第三章基础工程施工-3

第三章基础工程施工第七节大体积混凝土基础结构施工一、混凝土裂缝1、大体积混凝土结构的特点由于高层建筑荷载大，在高层建筑的基础工程中，常采用混凝土体积较大的箱形基础或筏式基础，桩基的上部也有厚度较大的承台。

特点：结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高。

箱形基础是由钢筋混凝土的底板、顶板和若干纵横墙组成的，形成中空箱体的整体结构，共同来承受上部结构的荷载。箱形基础整体空间刚度大，对抵抗地基的不均匀沉降有利，一般适用于高层建筑或在软弱地基上造的上部荷载较大的建筑物。当基础的中空部分尺寸较大时，可用作地下室。

筏式基础（也称片筏基础）支承整个建筑物的大面积整块钢筋混凝土板式基础。筏式基础在构造上同倒置的钢筋混凝土楼盖相似，分为平板式和梁板式两类。关于大体积混凝土的定义，目前国内尚无一个确切的定义。日本建筑学会标准规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃，应按大体积混凝土施工。”

由于大体积混凝土工程的条件比较复杂，施工情况各异，再加上混凝土原材料的性能差异较大，因此控制温度变形裂缝不是单纯的结构理论问题，而是涉及结构计算、构造设计、材料组成、物理力学性能及施工工艺等多学科的综合性问题。

新的观点指出：所谓大体积混凝土，是指其结构尺寸已经大到必须采取相应技术措施，妥善处理温度差值、合理解决温度应力并按裂缝开展的混凝土。2、结构物裂缝的基本概念混凝土是多种材料组成的非均质材料，具有较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抵抗变形能力差、易开裂等特性。（1）裂缝的种类按裂缝的宽度不同，混凝土裂缝可分为“微观裂缝”和“宏观裂缝”两种。1）微观裂缝①粘着裂缝，即沿着骨料周围出现的骨料与水泥粘结面上的裂缝；②水泥石裂缝，即分布在骨料水泥浆中的裂缝；③骨料裂缝，即存在于骨料本身的裂缝。2）宏观裂缝宽度大于0.05mm的裂缝是肉眼可见裂缝，也称为宏观裂缝，是微观裂缝扩展的结果。

产生宏观裂缝一般有外荷载、次应力和变形变化三种原因，前两者引起裂缝的可能性较小，后者是导致混凝土产生宏观裂缝的主要原因，这种裂缝由温度、收缩、不均匀沉降、膨胀等变形变化引起，按其深度一般又可分为表面裂缝、贯穿裂缝和深层裂缝。（2）裂缝产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。一方面试混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。总结大体积混凝土产生裂缝的工程实例，产生裂缝的主要原因：①水泥水化热的影响；②内外约束条件的影响。3、外界气温变化的影响大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。

混凝土的内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度的叠加之和。4、混凝土收缩变形影响（1）混凝土塑性收缩变形

塑性是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。（2）混凝土的体积变形混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形，但大多数是收缩变形，少数是膨胀变形。

（3）控制裂缝开展的基本方法从控制裂缝的观点来讲，表面裂缝危害较小，而贯穿性危害很大，因此在大体积混凝土施工中，重点是控制混凝土贯穿裂缝的开展，常采用的控制裂缝开展的基本方法有下面三种：①“放”的方法：减小约束体与被约束体之间的相互制约，以设置永久性伸缩缝的方法。也就是将超长的现浇混凝土结构分成若干段，以其释放放大部分热量和变形，减小约束应力。②“抗”的方法：采取一定的技术措施，减小约束体与被约束体之间的相对温差，改善钢筋的配置，减少混凝土的收缩，提高混凝土的抗拉强度等，以抵抗温度收缩变形和约束应力。③“放”、“抗”结合的方法：可以分为“后浇带”、“条仓打”和“水平分层间歇”等方法。二、混凝土温度应力的计算1、结构中的温度场

大体积混凝土中心部分的最高温度，在绝热条件下是混凝土浇筑温度与水泥水化热之和。但实际的施工条件表明，混凝土内部的温度与外界环境必然存在着温差，加上结构的四周又具备一定的散热条件，因此，在新浇筑的混凝土与其周围环境之间必然会发生热量交换。所以在大体积混凝土内部的最高温度是由浇筑温度、水泥和水化后产生的水化热量，全部转化为温升后的最后温度，称为绝热温升。2、混凝土最高温升计算由于大体积混凝土结构都处于一定的散热条件下，故实际的最高温升一般都小于绝热温升。目前土建工程中的大体积混凝土内部最高温升的计算公式，尚无精确的资料可供借鉴。三、控制温度裂缝的技术措施防止产生温度裂缝是大体积混凝土研究的重点，我国自20世纪60年代开始研究，目前已积累了很多成功地经验。工程上常用的防止混凝土产生裂缝的措施主要有：①采用中低热的水泥品种；②降低水泥用量；③合理分封分块；④掺加外加料；⑤选择适宜的骨料；⑥控制混凝土的出机温度和入模温度；⑦预埋水管、通水冷却、降低混凝土的最高温升；⑧表面保护、保温隔热不使表面温度散热太快，减少混凝土内外温差；⑨采取防止混凝土裂缝的结构措施等。1、水泥品种选择和用量控制大体积混凝土结构引起裂缝的主要原因是：混凝土的导热性能较差，水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升和后期降温现象。因此，控制水泥水化热引起的温升，即减小降温温差，对降低温度应力，防止产生温度裂缝能起到釜底抽薪的作用。（1）选用中热或低热的水泥品种（2）充分利用混凝土的后期强度2、掺加外加料在混凝土中掺入一些适宜的外加料，可以使混凝土获得所需的特性，尤其是在泵送混凝土中更为突出。泵送性能良好的混凝土拌合物应具备有三种特性：①在输送管壁形成水泥浆或水泥砂浆的润滑层，使混凝土拌合物具有在管道中顺利滑动的流动性；②为了能在各种形状和尺寸的输送管内顺利输送，混凝土拌合物要具备适应输送管形状和尺寸的变化性；③为在泵送混凝土施工过程中不产生离析而造成堵塞，拌合物应具备压力变化和位置变动的抗分离性。工程实践证明，在施工中优化混凝土级配，掺加适宜的外加料，以改善混凝土的特征，是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。混凝土中常用的外加料主要是外掺剂和外掺料。

