减少超大体积底板混凝土裂缝问题上海中心大厦QC成果.docx

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减少超大体积底板混凝土裂缝问题上海中心大厦QC成果

减少超大体积底板混凝土

裂缝出现率

上海市XXX建筑有限公司上海中心大厦项目经理部QC小组

一、小组概况

1、小组介绍：

小组名称

上海中心大厦项目经理部QC小组

课题类型

攻关型

课题名称

减少超大体积底板混凝土裂缝出现率

组建时间

2004年10月

课题注册时间

2010年8月

课题注册号

SHYJ-2010-16

活动时间

2009年10月1日～2010年7月28日

活动次数

24次

曾获荣誉

小组课题“组合楼板大跨度钢梁挠度控制施工技术攻关”，获2007年度全国工程建设优秀质量管理小组二等奖。

小组课题“整体自升式钢平台模板体系的研制”，

获2008年度全国优秀质量管理小组。

小组课题“大体积混凝土施工质量控制”，

获2009年度全国工程建设优秀质量管理小组。

小组课题“斜向劲性柱混凝土施工技术”，

获2010年度全国工程建设优秀质量管理小组。

制表人：

制表日期：

2011年1月23日

2、小组成员简介：

序号

姓名

性别

年龄

文化

程度

职称

小组

职务

小组

分工

QC培训

1

男

37

本科

工程师

组长

主持小组

工作

获市颁TQM合格证书

2

男

36

大专

工程师

副组长

负责全面决策

获市颁TQM合格证书

3

男

31

本科

工程师

副组长

负责全面

决策

获市颁TQM合格证书

4

男

56

大专

工程师

顾问

分析制定

对策

获市颁TQM合格证书

5

男

27

本科

助理工程师

组员

分析制定

对策

获市颁TQM合格证书

6

男

26

本科

助理工程师

组员

分析制定

对策

获市颁TQM合格证书

7

男

50

高中

助理工程师

组员

对策实施

获市颁TQM合格证书

8

男

27

大专

助理工程师

组员

对策实施

获市颁TQM合格证书

9

男

26

大专

助理工程师

组员

对策实施

获市颁TQM合格证书

10

男

30

本科

助理工程师

组员

质量检查

获市颁TQM合格证书

11

男

24

本科

助理工程师

组员

质量检查

获市颁TQM合格证书

12

女

24

大专

资料员

组员

资料收集

获市颁TQM合格证书

制表人：

制表日期：

2011年1月23日

3、本课题活动统计：

在整个活动过程中，小组采取定期活动与专题活动相结合的方式，具体活动情况如下：

活动内容

次数

人数

出勤率（%）

总出勤率（%）

定期活动

10

118

98.3

96.2

专题活动

6

68

94.4

现场分析

5

58

96.7

座谈、交流

3

33

91.7

小计

24

277

96.2

统计、制表人：

制表日期：

2010年11月24日

4、活动计划

小组制定了活动开展计划表，根据计划表和时间节点，开展本次QC活动。

小组活动计划表

阶段

时间（月）

责任人

2009年

2010年

10

11

12

1

2

3

4

5

6

7-

12

选择课题

全体成员

现状调查与分析

全体成员

设定目标

花力

原因分析

全体成员

要因分析

全体成员

制定对策

全体成员

对策实施

全体成员

效果检查

陈俊春

巩固推广

花力

总结打算

钱磊

制表人：

制表日期：

2009年10月2日

二、课题概况

上海中心位于陆家嘴金融贸易区。

东临东泰路，与上海环球金融中心毗邻；西靠银城中路，与太平金融大厦毗邻；南接陆家嘴环路，与盛大金磐住宅楼毗邻；北望花园石桥路，与金茂大厦隔路相望。

本工程总用地面积约30368m2，总建筑面积约574058m2，其中地上总建筑面积约410139m2，主楼地下5层，地上121层，总高度632m。

竖向分为九个功能区，1区为大堂、商业、会议、餐饮区，2区至6区为办公区，7区、8区为酒店和精品办公区，9区为观光区，9区以上为屋顶皇冠。

上海中心投资达到148亿元，是我国目前在建中的XXX高楼。

本工程承台底板混凝土总方量约为61000m3。

其中主楼区域底板厚度为6m，混凝土方量约为57400m3，裙房区域底板厚度为1.6m，混凝土方量约为3600m3，全部采用强度等级为C50的商品混凝土，抗渗等级为P10。

