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摘要：在高层建筑工程施工中，大体积混凝土施工过程中存在许多难点，如温度裂缝、表面质量等等，本文现结合工程实例，对地下室筏板基础大体积混凝土施工技术及施工过程中的裂缝控制要点进行分析与探讨，希望能够对业内从业者达到指导的作用。
关键词：商住综合楼；筏板基础；大体积混凝土；裂缝控制
中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：
Abstract: in the high-rise building project construction, big volume concrete construction process in many difficult problems, such as temperature crack, surface quality and so on, this paper is combined with practical engineering, the basement raft foundation mass concrete construction technology and construction process of the crack control points are analysis and studies, in hopes of industry practitioners to guiding role.
Keywords: residential and commercial building; Raft foundation; Mass concrete; Crack control
1工程概況
该商住综合楼工程项目地下2层，地上23层，基础为筏板基础，地下筏板基础长87.6m、宽38.0m、除局部1.8m厚外，其余为1.6m厚筏板，板面标高-6.6m，地下室共设有6条后浇带，带900mm，两塔楼相邻之间设有一条宽2.0m的加强带。地下室底板C30、S8防水混凝土，地下室外墙、边柱为C45、S8防水混凝土。
2技术难点及主要措施
大体积混凝土的施工技术问题在很多文献中已有所研究。本工程项目进度要求紧，一次浇注混凝土量大，施工过程中需要采取措施解决一系列技术难题。
2.1工程技术难点
2.1.1水化热控制
该工程筏板基础及基础承台属典型的大体积混凝土，一次浇筑成型。水化热和温度梯度控制，防止产生温度裂缝成为决定工程施工质量的关键技术问题。在混凝土硬化初期，水泥水化放出较多热量，混凝土又是热的不良导体，散热较慢，因此在大体积混凝土内部的温度较外部高，有时可达50～70℃。
这将使内部混凝土的体积产生较大膨胀，而外部混凝土却随气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力，严重时产生温度裂缝。
2.1.2混凝土收缩变形控制
该工程筏板基础及基础承台属典型的大体积混凝土，整体浇筑，总收缩量大。混凝土收缩变形控制，防止产生收缩裂缝也是该工程的关键技术问题。水泥在凝结硬化过程中体积减小发生化学收缩，混凝土在失水干燥过程中体积减小产生干缩，二者收缩值通常为1.5×10-4～3.0×10-4，即每米混凝土收缩0.15～0.3mm，因此在大体积混凝土结构部位总收缩量大，容易产生收缩裂缝。
2.2主要技术措施
2.2.1优选水泥品种
选择水化热低的水泥，从源头上降低水化热产生总量。
2.2.2使用缓凝型高效减水剂
目的在于保证混凝土拌合物的工作性，延缓混凝土水化热释放速率，并降低混凝土水胶比，减少用水量。
2.2.3掺加膨胀剂UEA
通过参加混凝土膨胀剂Y-UEA，Y-UEA水化硬化时产生膨胀补偿混凝土化学收缩和干缩，防止或减少混凝土产生收缩裂缝。
2.2.4降低混凝土入模温度
根据当地气温情况，在日气温较低时尽量先施工大体积混凝土基础，安排在下午4点以后或夜间施工。这样避开温度较高时段浇筑混凝土，以便降低混凝土的入模温度。另外，浇筑混凝土前用冷却水润湿模板，使模板降温。
2.2.5设置循环冷却水管
在大体积混凝土中设置冷却水管，通过循环冷却水，加速混凝土中水化热的释放，从而控制、降低内部混凝土温升，减小混凝土内外温度梯度，防止产生温度裂缝。
3原材料选择及配合比优化
3.1原材料选择
