某医疗综合楼地下室大体积混凝土施工研究

时间日期：2008-7-4 已被阅读次：[6482]

雷元新　李奇逊　杨虹　冼伟华　邝文强　徐建邦

　　[摘　要]　基于工程实例的类比和推理，阐述了大体积混凝土的施工方案概念设计的思
　　　　　　　路和信息化施工的过程，通过对某医疗综合楼地下室大体积混凝土施工方案
　　　　　　　的概念设计、温控计算和监测来指导施工实践，取得了很好的效果。
　　[关键词]　大体积混凝土　概念设计　施工研究

　　1、工程概况
　　某医疗综合楼工程，主楼23层，裙楼6层，2层地下室。单层面积9821m2。地下室的底板
由后浇带分成6块，底板平面及流水段划分如图1所示。底板及承台采用预拌泵送混凝土浇筑
。混凝土工程量为12410m3。承台厚分别为1.8，3.0，4.0，4.5m，底板厚0.55，0.95m，基
础梁高1.8m，地下室壁板厚0.4，0.5m．为此，对大体积混凝土工程进行了现场监测，实施
信息化施工。该工程中还应用了粗钢筋电渣压力焊、直螺纹连接、止水模板定位对拉螺杆和
胶合模板等多项先进技术。

　　2、地下室混凝土工程施工方案的概念设计
　　施工方案概念设计是从工程项目要求形成建设与建筑产品概念的过程，也是模拟人工设
计的基本过程，主要是根据大量的工程施工实例，在取得直接和间接经验知识的基础上，经
类比、推理、优化创新后实现的。工程经验表明，建筑设计、施工方案及其组织的合理与否
，直接影响着施工过程的各环节，决定着建筑物总成本的70％。施工概念的形成也就决定了
施工的技术方案、组织结构以及施工的成本，但概念设计和结构(组织)设计也往往是施工过
程的瓶颈，它们之间有机结合对提高建筑工程质量、降低成本和节省工期具有重要的意义。
这种基于实例推理所进行的相似问题求解方法，优点是能吸取和总结以往成功的设计经验知
识，更加合理有效地设计出新的施工方案。概念设计通常由以下4个过程构成：
　　首先根据建筑项目的设计要求选择或引用合理的施工实例：
　　第二，基于有关施工技术原理和实际施工条件修正实例，获得新的施工方案；
　　第三，应用方案评价知识对其进行评价决策；
　　第四，综合优化．
　　混凝土结构实体最小尺寸等于或大于1 m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差
过大而导致裂缝的混凝土，称为大体积混凝土。大量的工程实践表明，混凝土的温升和温差
与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面最小厚度
在100 cm以上。水化热引起的混凝土内外温差，预计可能达到25℃的都应按大体积混凝土施
工．
　　经工程类比和推理分析可知，要防止产生温度裂缝，重点是要控制混凝土温升、延缓混
凝土降温速率、减少收缩、提高混凝土的极限拉伸值、改善约束和完善构造设计等．因而，
该医疗综合楼地下室大体积混凝土施工的概念设计是“科研先行，低温入模，跟踪监测，适
时养护，动态管理”等措施为施工创造有利条件，采取稳妥的施工技术方法，执行严格的技
术与组织措施，制定详细、科学、严格的作业和技术交底制度，按“由低到高，斜面分层，
循序推进，一次到顶”和“三层梯级，快插慢拔，直上直下”的原则，做好混凝土浇灌与振
捣的施工技术措施和作业准备，采取各种有针对性的技术措施来保证质量，在使用混凝土膨
胀剂施工经验不多的情况下，避免膨胀剂使用不当、后期给大体积混凝土底板和承台结构所
带来的负面效应。
　　地下室工程所用混凝土由其生产供应和泵送浇灌。先期通过优选混凝土原材料，选择合
理成熟的工艺参数，结合“双掺”技术——高掺量粉煤灰和有缓凝效果的减水剂，来减少收
缩、降低水化热、延迟水化放热的峰值时间。以利裂缝监控，主要工艺参数按以下要求控制
；水泥为湖南韶峰42.5 R.P.O，胶凝材料总量为395～460 kg，水胶比<0.43，粗骨料为连续
级配、粒径5～31.5 mm，砂的细度模数2.4～2.8，砂率在37％～40％以内，外加剂为3％，
单方用水量<175 kg．经多次试验测试。配制出达到设计和施工性能要求的预拌泵送混凝土
，即强度等级为C35和C45，抗渗等级为0.6 MPa，O.8 MPa，1.2 MPa，坍落度为(160±20)mm
，缓凝时间>10 h．见表1。
　　还采取了以下针对性的技术办法：
　　1)调节抽水速度和抽吸基坑下的地下渗流温水，使大体积混凝士承台下界面处的渗流水
吸热降温。
　　2)配合基坑土方开挖，在混凝土底板上留设，按后浇带形成的分区划分施工段，采取跳
仓流水施工，以利厚板、承台下的降水和水化热的释放。
　　3)调集32辆混凝土搅拌运输车送料，现场混凝土浇灌由1辆泵车和2台德国产施维茵BP一
3000泵机泵送，确保连续供料浇灌。
　　4)施工管理和监测人员对浇捣过程进行现场跟踪指导，适时进行泵送浇筑效果分析，依
据实际需要调整泵压、送料速度和浇筑方法．
　　5)做好泵送混凝土的泌水处理．按斜面分层浇灌混凝土，在坡底留出沟、坑导引泌水，
并即时抽吸，排走泌水。
　　6)为防出现光面风干(收缩)裂缝和沉降裂缝，初凝前除要由技工对面层混凝土加振1遍
和磨盘机打磨表面2～3遍外，还用铁抹子抹压1遍，再用竹扫进行表面扫毛。3、混凝土工程
的信息化施工
　　本项目采取的信息化施工流程如图2所示。
　　GB50164－92《混凝土质量控制标准》第4.6.5，GB50204－92《混凝土结构工程施工及
验收规范》第3.4.5，JGJ3－91《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第7.8.12条等
国家有关技术标准规范对大体积混凝土设计和施工养护等都提出明确的要求．因此，将混凝
土内外温差不超过2S℃，降温速度<1～3℃/d，温度陡降不超过10℃作为混凝土监测报警值
．
　　3.1混凝土内部温度预控计算
　　3.1.1混凝土内部最高温升值Tmax的理论计算