超大体积承台底板砼方量对比表

工程名称

金茂大厦

环球金融中心

上海中心

砼方量（万m3）

1.86

3.78

6.10

三、选题理由

1、作为国内在建XXX高楼，本工程主楼基础底板施工对工程本身而言具有着标志性的意义。

同时作为民用建筑领域一次性连续浇捣方量最大的基础底板，其施工也引起了社会各方的关注。

2、超大体积承台底板混凝土施工出现裂缝，是长久以来的质量通病，解决施工工艺难点，是控制超大体积承台底板混凝土裂缝的关键。

3、我公司在金茂大厦和环球金融中心工程施工中，已积累了不少超大体积承台底板的施工经验，但本工程如此大的体量的承台底板混凝土施工还尚属首次，希望通过本次活动，完善总结出一套成熟的超大体积承台底板施工工艺。

四、现状调查与分析

（一）现状调查：

2009年10月20日~11月22日期间，我QC小组成员查阅了交通银行、金茂大厦、环球金融中心等超大体积底板工程的质量评定资料并随机抽取180个点进行调查分析。

小组成员还对陆家嘴金融贸易区上海国金中心、浦江双辉等多个在建的超大体积承台底板砼工程进行随机现场测量了160个点，共计340个点，并作了归纳总结，主要质量问题见下表：

超大体积承台底板砼裂缝调查表

序号

检查项目

频数

累计频数

频率（%）

累计频率（%）

1

砼温度裂缝

26

26

41.93

41.93

2

砼收缩裂缝

23

49

37.10

79.03

3

砼干缩裂缝

6

55

9.68

88.71

4

砼施工裂缝

3

58

4.84

93.55

5

砼沉降裂缝

2

60

3.22

96.77

6

其他裂缝

2

62

3.23

100

7

合计

62

62

100

100

制表人：

审核人：

制表日期：

2009年11月23日

（二）数据分析：

根据超大体积承台底板砼裂缝调查表，作出超大体积承台底板砼裂缝排列

超大体积承台底板砼裂缝排列图

制图人：

审核人：

制图日期：

2009年11月24日

从排列图中可以看出砼温度裂缝和收缩裂缝累计频率达79.03%，为A类因素，是引起超大体积承台底板砼裂缝的主要原因，在检查过程中，我们发现砼温度裂缝和收缩裂缝出现率也是最高的。

超大体积承台底板砼裂缝出现率调查表

序号

检查项目

总检查数

不合格点数

出现率（%）

累计出现率（%）

1

砼温度裂缝

340

26

7.65

7.65

2

砼收缩裂缝

23

6.76

14.41

3

砼干缩裂缝

6

1.77

16.18

4

砼施工裂缝

3

0.88

17.66

5

砼沉降裂缝

2

0.59

17.65

6

其他裂缝

2

0.59

18.24

制表人：

审核人：

制表日期：

2009年11月24日

因此我QC小组此次活动将减少砼温度裂缝和砼收缩裂缝出现率作为攻关对象。

五、设定课题目标

（一）目标：

使得超大体积承台底板砼裂缝能够得到控制，尽可能的降低砼裂缝出现率，大幅提高超大体积承台底板砼的施工质量。

（二）目标值：

1、确保超大体积承台底板砼温度裂缝出现率降低到3%以下，砼收缩裂缝出现率3%以下。

2、确保超大体积承台底板砼裂缝累计出现率降低到10%以下。

（三）可行性论证：

本QC小组技术力量强。

小组成员有以往超大工程施工的经验，理论基础好，创新能力强，小组成员能熟练运用QC工具解决工程问题。

本工程为史无前例的一次性浇捣超大体量砼承台底板，是公司技术研究与积累的焦点，在资金、技术力量等方面能首先得到集团和公司的支持，并且此次与同济大学专家组合作研究，具备成功实施的资源条件。