水泥：通过当地两种水泥和不同等级的水化热比较（见表1），同时考虑强度因素，选用42.5级矿渣水泥，砂：中砂，含泥量控制在0.5％以内，细度模数为2.92，平均粒径不小于0.35mm;碎石：粒径5～30mm，含泥量控制在1％以内，颗粒级配符合筛分曲线，针片状石子低于15％;粉煤灰：采用Ⅱ级磨细粉煤灰，掺量为水泥用量的15％;膨胀剂：采用Y型UEA混凝土膨胀剂;外加剂:采用木质素磺酸钙减水剂，掺量为水泥用量的3%;拌合水:采用饮用自来水。
表1水泥水化热量
水泥品种 32.5级 42.5级 52.5级
普硅水泥 289 377 461
矿渣水泥 247 335 /
3.2配合比优化
设计强度等级为C30，坍落度要求120～160mm，采用混凝土泵车泵送施工。在充分考虑设计要求和上述技术措施的基础上，通过试配优选出混凝土配合比，见表2
表2筏板基础C30混凝土配合比
材料 用量/（kg·m-3） 比例
水泥 343 1
砂子 670 1.95
石子 11100 3.21
水 195 0.57
粉煤灰 51 0.15
减水剂 10.29 0.03
膨胀剂 34 0.10
4理论温升计算
4.1混凝土绝热温升
大体积混凝土施工规范规定，混凝土绝对温升可据式（1）计算：
式中：Tmax—混凝土绝热温升，℃；
W—单方混凝土的水泥用量，取343kg/m3；
Q—水泥水化热，取335J/g；
C—混凝土比热，取0.96J/g·℃；
ρ—混凝土密度，取2400kg/m3。
根据本工程混凝土配合比的实际情况,计算混凝土绝热温升：
4.2大体积混凝土内部温升及温度模拟计算
大体积混凝土绝对水化温度可以用上述经验公式计算，但实际混凝土施工中不可能完全处于理想的绝热环境，并且混凝土水化热量随着混凝土龄期增长逐渐降低。为了精确计算出实际混凝土内部温度，根据以往经验积累及通过对本工程试验段的检测，得到混凝土在不同龄期，同一施工环境（同混凝土配合比、同施工温度、同环境温度）下混凝土降温系数，如表3所示。
表3不同龄期C30混凝土（矿渣水泥）降温系数ξ
混凝土浇筑厚度/m 1d 3d 7d 9d 12d 15d
1.0 0.83 0.36 0.29 0.17 0.09 0.05
该工程施工正值夏季高温季节，日气温为25～37℃。混凝土内部实际水化热计算温度应该为混凝土浇筑时日气温与经验计算温升的叠加，计算公式如下：
T内部=T气温+Tmaxξ计算不同凝期大体积混凝土的内部温度，如表4所示。
表4不同凝期大体积混凝土内部计算温度
凝期/d 最低气温25℃时内部计算温度/℃ 最高气温37℃时内部计算温度/℃
1 66.39 78.39
3 42.95 54.46
7 39.46 51.46
9 33.48 45.48
12 29.49 41.49
15 27.49 39.49
根据规范，混凝土内外温差超过25℃时，必须在施工前、中、后采取相应的技术措施和艺措施。通过上述经验计算可知，该工程筏板基础在混凝土浇注后15d内,必须采取相应的技术措施。
5施工过程控制及实时温升监测分析
5.1施工过程控制
除上述优选原材料和优化配合比外，在施工过程中还采用降低混凝土入模温度、分层施工、二次振捣、二次收光、设置冷却水管、实时监测温升、加强养护等技术措施，以保证筏板基础施工质量。
5.1.1降低混凝土入模温度
對堆设的骨料搭设凉棚，防止日晒，对骨料进行洒水降温，采用低温水拌制，降低拌和温度。工程施工正值夏季炎热天气，选择在下午4点以后或夜间日气温较低时间段施工。浇注混凝土前用冷却水润湿模板，使模板降温。
5.1.2分层浇筑
混凝土浇筑的厚度与水化热最高温升值的大小密切相关，厚度越大，则水化热温升值越高。因此，混凝土分层浇筑，可增加散热面，延长散热时间，使水化热最高温升值降低。
本工程分层厚度为400mm，在下一层初凝之前浇筑上一层，在保持上下层浇筑时间间隔的同时要避免上下浇筑层之间产生施工缝，并采用二次振捣法，以保证良好的接搓，提高密实度。浇筑完成后表面初凝前进行二次收光。
5.1.3设置冷却水管
在基础内埋设DN50钢管降温管，通自来水压力实现循环水冷却降低混凝土内部的水化热温度。在基础1/2深度范围内间距1.2～1.5m布置并联型DN50的钢管水冷壁管，通过水泵进行环境水冷却，从而降低混凝土内部核心温度。
