.64=25.18<[λ]=150
其换算长细比为λ0=
=76.42<[λ]=150
查《钢结构设计规范》得φ=0.711
62.5×103/0.711×2540=34.6N/mm2<[σ]=215N/mm2
满足要求
（4）、缀板的刚度验算
柱分肢的线刚度为I0/缀板中心距=25.6/150=0.17
两块缀板线刚度之和为2×1/12×0.5×153/31.96=8.8
两者比值8.8/0.17=51.76>6
所以缀板的刚度是足够的。
5.4.1.3、槽钢梁截面验算：
核心筒部位桩中心距为4米左右，考虑到钢柱的实际布置会有调整，且柱边加八字形梁托，现按2米净跨四等跨连续梁验算100号槽钢梁的截面。
（1）梁荷载计算：
（取5米宽板带计算）
q=356Kg/m2×5m=17.8KN/M
查表得,最大弯矩为支座处负弯矩:
Mmax=KMql2=0.107×17.8×22=7.62KNM
WX=39.7×103mm3
σ=Mmax/WX=7.62×106/39.7×103=191.9N/mm2<[σ]=215N/mm2
满足要求
5.5混凝土浇筑
⑴、混凝土采用商品混凝土，用混凝土输送泵将砼泵送到浇筑地点，采用3台输送泵车，二台布料机，布料机杆够不到的部位，采用铺设泵送管道，先铺至最远的浇筑地点，随浇筑随拆泵管，各台泵车浇筑区域按预先划分区域布置，从远处向近处进行浇筑。
⑵、混凝土浇筑时采用“分区定点、一个坡度、薄层浇筑、循序渐进、一次到顶”的浇筑工艺，根据泵车布料杆的长度，划定浇筑区域，每台泵车负责本区域的混凝土浇筑。
浇筑时先在一个部位进行，直至达到设计标高，混凝土形成扇形向前流动，然后在其坡面上继续浇筑，循序渐进，这种浇筑方法能较好地适应泵送工艺，使每车混凝土均浇筑在前一车混凝土形成的坡面上，可以确保上层混凝土在下层砼初凝前浇筑完毕，同时也可解决频繁拆装泵管的问题，也便于浇筑完的部位进行覆盖保温。
⑶、一次需浇筑的砼应连续进行，间歇时间不得超过3.5h，如遇特殊情况，混凝土在3.5h仍不能继续浇筑时，需采用应急措施。
即在已浇筑的混凝土坡面上插Φ12短期钢筋，长度1m，间距500mm，呈梅花状布置。
⑷、混凝土浇筑时在每台泵车的出灰口处配置5～6台振捣器，因为混凝土的坍落度比较大，斜向流淌很大，因此用2台振捣器负责下部斜坡流淌处的振捣密实，用2台振捣器负责顶部混凝土的振捣，用1～2台振捣器负责中部砼的振捣。
⑸、由于混凝土的坍落度比较大，会在表层钢筋下部产生水分，或在表层钢筋上部的混凝土产生细小裂缝，为了防止出现这种裂缝，在混凝土浇捣密实后，用木抹子磨平搓毛2～3遍，初凝前再用铁板压实。
⑹、规范规定：
大体积粉煤灰混凝土每拌制200m3至少成型1组试块，现场按每浇筑200m3混凝土制作4组试块，1组压7d强度向业主监理报表用，1组压28d标养强度归技术档案用，1组同条件养护试块，1组作为60d强度备用。
⑺、防水混凝土抗掺试块每500m3制作一组。
5.6混凝土的泌水处理
泵送砼在浇筑、振捣过程中，上涌的泌水和浮浆顺砼坡面下流到坑底。
我们可在侧模底部预留排水孔，将泌水排水，另外，随着混凝土浇筑向前推进，泌水被赶至基坑顶部，当砼大坡面接近顶端时，改变砼浇筑方向，即从顶部往回浇筑，与原斜坡相交成一集水坑，这样集水坑逐步在中间缩小成水潭，用软轴泵及时抽排出泌水。
采用这种方法可排除所有泌水。
5.7混凝土测温
⑴、底
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