大体积混凝土基础结构施工

1、第4章大体积混凝土基础结构施工 高层建筑装饰工程施工 4.1 大体积混凝土的裂缝 4.1.1 裂缝种类 4.1.2 裂缝产生的原因 4.2 大体积混凝土的温度应力 4.3 控制混凝土温度裂缝产生的技术措施 4.3.1 控制混凝土温升的技术措施 4.3.2 延缓混凝土表面降温速率的技术措施 4.3.3 改善约束条件、完善构造设计的技术措施 4.3.4 提高混凝土抗裂性能的二次振捣技术措施 4.3.5 施工及养护过程中的温度监控措施高层建筑装饰工程施工 4.4 大体积混凝土基础施工 4.4.1 钢筋工程 4.4.2 模板工程 4.4.2 混凝土工程大体积混凝土的裂缝u外裂缝种类 混凝土是由水泥浆和

2、骨料组成的非匀质复合材料，它具有较高的抗压强度和良好的耐久性能，但抗拉强度低、抗变形能力差且易开裂；如图4.1所示，水泥浆和骨料单独受压时，各自表现出明显的线性应力应变关系，而混凝土受压的应力应变关系则是非线性的。这些裂缝对混凝土的应力应变关系具有决定性的影响；大体积混凝土的裂缝大体积混凝土的裂缝性能指标抗压强度MPa抗拉强度MPa弹性模量104 MPa泊松比密度kg/m3膨胀系数10-6 硬化水泥浆体15 1501.4 70.7 2.80.251700 220012 20粗骨料70 3501.4 143.5 7.00.1 0.252500 27006 12表4-1 粗骨料和水泥浆体的物理力学

3、性能指标典型值大体积混凝土的裂缝u外裂缝种类 在混凝土内部存在着三种细微裂缝：一种是在砂浆与石子之间的粘结面上的裂缝；另一种是穿过砂浆的裂缝；还有极少量的是穿过石子的裂缝；试验结果表明，当混凝土受力后直到极限荷载，混凝土内部微裂缝逐渐增多和扩展，一般可分作3个发展阶段：1. 微裂缝相对稳定期2. 稳定裂缝发展期3. 不稳定裂缝发展期大体积混凝土的裂缝u外裂缝种类 在施工和运行期中，在外力和温度变化的作用下，容易出现宏观裂缝；混凝土结构中的“微裂缝”一般宽度在0.05mm以下；当宽度大于0.05mm时，裂缝是肉眼可见裂缝，称为“宏观裂缝”结构产生变形变化时，不同结构之间和结构内部各质点之间都会产

4、生约束，前者称为“外约束”，后者称为“内约束”。大体积混凝土的裂缝u外裂缝种类当混凝土内外温差较大时，内部混凝土有热胀变形，外部混凝土有冷缩变形，致使混凝土体产生温度应力，当温度应力达到并超过混凝土当时的极限抗拉强度时，混凝土开裂。这种裂缝按照其开裂的时间段，一般可分为以下两种：1. 大体积混凝土浇筑初期：水泥在水化过程中产生大量的热量，导致混凝土温度急速上升，当外部混凝土受到的拉应力超过其当时的抗拉强度时，混凝土表面开裂，形成裂缝。u外裂缝种类大体积混凝土裂缝按其深度一般可分为表面裂缝、内部小裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝四种。1、表面裂缝是出现在混凝土表面的裂缝，包括混凝土浇筑块的顶面、侧面和棱

5、角2、内部裂缝宽度由几十厘米到几米甚至一二十米，但并未切断整个混凝土结构，其内部仍然是连续的土，原裂缝就变成内部小裂缝。3、贯穿裂缝是切断混凝土结构的大裂缝，是危害最为严重的裂缝。大体积混凝土的裂缝大体积混凝土的裂缝u外裂缝种类微裂缝是所有混凝土中都有的，它的存在是正常现象，它对混凝土强度和变形的影响是设计规范中已经考虑了的。大体积素混凝土中，没有钢筋的拉结作用，就将影响结构的整体性和安全性。大体积混凝土结构的尺寸比较大，表面裂缝和内部小裂缝如果不发展，通常对结构的正常使用影响不大。在一定条件下，表面裂缝和内部小裂缝往往会扩展成大裂缝，甚至贯穿裂缝，危及结构的正常使用大体积混凝土的裂缝u裂缝产