在基础混凝土浇筑过程中,预埋Φ159×3.5钢管,竖向布置间距2m×2m作为水化热释放孔(降温孔)，降温孔内灌水,以每两个温度释放管为一组，在两个管中间安放一个两通接头，接出两个冷水管直接插入温度释放管底进行循环换水释放温度。降温孔及内部循环冷却水管布置见图1。
图1降温孔及内部循环冷却水管布置图
为了保证每个释放管内的水压均匀，采用Φ10水平软管，在主干分支点处加设循环水龙头，以控制分支的水压。在混凝土施工完毕7~10d后且温度降低至安全温度时，将温度释放钢管拔出。
先用软管将水排出后再用海绵球将其孔内积水清理干净，释放孔四周用素水泥浆或界面剂淋一道，之后用高一等级的膨胀细石混凝土分层插捣灌实。对水平混凝土内部循环水降温管采用高一等级细石混凝土（可采用自流平混凝土）进行高压注浆。
5.2混凝土内外温度监测及控制
为了及时掌握混凝土内部的温度变化，控制混凝土内部和表面温差，混凝土浇筑时预埋热电偶，分别测混凝土内部温度和表面温度。内部测温元件埋深为混凝土厚度的2/3，表面测温元件埋深为100mm。
混凝土浇筑后的前5d每4h测温一次，温度变化快时加大测温密度，5d后每8h测温一次，10d后每24h测温一次，连续测温28d。当测温发现内外温差接近25℃或内部温升较快时，向预设的冷却水管中注入循环水进行散热降温。图2为实测筏板温度曲线图，从图中可看出：
1.中心温度（虚线：夜间浇筑混凝土中心温度）；
2.筏板底表面温度；3.环境温度
图2实测筏板温度曲线
①混凝土水化热产生主要集中在混凝土浇筑后1~5d，特别是2~3d，这几天要特别注意采用循环水降温。
②混凝土内部最高温度产生在2d后为66℃，此时混凝土表面温度为53℃，最大温差为13℃，远小于危险温差25℃。这说明采取的技术措施和工艺措施是成功的，施工承台内没有产生梯度效应影响，保证了混凝土施工质量。
③夜间浇筑混凝土中心温度比白天浇注混凝土中心温度低1～3℃。
④混凝土表面温度与环境温度相差10～20℃，二者不可混淆。常说的“内外温差”指的是混凝土内部温度与表面温度之差。表面温度与环境温度相差较大，说明养护、保温、保湿措施相当重要，可防止或减少表面裂纹的产生。
6结语
综上所述，大体积混凝土施工技术是目前施工中应用较多的一项新技术，只要严格施工规范、加强施工过程中的质量管理，认真落实每个施工环节，妥善地做好浇筑后的保湿保温的裂缝控制与养护，是可以取得满意的施工效果的。
参考文献
[1]GB50496-2009.大体积混凝土施工规范[S].
关键词：商住综合楼；筏板基础；大体积混凝土；裂缝控制
中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：
Abstract: in the high-rise building project construction, big volume concrete construction process in many difficult problems, such as temperature crack, surface quality and so on, this paper is combined with practical engineering, the basement raft foundation mass concrete construction technology and construction process of the crack control points are analysis and studies, in hopes of industry practitioners to guiding role.
Keywords: residential and commercial building; Raft foundation; Mass concrete; Crack control
1工程概況
该商住综合楼工程项目地下2层，地上23层，基础为筏板基础，地下筏板基础长87.6m、宽38.0m、除局部1.8m厚外，其余为1.6m厚筏板，板面标高-6.6m，地下室共设有6条后浇带，带900mm，两塔楼相邻之间设有一条宽2.0m的加强带。地下室底板C30、S8防水混凝土，地下室外墙、边柱为C45、S8防水混凝土。
2技术难点及主要措施
大体积混凝土的施工技术问题在很多文献中已有所研究。本工程项目进度要求紧，一次浇注混凝土量大，施工过程中需要采取措施解决一系列技术难题。