To为混凝土入模温度，℃；Wf为粉煤灰用量，kg；Wo为水泥用量，kg；a为采用普通硅酸盐4
2.5＃水泥时的系数，取1.1～1.2。
　　在τ龄期时的混凝土绝热温度(℃)：

　　
　　在τ龄期时混凝土内部实际温度(℃)：
　　

　　3.1.2养护保温计算[5]
　　表面温度的估算：
　　

　　式中：大气温度Tq；计算厚度H=h＋2h`(双面散热)，H=h＋h`(单面散热)；中心温度与
外界气温之差△T(τ)=To＋ξTh－Tq=To＋ξ(WoQo/Cρ)－Tq，缩水混凝土的比热容C=0．97
kJ/(kg•K)，每千克(42.5级P.O，普通硅酸盐)水泥的最终放热量Q0=356kJ/kg，混凝土的质
量密度ρ=2400kg/m3；混凝土结构的虚厚度h`=K•(λ/β)，λ=2.33W/(m•K)，K=0.666，
模板及保温层的传热系数；
空气的传热系数βq=23 W/(m2•K)．
　　3.2温度监测技术
　　3.2.1测点布设方案设计
　　大体积混凝土的内外温差主要与混凝土的入模温度、水泥水化热引起的温升、环境条件
、养护方式、结构尺寸和外形特点等有关．若要精确全面地了解混凝土内部的温度变化规律
，测温点宜采用立方体正交法或三向对称法布置。
　　本着“重点监控，兼顾一般，节省、够用”的原则，主要选取温差大或受温度变化影响
大的结构部位布设测温点。如：基础承台、地下室底板、深大基础梁以及变截面、变厚等处
．共布置52处195个测温点，具体布点如表2所示。
　　3.2.2监测制度
　　成立4～6人的测温小组，混凝土浇筑完，终后即可进行初值的测试(大气温度、混凝土
表面温度、混凝土内部温度)，一般情况下，前7天为监测的重点，每隔3～4 h测1次，以后5
～6 h测试1次，直至温度下降至正常为止，持续时间15～20 d，在测试过程中随时校验热电
偶。
　　3.2.3养护措施的制定
　　减少混凝土的内外温差，对防止因温度变化不匀所引起的混凝土开裂是十分重要的。
　　实践证明，混凝土浇筑后，科学正确的养护措施和制度是防止水分过快蒸发、避免产生
干裂缝的重要保证．
　　大体积混凝土常用蓄水法或覆盖法养护．蓄水法保湿保温比较经济，采用时需按热工计
算确定其蓄水高度，并有简便易行的补、降水措施来调整降温速率．
　　考虑到本工程主楼区地下室底板的混凝土施工都处冬季或早春季节，混凝土浇筑温度和
养护阶段的环境温度相对较低，而水泥水化的放热量大，时间短(3～4 d达到高峰)，经估算
内部温升，可达72℃左右，故在表层混凝土终凝后，必须即时进行保湿、保温养护．
　　此外，泵送混凝土用水量大，能满足水泥水化需要，若有温度监测作指导，很适合进行
表面密闭保水养护，可采取“密封薄膜＋(湿)干麻袋或棉被”或“湿麻袋＋薄膜＋干麻袋或
棉被”的复合覆盖法养护。
　　4、监测成果的应用与效果分析
　　本文仅选主楼G，D2，C3三处4.5～4.0 m的厚承台测温结果绘出内部温升值、内外温差
的变化曲线，如图3所示。
　　由图3可知，混凝土内最大温升值出现在浇筑后的86～13l h，粉煤灰替代水泥量大，则
水化放热量低、内部温升峰值延迟时间长；混凝土浇筑温度低、环境温度低，则水化放热时
间慢，最大温度值小于72℃．由于浇筑时间存在先后顺序，混凝土表层温升峰值滞后于内部