6、生的原因大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果，裂缝的产生大致有以下几方面原因：1、水泥水化热引起的温度应力和温度变形2、约束条件的影响3、外界气温变化的影响4、混凝土收缩变形的影响大体积混凝土的裂缝u裂缝产生的原因1、水泥水化热引起的温度应力和温度变形：水泥的水化过程是放热反应，温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的约束力时，就会在混凝土体中产生裂缝，温度应力与混凝土结构的尺寸有关。要特别注意控制混凝土浇筑后几天内的内外温差，降低温度应力，从而控制裂缝的产生。大体积混凝土的裂缝u裂缝产生的原因2、约束条件的影响结构在产生变形过程中，必然

7、会受到一定程度的约束或抑制而阻碍变形的发展，这个抑制条件称为“约束条件”混凝土早期温升膨胀变形受此约束作用而产生压应力作用，此时混凝土强度低、徐变和应力松弛度较大，混凝土与基层连接不牢固，故外约束较差，压应力也就较小。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土开裂。大体积混凝土的裂缝u裂缝产生的原因3、外界气温变化的影响：外界气温的变化也是影响大体积混凝土开裂的重要因素之一。在混凝土浇筑及养护期间，混凝土的浇筑温度随外界气温保持一致，混凝土浇筑温度越高，内部蓄热温度越高。降低混凝土的浇筑温度，减少气温下降对混凝土表面温度的影响，是防止大体积混凝土开裂的重要措施之一。大体积混凝土的裂缝u裂缝产生的原因

8、4、混凝土收缩变形的影响：影响混凝土收缩变形的主要因素有：（1）水泥的品种和用量。（2）骨料的性质、粒径和含量（3）养护条件（4）塑性收缩（5）干燥干缩（6） 碳化收缩大体积混凝土的温度应力温度应力可将其分为自生应力和约束应力两种类型。当混凝土结构的边界上没有任何约束或者完全静定时，如果结构内部温度是线性分布的，则内部不产生应力；如果结构内部温度是非线性分布的，由于结构本身的互相约束而产生的应力，称为自应力。自生应力的特点是，在整个断面上，拉应力与压应力保持平衡，如图4-2（a）所示大体积混凝土的温度应力当结构的全部或部分边界受到外界条件约束时，温度变化使混凝土体不能自由变形而引起的应力称为约

9、束应力。例如，混凝土体冷却时受到基础的约束而产生的应力，如图4-2（b）所示。大体积混凝土的温度应力大体积混凝土的温度应力高层建筑的基础工程中，大体积混凝土与坝体相比，又具有较多独具的特点，具体表现为：1. 混凝土强度等级较高，单位体积混凝土的水泥用量大，导致收缩变形较大；2. 混凝土基础均为配筋结构，且配筋率相对较高，这是控制裂缝生成与发展的有利条件；3. 虽然水泥用量大，水化热温升快，但体积并不十分巨大，故混凝土体的降温散热速度也相对较快；内部升温与表面收缩共同作用，混凝土表面很容易开裂；大体积混凝土的温度应力4. 高层建筑的地基较坝体地基弱，亦即地基对混凝土的约束相对较弱，这是控制混凝土

10、开裂的有利条件；5. 控制裂缝的方法主要依靠合理配筋和设计、采用合理的浇筑方案并加强养护等技术措施，提高结构的抗裂性能，避免引起过大的内外温差而产生裂缝。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u控制混凝土温升的技术措施1. 选择水化热低和安定性好的水泥为在大体积混凝土施工中降低混凝土因水泥水化热引起的温升，达到降低温度应力和保温养护费用的目的，一般应选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。当混凝土有抗渗指标要求时，所用水泥的铝酸三钙含量不宜大于8%。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u控制混凝土温升的技术措施2. 骨料的选择优先选用以自然连续级配的骨料配置混凝土。自然连续级配的骨料配置的混凝土具有