本工程是上海标志性建筑，政府及社会各界关注度高。

业主对工艺革新给予充分支持，课题实施有良好的外部条件。

有利条件

本工程无相同可借鉴的施工经验，具有一定的不可预见性以及风险因素存在。

主楼区域承台底板砼体量大，厚度达到6m，面积约10000m2，砼强度抗渗等要求高，施工难度大。

不利条件

当把砼温度裂缝和砼收缩裂缝出现率均成功降低至3%以内后，裂缝累计出现率可降低至9.83%，考虑到不利因素我们将裂缝累计出现率目标值调整为10%。

综合以上客观分析：

QC小组有丰富的施工经验和创新能力；课题实施的外部环境好，各项资源充裕。

虽然项目实施的困难较大，存在风险，但是通过小组加紧工作和详细策划，项目目标是完全能够实现的。

六、原因分析

QC小组曾经多次组织小组全体成员召开会议，认真分析产生超大体积承台底板砼裂缝产生的原因，详见底板基础施工质量问题因果分析图。

超大体积承台底板砼裂缝因果分析图

制图人：

制表日期：

2009年12月26日

七、要因分析

根据因果分析图我们小组召开会议，对12项末端因素进行了认真的分析，要因确认如下：

要因确认表

序号

末端

因素

确认调查

确认

方法

确认人

时间

地点

确认

结果

1

砼内外约束条件的限制

超大体积砼与地基浇筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制产生外部约束力。

砼中心温度高，热膨胀大，在中心产生压应力，在表面产生拉应力，当拉应力超过砼的抗拉强度值和钢筋的约束作用时，就会产生裂缝

调查

分析

钱磊

华关昌

2010年

1月

实验室

要因

2

砼养护不当

砼表面极易失水，失去塑性，其内部受到外部的干缩约束，产生裂缝

现场

验证

陈俊春

朱清骜

2009年

12月

现场

要因

3

石子粒径不连续，振捣密实度不同

砼骨料粒级过少，级配不良，振捣时未能按照操作规程施工，以至于砼的密实度有差异，导致砼收缩不同步。

现场

验证

XXX

姚锋

2009年

12月

现场

非要因

4

外界气温影响变化

外界气温越高，砼的浇筑温度也越高，反之，特别是温度骤降，会大大增加外界砼与内部砼的温度梯度，造成温差和温度应力，使之出现裂缝。

现场

验证

陈俊春

华关昌

2009年

12月

现场

非要因

5

相关的培训及交底不及时

操作工人对于方案中的技术措施及概况不理解导致施工的关键步骤不落实。

调查

分析

XXX

朱清骜

2009年

12月

办公室

非要因

6

砼塑性收缩变形

由于底板砼的均匀沉降受到了限制，对于浇筑体量较大的砼，其水平方向的减缩比垂直方向更难时就会出现不规则的裂缝

现场

验证

钱磊

XXX

2010年

1月

现场

要因

7

砼干燥收缩

表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，表面的干缩受到中心部位砼的约束，因此在表面产生拉应力而出现裂缝。

现场

测试

钱磊

姚锋

2010年

1月

现场

要因

8

振动棒规格不符合要求

现场振动棒规格均符合要求，相关资料齐备。

现场

验证

陈俊春

姚锋

2009年

12月

现场

非要因

9

底板过早受荷

底板浇筑完成后，砼强度未达到设计要求，就施加各类荷载，破坏底板砼结构。

调查

分析

钱磊

朱清骜

2010年

1月

现场

非要因

10

砼配合比不合理

砼在空气中硬化时，其水分会逐渐蒸发，使得水泥中的胶凝体逐渐干燥而产生收缩，从而产生收缩，因此如何优化砼的配合比，延缓水泥水化放热的速率，以减小水化热及砼的和易性是控制砼裂缝的重要途径。

