高层建筑基础底板大体积混凝土施工技术研究

陈瑞虹（甘肃省庆阳市西峰职业中等专业学校，甘肃 庆阳 745000）

混凝土硬化时产生的水化热难于消散而导致温度裂缝是大体积混凝土施工面临的首要难题[1]，这是因为裂缝的产生不仅影响混凝土结构的美观，而且位于地下水位以下的基础底板容易出现渗漏滴水现象，直接影响地下室的防水效果和结构的耐久性[2]。因此，在基础底板大体积混凝土施工中应采取一定的施工措施对温度裂缝进行控制[3-4]。施工中控制温度裂缝最为重要的两个指标即为温度和应力，因此本文尝试采用现场监测的方法对混凝土水化反应过程的温度变化和应力演变过程进行观测，以达到控制裂缝的目的。

甘肃省庆阳市某小区项目位于城区东南侧DQY-2021L-KM01 总地块，内含0219-01 地块和0291-02 地块。本项目总用地面积61627.8m2，其中0219-01 地块用地面积55311.5m2，建筑密度不大于25%，容积率不大于2.9，绿地率不小于35%，控制高度为100m。0291-02地块用地面积6316.3m2，建筑密度不大于35%，容积率不大于1.2，绿地率不小于30%，控制高度为20m。建设内容由10栋住宅建筑及地下车库组成，其中4栋28层，3栋18层，2栋17层，1栋17+1层，总户数1429户；
地上建筑面积160150m2，地下建筑面积40563m2，总建筑面积200713m2；
建筑密度14.7%，容积率2.9，绿地率36.5%，停车位1278 个。两栋6 层商业楼，地下一层停车场，总建筑面积6307m2，建筑密度35%，容积率1.2，绿地率20%，停车位76 个。所有建筑物的底板采用大体积筏板基础浇筑。

对于一般的混凝土构件而言，混凝土硬化过程中水化反应产生的热量能够得到快速散发，不会导致混凝土构件内部的温度累积，而基础底板大体积混凝土由于厚度和面积较大，混凝土水化反应产生的大量热量集聚在底板内部，加之混凝土内部的热阻抗较大，导致温度在混凝土构件内堆积，引起温度的急剧增加，内外之间的强烈温差导致混凝土结构产生温度裂缝，裂缝极易导致地下室底板防水性能下降，渗透滴漏问题在结构运营期难以根治，这种现象在大体积快硬混凝土中表现得尤为突出[5]。为此，在基础底板大体积混凝土施工中，应采取科学合理的降温措施，以减小混凝土温度裂缝扩展，达到严格控制底板浇筑质量的目的。

在基础底板大体积混凝土施工温度控制工艺中，混凝土选取商品混凝土，配合比的选择应该经过试验和试拌制。一般而言，针对降低大体积混凝土的水化热和保证其早期强度的要求，在选择水泥时一般选用普通硅酸盐水泥，并加入一定的粉煤灰矿渣[6]。这是因为粉煤灰能有效抑制水化热温度，随着粉煤灰掺合量的增加，水化热温度降低，同时水化反应释放的热量也可以有效激发粉煤灰颗粒的活性，进而提高大体积混凝土的强度。经过试验，研究项目的大体积混凝土配合比如表1所示。

表1 基础底板大体积混凝土施工配合比/kg/m3

为了避免混凝土初始温度过低，导致水化热引起的混凝土内部温度场分布不均，温差过大，在混凝土浇筑时应保证其入模温度不低于10℃。同时，浇筑采用分层浇筑以加速水化热温度的消散，并控制好上下层之间的间隔时间，以确保混凝土不会达到初凝时间而引起施工冷缝[7-8]。在施工时，为了对基础底板大体积混凝土水化热的演化过程进行观测和控制，对混凝土温度的监测尤为重要。为此，在混凝土浇筑前，基础底板大体积混凝土中预先埋设温度监测传感器，传感器在厚度方向的布置一般应能覆盖结构的整个断面，在基础底板底部、底板中部和底板表面各设置一个温度监测传感器。研究中，为了观测温度在水泥水化反应过程中的变化规律，任意选取了3 组监测数据，监测时长为72h，结果如表2和图1所示。