11、较好的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u控制混凝土温升的技术措施3. 掺加粉煤灰和粒化高炉矿渣粉，降低水泥使用量,粉煤灰和粒化高炉矿渣粉可改善混凝土的粘塑性，增大混凝土的坍落度。通过掺加掺合料的方法减少水泥用量，可以大大降低水泥水化热的产生，从而降低大体积混凝土内部温度的积蓄。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u控制混凝土温升的技术措施4. 控制混凝土浇注温度为了降低大体积混凝土总温升和减少结构的内外温差，控制混凝土的浇筑温度也很重要。在混凝土搅拌前，降低粗细骨料的温度，则能对混凝土起到很好的降温效果。在具体控制混凝土浇注温度时，应视当时的气温而

12、定，即夏季采用降温法施工，冬季采用保温法施工。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u延缓混凝土表面降温速率的技术措施大体积混凝土浇筑后的养护期内，为了减少因内部温升与外部降温形成的较大内外温差，产生表面裂缝，应当采取积极地养护措施防控。蓄水养护法是一种经济实用且应用范围较广的养护方法，在混凝土终凝后，在混凝土表面蓄存一定深度的水对其进行养护。在大体积混凝土基础结构拆模后，将回填土回填，充分利用土体对其进行保温。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u延缓混凝土表面降温速率的技术措施大体积混凝土浇筑后的养护期内，易产生表面裂缝，应当采取积极地养护措施防控。大体积混凝土基础结构施工中，一般用蓄水养护法养护，

13、即在混凝土终凝后，在混凝土表面蓄存一定深度的水对其进行养护。在大体积混凝土基础结构拆模后，宜尽快将回填土回填，充分利用土体对其进行保温，以避免昼夜温差以及气温变化等因素对混凝土表面产生不利影响。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u改善约束条件、完善构造设计的技术措施1. 设置滑动层高层建筑大体积混凝土基础承受外部约束作用较大，其主要问题是来自地基对混凝土基础降温收缩时的约束作用。为降低地基对基础底面的约束作用，可采用在两者之间设置滑动层的措施来改善地基对基础的约束。滑动层的做法有：涂刷两道热沥青加铺油毡一层；铺设1020mm厚沥青砂；铺设50mm厚砂层或石屑层等。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施

14、u改善约束条件、完善构造设计的技术措施 2. 设置后浇带当大体积混凝土结构的尺寸过大，通过计算证明整体一次浇筑产生的温度应力过大，不可避免产生温度裂缝时，则可由设计单位设计在合理的位置设置“后浇带”，以防止温度裂缝的产生。“后浇带”的间距一般为2030m，其浇筑时间最少要在前期浇筑混凝土的40d之后，一般情况下，在主体结构封顶后，再统一浇筑“后浇带”混凝土。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u提高混凝土抗裂性能的二次振捣技术措施u 混凝土的收缩和极限拉应变除与水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、外加剂种类与含量有关外，还与施工工艺和施工质量密切相关。通过改善混凝土的配合比和施工工艺，可以在一定程度

15、上提高其极限拉应变和减少混凝土的收缩，对于混凝土的抗裂性能具有一定的提高作用。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u提高混凝土抗裂性能的二次振捣技术措施间隔一定时间进行的二次振捣，可以使本来已经接近凝结的混凝土经振捣液化，而且二次振捣时的混凝土已接近凝结，混凝土拌和物内存在大量晶体和胶凝物，粘滞阻力及抗剪强度较大，骨料和水分相对运动的程度很小，加之很快即凝结。u 通常二次振捣后的混凝土的密实度可提高13，混凝土的强度也可相应得到提高。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u提高混凝土抗裂性能的二次振捣技术措施u 二次振捣施工工艺虽然有很多的优点，但是二次振捣法牵涉到的施工因素也很多，特别是二次振捣时间的