调查

分析

钱磊

XXX

2010年

1月

实验室

要因

11

操作工人素质低

底板混凝土的振捣不当，收头时没有严格按照技术规范，施工质量欠佳。

现场

验证

陈俊春

朱清骜

2009年

12月

现场

非要因

12

砼极限拉伸强度的限制

在基础截面突然变化，转折部位、底板与墙转折处、孔洞转角及周边，产生应力集中而出现裂缝

现场

验证

钱磊

XXX

2010年

1月

现场

要因

制表人：

审核人：

制表日期：

2010年2月1日

经过小组对要因调查分析，确定了砼内外约束条件、砼养护不当、砼塑性收缩变形、砼干燥收缩、砼配合比不合理、砼极限拉伸强度的限制为引起超大体积承台底板砼裂缝出现的要因。

八、制定对策

从要因确认表中看出，影响阀板基础大体积砼出现裂缝的要因有六个，确定主要原因后，我们小组召开会议，小组对每一项要因制定相应的对策，详见对策表。

对策表

序号

要因

对策

目标

措施

负责人

完成

时间

1

砼内外约束条件的限制

采用由环心向四周“分段定点、一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的退捣方法

砼内外约束条件限制所产生的收缩裂缝出现率控制在1%以内

整块底板混凝土浇筑共分两个阶段。

XXX阶段所有汽车泵和固定泵集中浇筑圆环中心。

第二阶段由圆环中心向四周退捣，每台固定泵负责浇筑跨度10m左右范围，其余部分由汽车泵负责浇筑。

钱磊

华关昌

宋忠健

2010年2月

2

砼养护不当

采取保温措施，及时掌握砼内外温度，控制底板砼内外温差，并派专人专职落实

根据施工规范，砼内外温差控制在25摄氏度以内

1）采取蓄热保湿养护法，在底板表面覆盖二层塑料薄膜和二层麻袋进行保温养护

2）信息化施工，采用底板砼测温技术，派专职测温员每天定时进行测温。

及时了解和底板内外温差。

陈俊春

朱清骜

孙海东

2010年3月

3

砼塑性变形

严格控制筏板砼中钢筋的保护层厚度，合理的级配连续浇筑，二次抹压及时养护

砼的塑性变形引起的收缩裂缝出现率控制在1%以内

由于体积过大，厚度达6000mm，砼粒级连续，分层分段浇筑，砼浇筑完成收水后，适时进行二次抹压，封闭收缩裂缝。

钱磊

XXX

宋忠健

2010年2月

4

砼干燥收缩

1）控制原材料质量

2）加强砼振捣和养护

由砼干燥收缩引起的收缩裂缝出现率控制在1%以内

1）保证砼的粗、细骨料满足质量要求

2）严格进行砼浇筑的现场管理，加强振捣，及时养护。

钱磊

姚锋

宋忠健

2010年3月

5

砼配合比不合理

降低混凝土硬化过程中的水化热及砼的和易性

底板砼温度裂缝出现率控制在3％以内

1）考虑充分利用混凝土的中后期强度，有效地降低水泥用量。

2）与同济大学联合开发的新型外加剂

3）掺入粉煤灰，取代部分水泥，从而降低水泥的水化热。

钱磊

XXX

孙海东

2010年2月

6

砼极限拉伸强度的限制

加强振捣，提高砼的密实度，加强砼的早期养护

由砼极限拉伸强度限制引起的收缩裂缝出现率为0%

选择良好级配骨料，采用二次复振法，在基础截面突变处、转折部位，增加斜向构造配筋。

砼表面失去塑性后，立即覆盖塑料薄膜以保持其表面不易过早失水。

陈俊春

XXX

孙海东

2010年2月

制表人：

审核人：

制表日期：

2010年4月3日

九、对策实施

实施一针对内外条件约束的限制

针对超大体积底板内外约束性条件的限制，2010年2月7日小组召开了《超大体积底板砼浇捣方案》，专题会议，大家集思广益，采用头脑风暴的方法，最终确定了设备采用4台56m汽车泵和8台48m汽车泵，整块底板由环心向四周“分段定点、一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的退捣方法浇筑，并编制了《上海中心大厦主楼底板6万立方米混凝土浇筑管理计划》指导施工，尽可能减小底板因垫层及周边约束条件产生的约束拉力，有效防止约束裂缝的产生。