表2 基础底板大体积混凝土温度测试

从图1 可以看出，基础底板在板底部、板中部和板顶部的温度曲线的整体变化趋势较为一致，均在浇筑完成至60h，温度呈现非线性增加，而大于60h后，温度曲线波动较小，趋于稳定。3组监测数据均表现出一致的变化规律，表明基础底板在平面上的温度变化规律基本相同。此外，比较同一时间内的板底部、板中部和板顶部的温度容易发现，板中部的温度明显大于板底部和板顶部的温度，且板底部和顶部的温度基本相同，板中部的最大温度为45.3℃，板底部的最大温度为30.7℃，板顶部的最大温度为31.8℃，表明水泥水化热是从板中部向厚度方向两端进行消散。从图1（a）可以看出，在整个观测时间段内，基础底板大体积混凝土的温度差变化较为稳定，温度差的变化范围在10℃～18℃之间，小于规范中温度差25℃的要求，表明基础底板大体积混凝土的施工温度控制良好。

基础底板大体积混凝土的裂缝主要分为两种，一种是温度应力产生的收缩裂缝，一种是表面张拉产生的张拉裂缝，这两种裂缝的产生机理均是混凝土受到的拉应力大于其抗拉强度所导致的。为了保证基础底板大体积混凝土施工过程和施工后均不产生裂缝，控制混凝土的收缩应力显得十分重要。

（1）在水泥材料的选择上，仍然选择中水化热的普通硅酸盐水泥，由于项目位于西北地区，在冬季施工时需要掺和一定量的混凝土防冻剂，每立方混凝土加入防冻剂约16kg，以避免混凝土结构发生冻害，在控制水化反应速度上采取的施工措施是加入II级粉煤灰和矿渣粉。

（2）为了控制基础大体积混凝土出现的表面裂缝，在结构物浇筑完成后，及时在表面铺盖一层稻草或者破棉絮，以达到控制表面温度的目的。同时，加强养护期间保温保湿工作，确保混凝土在终凝后不出现过大的张拉应力。

（3）在基础大体积混凝土浇筑现场，应对进场的商品混凝土材料进行检测，主要检测其坍落度和水灰比是否满足规范要求，以保证所有浇筑混凝土的均匀性，从而避免混凝土因物性差异过大导致的温度传导和散发的不均匀，进而出现附加应力，引起混凝土的开裂。

根据材料力学和热力学原理，基础大体积混凝土的最大收缩应力如公式（1）所示。

式中σ(t)为最大收缩应力；
α为混凝土线膨胀系数；
β为约束状态影响系数；
γ为材料影响系数；
L为基础底板的长度；
h为材料底板的厚度；
Ei为各个龄期混凝土材料的弹性模量；
ΔT为温度差；
S为混凝土的松弛系数。

为了保证浇筑的大体积基础底板混凝土不出现裂缝，其抗裂安全系数应不小于1.15，抗裂安全系数的计算方法如公式（2）所示。

式中k为混凝土抗裂安全系数，ft为混凝土抗拉强度设计值。

从以上分析可知，对于混凝土温度应力的监测是控制大体积混凝土裂缝的有效手段，同样，在混凝土浇筑前，基础底板大体积混凝土中预先埋设应力监测传感器，传感器在厚度方向的布置一般应能覆盖结构的整个断面，在基础底板底部、底板中部和底板表面各设置一个应力监测传感器。研究中，为了观测应力在水泥水化热反应过程中一般变化规律，任意选取了3组监测数据，监测时长为72h，结果如表3所示。

表3 基础底板大体积混凝土应力测试及抗裂安全系数

从表3 可以看出，基础底板在板底部、板中部和板顶部的应力的整体变化趋势较为一致，均呈现一定程度的波动，且板中部的应力明显大于板底部和板顶部的应力，且板底部和顶部的应力基本相同。经过抗裂安全系数计算，A组测点的混凝土抗裂安全系数变化范围为1.56～2.46，B 组测点的混凝土抗裂安全系数变化范围为1.59～2.40；
C 组测点的混凝土抗裂安全系数变化范围为1.54～2.47，均大于1.15的规范要求，表明基础底板大体积施工裂缝控制良好。

以甘肃省庆阳市某小区项目基础底板大体积混凝土施工为研究对象，对高层建筑基础底板大体积混凝土施工工艺进行分析，并采用现场实测的方法对底板大体积混凝土施工过程中的温度和应力进行监测，以控制温度裂缝的产生，结果表明：

（1）基础底板在板底部、板中部和板顶部的温度曲线的整体变化趋势较为一致，均在浇筑完成至60h，温度呈现非线性增加，而大于60h后，温度曲线波动较小，趋于稳定。

（2）在整个观测时间段内，基础底板大体积混凝土的温度差变化较为稳定，温度差的变化范围在10℃～18℃之间，小于规范中温度差25℃的要求，表明基础底板大体积混凝土的施工温度控制良好。

（3）板中部的应力明显大于板底部和板顶部的应力，且板底部和顶部的应力基本相同，3 组测点的混凝土抗裂安全系数，均大于1.15的规范要求，表明基础底板大体积施工裂缝控制良好。