16、确定，如果处理不当，造成振捣时间太迟，在水泥浆体硬化后振捣，会造成无法愈合的裂缝产生，导致混凝土的水泥石结构破坏，所以采用这种方法时必须综合考虑各方面的因素，认真试验，慎重实施.控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u施工及养护过程中的温度监控措施在混凝土内布置监测点方面，应真实反映出混凝土浇筑体内最高温升、内外温差、降温速率及环境温度，一般可按如下方式进行布置：1. 监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区，在测试区内监测点按平面分层布置；2. 在测试区内，监测点的位置与数量可根据混凝土浇筑体内温度场分布情况及温控的要求确定；3. 在每条测试轴线上，监测点位不宜少于4处

17、，并应根据结构的几何尺寸布置；控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u施工及养护过程中的温度监控措施4. 沿混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外面、底面和中间温度测点，其余测点宜按测点间距不大于600mm布置；5. 保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；6. 混凝土浇筑体的外表温度，宜为混凝土表面向内50mm处的温度；7. 混凝土浇筑体底面的温度，宜为混凝土浇筑体底面向上50mm处的温度。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施u施工及养护过程中的温度监控措施通常情况下，对大体积混凝土基础进行测温监控时，是在混凝土内埋设温度传感测试元件，用以采集记录混凝土内温度随时间的变化情况，以便对施工全过程进

18、行跟踪和监测。测试元件安装前，必须经受在水下1m处浸泡24h的测试，合格后方可固定在混凝土浇筑体模板内目前比较先进的温度监控系统是“无线大体积混凝土测温系统”，如图4-3所示控制混凝土温度裂缝产生的技术措施图4-3 无线大体积混凝土测温系统大体积混凝土基础施工u钢筋工程大体积混凝土基础结构中，钢筋的配置具有直径大、数量多、分布密、上下层钢筋间距大等特点。施工时，为保证工程质量、降低成本、加快施工进度，钢筋常采用焊接、锥螺纹、直螺纹或套筒挤压连接等连接方式大体积混凝土基础结构厚度大，且上、下均布设双向钢筋，为保证悬在较高位置的上层钢筋标高及水平向位置准确，应以普通的钢筋工程施工方法为基础，设计稳

19、定、牢固的钢筋支撑架大体积混凝土基础施工u钢筋工程考虑施工荷载的因素，支架除支撑上层钢筋外，还要支撑操作平台上的施工荷载，因此要经认真计算、仔细核算并考虑有一定的安全系数，设计上层钢筋的施工支撑架。一般情况下，应每隔一定距离（一般2m左右）设置一道支撑架，且支撑架间相互拉结，形成稳定的支撑体系。图4-4为上海华亭宾馆工程施工时用的上层钢筋支撑架。控制混凝土温度裂缝产生的技术措施图4-4 上层钢筋支撑架大体积混凝土基础施工u模板工程大体积混凝土浇筑面集中，不可能同时将混凝土均匀浇筑到模板内的各个部位。因此，在模板工程中，应按实际浇筑情况，对模板和支撑系统进行计算，以保证模板系统具有足够的强度、刚

20、度和稳定性。大体积混凝土的模板和支撑系统除应按国家现行有关标准的规定进行强度、刚度和稳定性验算外，还要结合大体积混凝土的养护方法进行保温构造设计。大体积混凝土基础施工u模板工程当混凝土强度达到一定要求，要进行拆模工作。早期因水泥水化热使混凝土内部温度上升较高，过早拆模时，混凝土的表面温度较低，会形成很陡的温度梯度，产生很大的拉应力，极易产生裂缝如有条件时，宜适当延迟拆模时间，使其缓慢降温，充分发挥混凝土的应力松弛效应，增加对大体积混凝土的保温保湿养护时间。大体积混凝土基础施工u混凝土工程1. 编制的原则（1） 在保证结构整体性的原则下，采用分层分块浇筑时，尽量减少浇筑块在硬化过程中的内外约束，

21、分层的时间间隔做到既有利于散热，又考虑到底层对上层的约束；（2） 控制内外温差，加强养护，防止产生贯通裂缝和其它有害裂缝大体积混凝土基础施工u混凝土工程2. 主要内容（1） 根据减少约束的要求，确定分层分块的尺寸及层间、块间的结合措施；（2） 通过热工计算，确定混凝土入模温度以及对混凝土原材料加热或降温的措施；（3） 优化混凝土搅拌、运输和浇筑的方案；（4） 制订混凝土保温养护方案；（5） 制订对混凝土内外层温度的监控方案；（6） 有关保证工程施工质量、安全施工和消防措施的制订。大体积混凝土基础施工u混凝土工程大体积混凝土基础施工时，要注意以下几方面的施工工艺要求：1. 大体积混凝土的施工，一