效果检查：

2010年4月26日，小组成员XXX、陈潇对大底板进行了检查，结果显示砼内外约束条件的限制所产生的收缩裂缝出现率为0.73%，达到了降低至1%以内的目标。

实施二针对砼养护不当造成的底板砼内外温差

由于本工程底板在3月底施工，早晚温差较大，为防止底板混凝土因较大的温度差而产生温度裂缝，确保底板混凝土的施工质量，底板基础混凝土采取蓄热保湿养护法。

在保湿的条件下加快混凝土强度的发展，提高混凝土的早期强度。

混凝土浇捣完毕用刮尺刮平后清除混凝土表面的泌水，待混凝土表面二次压光收水后用手按无指印时即可进行混凝土表面保温养护工作。

保温措施采用二层塑料薄膜和二层麻袋覆盖，即混凝土表面覆盖塑料薄膜一层，以封闭混凝土内水分蒸发的途径，使混凝土能在潮湿条件下进行养护以控制干缩裂缝产生，在这层薄膜之上盖一层麻袋，以减少混凝土表面热量的散发；然后覆盖一层塑料薄膜，以防止雨水渗透。

最后再覆盖一层麻袋，加强保温。

覆盖薄膜幅边之间搭接宽度不少于10cm，麻袋之间边口拼紧。

我们采用信息化底板砼测温技术，测温设备采用大体积混凝土多点温度微机测量系统，传感器采用进口高精度集成电路作感温元件，它具有抗干扰性强，精度高，离散性小及可靠性高等诸多特性，经老化筛选处理后用金属套管密封保护，经标定后使用。

自混凝土浇捣开始，多点温度微机测量系统将进行实时测试。

本系统具有可靠准确和及时的特点，它能在XXX时间内提供任一测点的即时温度值。

当混凝土内外温差（中心温度与离表面5厘米处的温度差值）达到25℃时，测温人员应及时向现场技术人员反映，及时采取保温应急措施。

效果检查：

现场检查中发现底板保温措施落实到位，小组成员陈俊春、XXX对底板温度进行了跟踪测量，温度报告结果显示砼内外温差均控制在25摄氏度以内。

实施三针对砼塑性收缩变形产生的裂缝

由于底板砼体积过大，厚度达6000mm，采用粒径连续的骨料，使砼的收缩趋于均匀。

砼浇筑完收水后，即在砼初凝前进前在砼表面进行二次抹压，消除砼干缩、沉缩和塑性变形产生的表面裂缝，增加砼内部的密实度，二次抹压时间必须掌握恰当，因为过早抹压没有效果，过晚抹压进入初凝状态失去塑性，消除不了砼表面出现的裂缝，一般以食指压在砼表面，出现1~2mm印记为最佳抹压时间。

效果检查：

在实施过程中，由于对施工部门的技术交底措施到位，小组成员陈俊春、陈潇跟踪指导，2010年4月26日对大底板进行了检查，结果显示砼的塑性变形引起的收缩裂缝出现率为0.89%，达到了降低至1%以内的目标。

实施四针对砼干缩变形产生的裂缝

针对砼干缩变形产生裂缝的问题，我们小组对进场的材料严格控制，加强把关，我们选用粒径为5～20mm的精品石子，细骨料选用细度模数2.30以上的中砂，且各种骨料采用连续级配。