2.1工程技术难点
2.1.1水化热控制
该工程筏板基础及基础承台属典型的大体积混凝土，一次浇筑成型。水化热和温度梯度控制，防止产生温度裂缝成为决定工程施工质量的关键技术问题。在混凝土硬化初期，水泥水化放出较多热量，混凝土又是热的不良导体，散热较慢，因此在大体积混凝土内部的温度较外部高，有时可达50～70℃。
这将使内部混凝土的体积产生较大膨胀，而外部混凝土却随气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力，严重时产生温度裂缝。
2.1.2混凝土收缩变形控制
该工程筏板基础及基础承台属典型的大体积混凝土，整体浇筑，总收缩量大。混凝土收缩变形控制，防止产生收缩裂缝也是该工程的关键技术问题。水泥在凝结硬化过程中体积减小发生化学收缩，混凝土在失水干燥过程中体积减小产生干缩，二者收缩值通常为1.5×10-4～3.0×10-4，即每米混凝土收缩0.15～0.3mm，因此在大体积混凝土结构部位总收缩量大，容易产生收缩裂缝。
2.2主要技术措施
2.2.1优选水泥品种
选择水化热低的水泥，从源头上降低水化热产生总量。
2.2.2使用缓凝型高效减水剂
目的在于保证混凝土拌合物的工作性，延缓混凝土水化热释放速率，并降低混凝土水胶比，减少用水量。
2.2.3掺加膨胀剂UEA
通过参加混凝土膨胀剂Y-UEA，Y-UEA水化硬化时产生膨胀补偿混凝土化学收缩和干缩，防止或减少混凝土产生收缩裂缝。
2.2.4降低混凝土入模温度
根据当地气温情况，在日气温较低时尽量先施工大体积混凝土基础，安排在下午4点以后或夜间施工。这样避开温度较高时段浇筑混凝土，以便降低混凝土的入模温度。另外，浇筑混凝土前用冷却水润湿模板，使模板降温。
2.2.5设置循环冷却水管
在大体积混凝土中设置冷却水管，通过循环冷却水，加速混凝土中水化热的释放，从而控制、降低内部混凝土温升，减小混凝土内外温度梯度，防止产生温度裂缝。
3原材料选择及配合比优化
3.1原材料选择
水泥：通过当地两种水泥和不同等级的水化热比较（见表1），同时考虑强度因素，选用42.5级矿渣水泥，砂：中砂，含泥量控制在0.5％以内，细度模数为2.92，平均粒径不小于0.35mm;碎石：粒径5～30mm，含泥量控制在1％以内，颗粒级配符合筛分曲线，针片状石子低于15％;粉煤灰：采用Ⅱ级磨细粉煤灰，掺量为水泥用量的15％;膨胀剂：采用Y型UEA混凝土膨胀剂;外加剂:采用木质素磺酸钙减水剂，掺量为水泥用量的3%;拌合水:采用饮用自来水。
表1水泥水化热量
水泥品种 32.5级 42.5级 52.5级
普硅水泥 289 377 461
矿渣水泥 247 335 /
3.2配合比优化
设计强度等级为C30，坍落度要求120～160mm，采用混凝土泵车泵送施工。在充分考虑设计要求和上述技术措施的基础上，通过试配优选出混凝土配合比，见表2
表2筏板基础C30混凝土配合比
材料 用量/（kg·m-3） 比例
水泥 343 1
砂子 670 1.95
石子 11100 3.21
水 195 0.57
粉煤灰 51 0.15
减水剂 10.29 0.03
膨胀剂 34 0.10
4理论温升计算
4.1混凝土绝热温升
大体积混凝土施工规范规定，混凝土绝对温升可据式（1）计算：
式中：Tmax—混凝土绝热温升，℃；
W—单方混凝土的水泥用量，取343kg/m3；
Q—水泥水化热，取335J/g；
C—混凝土比热，取0.96J/g·℃；
ρ—混凝土密度，取2400kg/m3。
根据本工程混凝土配合比的实际情况,计算混凝土绝热温升：
4.2大体积混凝土内部温升及温度模拟计算
大体积混凝土绝对水化温度可以用上述经验公式计算，但实际混凝土施工中不可能完全处于理想的绝热环境，并且混凝土水化热量随着混凝土龄期增长逐渐降低。为了精确计算出实际混凝土内部温度，根据以往经验积累及通过对本工程试验段的检测，得到混凝土在不同龄期，同一施工环境（同混凝土配合比、同施工温度、同环境温度）下混凝土降温系数，如表3所示。
表3不同龄期C30混凝土（矿渣水泥）降温系数ξ
混凝土浇筑厚度/m 1d 3d 7d 9d 12d 15d
1.0 0.83 0.36 0.29 0.17 0.09 0.05
该工程施工正值夏季高温季节，日气温为25～37℃。混凝土内部实际水化热计算温度应该为混凝土浇筑时日气温与经验计算温升的叠加，计算公式如下：