22、般宜在低温条件下进行，即最高气温在控制在30以内为宜。2. 混凝土运输过程要及时。运送过程中，要防止出现混凝土离析、灰浆流失、坍落度损失等现象，如发生离析现象，必须进行二次搅拌后方可入模；大体积混凝土基础施工u混凝土工程3. 混凝土浇筑的方法及施工技术要点：（1）大体积混凝土的浇筑，应根据整体连续浇筑的要求，结合结构尺寸的大小、钢筋疏密、混凝土供应条件等具体情况，采用全面分层、分段（块）分层、和斜面分层等三种浇筑方案。如图4-5所示。大体积混凝土基础施工大体积混凝土基础施工u混凝土工程全面分层（图4-5（a）：在整个结构内全面分层浇筑混凝土，要做到第一层全部浇筑完毕，在初凝前再回来浇筑第二层，

23、如此逐层进行，直至浇筑完毕。分段分层（图4-5（b）：混凝土从底层开始浇筑，进行一定距离后回来浇筑第二层，如此依次向前浇筑以上各层。大体积混凝土基础施工u混凝土工程斜面分层（图4-5（c）：适用于结构的长度超过厚度3倍的情况。斜面坡度为1：3，施工时应从浇筑层下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。规范5.1.2条提出：大体积混凝土工程的施工宜采用“整体分层连续浇筑施工”或“推移式连续浇筑施工”，如图4-6所示。大体积混凝土基础施工大体积混凝土基础施工u混凝土工程（2）大体积混凝土（一般厚度大于2m）允许设置水平施工缝分层施工。已有试验资料和大量工程实践经验表明，设置水平施工缝能有效地降低混

24、凝土内部温升值，防止混凝土内外温差过大。当在施工缝表层和中间部位设置间距较密、直径较小的抗裂钢筋网片后，可有效避免或控制混凝土裂缝的出现或开展。大体积混凝土基础施工u混凝土工程（3）高层建筑转换层（空中基础）的大体积混凝土施工中，由于转换层结构尺寸高而大（一般转换梁常用截面高度可达1.64.0m，转换厚板的厚度可达（2.02.8m），若采用整体浇筑有困难或可能对下步结构产生损害，可利用叠合梁原理，将高大转换层结构按叠合构件施工，不仅可以减少混凝土的水化热，还可利用分层施工形成的结构承受二次施工时的荷载。大体积混凝土基础施工u混凝土工程（4） 对超长的大体积混凝土基础施工，可按留置变形缝、后浇带

25、或跳仓法分段施工这样可在一定程度上减轻外部约束程度，减少每个浇筑段的蓄热量，防止水化热的蓄积，减少温度应力。应当指出，跳仓法施工中的最大分块尺寸不宜大于40m，跳仓间隔施工的时间不宜小于7d；此外，接缝处应力较大，一般应按施工缝的要求，通过计算确定配筋量并加强构造措施等方法进行处理。大体积混凝土基础施工u混凝土工程（5） 为减少大体积混凝土基础底部的约束，浇筑混凝土前宜在基层设置滑移层。滑移层可按以下几种做法处理： 在基层设置沥青油毡层或其它类似的隔膜处理做法； 利用防水层上的保护层在其早期强度较低时，浇筑底板大体积混凝土； 在基岩等基层上铺设250mm厚级配砂石层，作为缓冲层。大体积混凝土基础施工u混凝土工程（6） 暑期施工时，应采取有效措施降低混凝土内部的实际温度。首先，应降低混凝土入模温度，具体办法可采用低温拌合水、骨料遮阳降温等原材料降温方法；其次，在大体积混凝土中投入适量毛石以替代混凝土用量，间接降低水泥用量，减少水化热的产生