另外严格控制粗细骨料的含泥量：

石子控制在1%以下，黄砂控制在3%以下。

及时向各个搅拌站反馈现场混凝土实际坍落度、可泵性、和易性等质量信息，以有利于控制搅拌站出料质量。

并在初凝时间以内进行再次浇灌。

应特别重视每个浇筑带坡顶和坡脚的振捣，确保上、下部钢筋密集部位混凝土振实。

混凝土浇捣时要注意对内部测温点的保护。

保湿养护能防止混凝土表面脱水而产生表面干缩裂缝。

效果检查：

通过对以上措施的严格执行，2010年4月27日小组成员XXX、XXX对大底板进行了检查，结果显示由砼干燥收缩引起的收缩裂缝出现率为0.82%，达到了降低至1%以内的目标。

实施五针对砼配合比不合理

小组成员考虑充分利用混凝土的中后期强度，有效地降低水泥用量，从而控制大体积混凝土的温升。

同时在同济大学材料实验室，公司的材料分公司积极配合下，我们在大体积砼裂缝控制中选用干缩率尽可能小的外加剂，对改善砼早期干燥收缩有利。

小组通过展开讨论，结果在本工程中选用聚羧酸系外加剂。

具有缓凝、减水作用的Viscocrte3301型聚羧酸系外加剂，以改善混凝土的性能。

加入此外加剂后，可有效减少水份延长混凝土的凝结时间，按相应规范掺入适量的磨细粉煤灰，不仅可发挥其“滚珠效应”，以改善混凝土的和易性，提高混凝土的可泵性，而且还可取代部分水泥，从而降低水泥的水化热，而使得混凝土中心温度降低。

采用聚羧酸系外加剂配制出的低水化热低收缩大体积混凝土，混凝土内部最高温度控制在67.1度，混凝土180d收缩量为295.7×10-6。

效果检查：

通过对Viscocrte3301型聚羧酸系外加剂的研发和使用，有效的改善了砼的性能，2010年4月27日小组成员XXX、XXX对大底板进行了检查，砼温度裂缝出现率被有效的控制在3％以内。

实施六针对砼拉伸极限限制产生的裂缝、

选择良好级配粗骨料，严格控制其含泥量，加强砼的振捣，提高砼密实度和抗拉强度，减少收缩。

采用二次复振法，浇筑后即使排除表面泌水。

在基础截面突变处、转折部位，增加斜向构造配筋。

砼表面失去塑性后，立即覆盖塑料薄膜以保持其表面不易过早失水。

效果检查：

通过对上述措施的落实，2010年4月27日小组成员XXX、陈潇对大底板进行了检查，由砼极限拉伸强度限制引起的收缩裂缝出现率成功被降为0%。

十、效果检查

1、质量效果检查

2010年5月13日小组协同专业施工队伍对已施工完毕的承台底板进行了详细的检查，裂缝出现率情况如下：

承台底板砼裂缝出现率检查表

序号

检查项目

总检查数

不合格点数

出现率（%）

累计出现率（%）

1

砼温度裂缝

160

4

2.5

2.5

2

砼收缩裂缝

4

2.5

5

3

砼干缩裂缝

1

0.63

5.63

4

砼施工裂缝

1

0.63

6.26

5

砼沉降裂缝

1

0.63

6.89

6

其他裂缝

0

0

6.89

制表人：

XXX审核人：

XXX制表日期：

2010年5月15日

18.24%

10%

7.65%

6.76%

6.89%

3%

3%

2.5%

2.5%

活动前目标值活动后

从上表可以看出砼温度裂缝出现率从活动前的7.65%下降到2.5%，砼收缩裂缝从活动前的6.76%下降到2.5%，累计裂缝出现率从活动前的18.24%下降到6.89%，达到了预定的目标值。

结果令我们非常满意，表明我们制定的实施措施和施工方案是行之有效和比较完善的。

2、社会效益

本工程的施工实践再一次为在上海软土地基上建造超高层建筑积累了经验。

通过本次活动发现，聚羧酸盐外加剂在混凝土施工方面所具有的优势，是其它类型外加剂所不具备的，这对今后超高层建筑超大体积承台底板施工具体重大意义。

通过本次活动，超大体积承台底板施工工艺得到总