级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，可通过筛析试验确定。粗细不同的粒径按照一定的比例组合搭配在一起，以达到较高的密实程度，根据搭配组成的结果，可得到以下3种不同级配分类。1、连续级配：连续级配是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。这种由大到小逐级粒径都有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混合料。2、间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种不连续的级配，成为所谓的间断级配。3、连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成所谓的连续开级配。3、骨料的选择（1）粗骨料的选择

为了达到预定的要求，同时又要发挥水泥最有效的作用，粗骨料有一个最佳的最大的粒径。但对于结构工程的大体积混凝土，粗骨料的规格往往与结构物的配筋间距、模板形状以及混凝土的浇筑工艺等因素有关。（2）细骨料的选择大体积混凝土中的细骨料，以采用中、粗砂为宜，细度模数宜在2.6~2.9范围内。根据有关试验资料证明，当采用细度模数为2.79，平均粒径为0.381的中粗砂，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米混凝土可减少水泥用量28~35Kg，这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。细度模数表征天然砂粒径的粗细程度及类别的指标。（3）骨料质量的要求骨料的质量如何，直接关系到混凝土的质量，所以，骨料中不应含有超量的黏土、淤泥、粉屑、有机物及其他有害物质，其含量不能超过规定的数值。混凝土试验表明，骨料的含泥量是影响混凝土质量的最主要因素。因此，在大体积混凝土施工中，石子的含泥量控制在不大于1%，砂的含量控制在不大于2%。4、控制混凝土出机温度和浇筑温度为了降低大体积混凝土的总温升，减少结构物的内外温差，控制混凝土的出机温度和浇筑温度非常重要。（1）混凝土出机温度计算（2）控制混凝土浇筑温度5、加强养护，延缓混凝土降温速率大体积混凝土浇筑后，加强表面的保温、保湿养护，对防止混凝土产生裂缝具有重大作用。保温、保湿养护的目的有三个：①减少混凝土的内外温差，防止出现表面裂缝；②防止混凝土过冷，避免产生贯穿裂缝；③延缓混凝土的冷却速度，以减小新老混凝土的上下层约束。6、减少混凝土收缩提高混凝土的极限拉伸值混凝土的收缩值和极限拉伸值，除与水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、骨料含泥量等有关外，还与施工工艺和施工质量密切相关。因此，通过改善混凝土的配合比和施工工艺，可以在一定程度上减少混凝土的收缩和提高混凝土的极限拉伸值，这对防止产生温度裂缝也可起到一定作用。大量现场试验证明，对浇筑后的混凝土进行两次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减小混凝土内部微裂，增加混凝土的密实度，使混凝土的抗压强度提高10%~20%，从而可提高混凝土的抗裂性。7、改善边界约束和构造设计防止大体积混凝土产生温度裂缝，除可采取以上施工技术措施外，在改善边界约束和构造设计方面也可采取一些技术措施，例如合理分段浇筑，合理配筋设置滑动层，设置应力缓和沟，设置缓冲层，避免应力集中等。（1）合理分段浇筑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会产生较大温度应力，有可能产生温度裂缝，则可与设计单位协商，采用合理的分段浇筑，即增设“后浇带”进行浇筑。（2）合理配筋

在构造设计方面进行合理配筋，对混凝土结构的抗裂有很大作用。工程实践证明，当混凝土墙板的厚度为400~600mm时，采取增加配置构造钢筋的方法，可使构造筋起到温度筋的作用，能有效提高混凝土的抗裂性能。

对于大体积混凝土结构，构造筋对控制贯穿性裂缝作用不太明显，但沿混凝土表面配置钢筋，可提高面层表面降温的影响和干缩。（3）设置滑动层

由于边界存在约束才会产生温度应力，在与外约束的接触面上全部设置滑动层，则可大大减弱外约束。在外约束的两端1/4~1/5的范围内设置滑动层，则结构的计算长度可折减一半，为此，遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设置滑动层，对减少温度应力将起到显著作用。（4）设置应力缓和沟设置应力缓和沟，即在结构的表面，每隔一定距离（一般约为结构厚度的1/5）设一条沟，设置应力缓和沟后，可将结构表面的拉应力减少20%~50%，可有效地防止表面裂缝。（5）设置缓冲层

设置缓冲层，即在高、低板交接处，底板地梁处等，用30~50mm厚的聚苯乙烯泡板作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力。（6）避免应力集中在孔洞周围，变断面转角部位，转角处等，由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中