温升峰值，表明利用好混凝土的缓凝时间。放慢浇筑到顶面的速度，有利子浇筑时散热，除
混凝土浇筑后早期1～2 d温差略高，达30℃外，内部与表面外温差均有效地控制在25℃以内
。
　　在对混凝土内部温度预控和抗裂计算的基础上，利用佛山冬、早春季节及晚间室外较低
的气温，控制主楼混凝土的配比中的水泥用量和浇筑时的入模温度22～30℃，能较正常气温
情况下降低温升5～12℃。
　　按上述配合比估算，浇筑、养护得当，可将混凝土内部的最高温度值控制在74℃以内。
　　对预控和养护计算结果分析，由表3不难发现上述3种配比，安排序水泥用量由大到小，
而粉煤灰掺用量则相反；浇筑时的入模温度、环境温度以及粉煤灰的合理掺用量，对控制内
部最高温度和延迟温于I=峰值时间，具有非常明显的效果。在板或承台厚度1.8～4.5 m时，
第1种配比放热量最高，而第3种最低，对掺量大于总灰量25％的混凝土，建议在文[2]估算
值的基础上增加2～3℃作为预控值。
　　根据对混凝土结构内部、表层和环境温度的监测，能及时通过调整覆盖层厚度及干湿程
度，控制混凝土内外温差和降温速度。
　　本工程用复合覆盖法，成功地解决了低温季节大体积混凝土工程的早期养护问题，经对
主楼区地下室底板和承台的全面质量检查，尚未见有害温度裂缝，质量评定为优良。
　　按监测信息对混凝土配比进行调整，更有针对性。
　　利用基坑降水和混凝土温度监测所获信息作指导，能有效地实现大体积混凝土底板和承
台的下部界面较快速地均匀散热，缩短控温养护所需的技术间歇时间．该方法仅在A区混凝
土工程中应用就能缩短工期近10 d，并节省10多万元的埋管降温养护的费用，因而有较高的
推广价值．
　　5、结论
　　引起厚、大体积混凝土开裂的因素很多。从设计、构造、材料、施工与养护等方面进行
施工方案的概念设计，辅以施工监测，从“放、导、抗、防”等方面综合地采取技术措施与
组织方法，应用成熟的混凝±施工技术经验，组织分段跳仓流水施工，既能使，混凝土的开
裂问题得到有效的防治，又能降低大体积混凝土防裂的技术成本与控制难度，完全能避免有
害裂缝的产生。
　　泵送混凝土用水量大，能满足“内养”用水的需要，以温度监测作指导，可进行表面密
闭保水养护。
　　在大体积混凝土施工养护时，必须进行温度监测。温度监测是实施科学养护、保证大体
积混凝土质量不可或缺的关键技术手段，目前尚无更经济的技术方法替代温度监测。因而。
作为保证质量必需的温度监测费用，应纳入施工直接成本。
　　参考文献：
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　　[2]赵志缙．高层建筑施工手册[M]．第2版．上海：同济大学出版社。1997．439－449
．
　　[3]黄宗襄．高层与公共建筑施工实例[M]．上海：同济大学出版社．1999．
　　[4]阎培渝，等．大体积补偿收缩混凝土与延迟钙矾石生成现象——答游宝坤同志的质
疑[J]．混凝土。2002。(1)：17－18．
　　[5]谢尊渊．建筑施工[M]．第3版．北京。中国建筑工业出版社．2000.326－330．
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