T内部=T气温+Tmaxξ计算不同凝期大体积混凝土的内部温度，如表4所示。
表4不同凝期大体积混凝土内部计算温度
凝期/d 最低气温25℃时内部计算温度/℃ 最高气温37℃时内部计算温度/℃
1 66.39 78.39
3 42.95 54.46
7 39.46 51.46
9 33.48 45.48
12 29.49 41.49
15 27.49 39.49
根据规范，混凝土内外温差超过25℃时，必须在施工前、中、后采取相应的技术措施和艺措施。通过上述经验计算可知，该工程筏板基础在混凝土浇注后15d内,必须采取相应的技术措施。
5施工过程控制及实时温升监测分析
5.1施工过程控制
除上述优选原材料和优化配合比外，在施工过程中还采用降低混凝土入模温度、分层施工、二次振捣、二次收光、设置冷却水管、实时监测温升、加强养护等技术措施，以保证筏板基础施工质量。
5.1.1降低混凝土入模温度
對堆设的骨料搭设凉棚，防止日晒，对骨料进行洒水降温，采用低温水拌制，降低拌和温度。工程施工正值夏季炎热天气，选择在下午4点以后或夜间日气温较低时间段施工。浇注混凝土前用冷却水润湿模板，使模板降温。
5.1.2分层浇筑
混凝土浇筑的厚度与水化热最高温升值的大小密切相关，厚度越大，则水化热温升值越高。因此，混凝土分层浇筑，可增加散热面，延长散热时间，使水化热最高温升值降低。
本工程分层厚度为400mm，在下一层初凝之前浇筑上一层，在保持上下层浇筑时间间隔的同时要避免上下浇筑层之间产生施工缝，并采用二次振捣法，以保证良好的接搓，提高密实度。浇筑完成后表面初凝前进行二次收光。
5.1.3设置冷却水管
在基础内埋设DN50钢管降温管，通自来水压力实现循环水冷却降低混凝土内部的水化热温度。在基础1/2深度范围内间距1.2～1.5m布置并联型DN50的钢管水冷壁管，通过水泵进行环境水冷却，从而降低混凝土内部核心温度。
在基础混凝土浇筑过程中,预埋Φ159×3.5钢管,竖向布置间距2m×2m作为水化热释放孔(降温孔)，降温孔内灌水,以每两个温度释放管为一组，在两个管中间安放一个两通接头，接出两个冷水管直接插入温度释放管底进行循环换水释放温度。降温孔及内部循环冷却水管布置见图1。
图1降温孔及内部循环冷却水管布置图
为了保证每个释放管内的水压均匀，采用Φ10水平软管，在主干分支点处加设循环水龙头，以控制分支的水压。在混凝土施工完毕7~10d后且温度降低至安全温度时，将温度释放钢管拔出。
先用软管将水排出后再用海绵球将其孔内积水清理干净，释放孔四周用素水泥浆或界面剂淋一道，之后用高一等级的膨胀细石混凝土分层插捣灌实。对水平混凝土内部循环水降温管采用高一等级细石混凝土（可采用自流平混凝土）进行高压注浆。
5.2混凝土内外温度监测及控制
为了及时掌握混凝土内部的温度变化，控制混凝土内部和表面温差，混凝土浇筑时预埋热电偶，分别测混凝土内部温度和表面温度。内部测温元件埋深为混凝土厚度的2/3，表面测温元件埋深为100mm。
混凝土浇筑后的前5d每4h测温一次，温度变化快时加大测温密度，5d后每8h测温一次，10d后每24h测温一次，连续测温28d。当测温发现内外温差接近25℃或内部温升较快时，向预设的冷却水管中注入循环水进行散热降温。图2为实测筏板温度曲线图，从图中可看出：
1.中心温度（虚线：夜间浇筑混凝土中心温度）；
2.筏板底表面温度；3.环境温度
图2实测筏板温度曲线
①混凝土水化热产生主要集中在混凝土浇筑后1~5d，特别是2~3d，这几天要特别注意采用循环水降温。
②混凝土内部最高温度产生在2d后为66℃，此时混凝土表面温度为53℃，最大温差为13℃，远小于危险温差25℃。这说明采取的技术措施和工艺措施是成功的，施工承台内没有产生梯度效应影响，保证了混凝土施工质量。
③夜间浇筑混凝土中心温度比白天浇注混凝土中心温度低1～3℃。
④混凝土表面温度与环境温度相差10～20℃，二者不可混淆。常说的“内外温差”指的是混凝土内部温度与表面温度之差。表面温度与环境温度相差较大，说明养护、保温、保湿措施相当重要，可防止或减少表面裂纹的产生。
6结语
综上所述，大体积混凝土施工技术是目前施工中应用较多的一项新技术，只要严格施工规范、加强施工过程中的质量管理，认真落实每个施工环节，妥善地做好浇筑后的保湿保温的裂缝控制与养护，是可以取得满意的施工效果的。
参考文献
[1]GB50496-2009.大体积混凝土施工规范[S].