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[摘要] 满堂红基础是指建筑物的基础是一个整体的梁或者板,一般情况下用于基础地质情况不是很好而上部荷载又比较大的建筑物,高层建筑也经常采用。片筏基础(筏板基础)和箱形基础由于基础底板连成一片又可称为满堂红基础。钢筋混凝土筏板基础是高层建筑中常见的基础形式。由于其结构截面较厚,内部温度和湿度分布不均匀,形成温度梯度和混凝土的收缩变形,使混凝土产生裂缝—表面裂缝和贯通裂缝,造成筏板基础损毁。所以应将其列为钢筋混凝土筏板基础施工的控制重点和难点。
[关键词] 满堂红基础 裂缝控制 技术措施
大型满堂红基础施工实况
该工程建筑面积 5860.00m2,框架/十三层,总高48.2m。框剪力结构,8度抗震设防。主楼基础采用长36.0 m,宽22.8 m,厚1.7 m的钢筋混凝土筏板基础(采用强度为C30混凝土)。
本地气象特征:该地区属亚热带海洋气候,炎热多雨,昼夜温差较大。混凝土筏板基础浇筑时间为2006年7月初,日温差10℃。
施工要求
混凝土的配合比:水泥采用水化热较低42.5R矿渣硅酸盐水泥,水泥417kg,水灰比为0.42;砂为长来河砂638 kg(中砂,粒型系数为2.5左右),碎石为(粒径2~4cm)1170 kg,砂、石的含泥量控制在2%以下。每立方米混凝土掺入34kg冰,掺入1%的高效缓凝减水剂,坍落度控制在30㎜—60㎜之间。入模温度控制在10℃—15℃。
设专人监督混凝土的拌制,防止各种投料少投、漏投或多投。对新拌制的混凝土的均匀性(拌合物)进行抽查,从卸料流出的四分之一~四分之三之间的部位采样检查,包括砂的密度、碎石的含量、混凝土的稠度、保水性等,全面地评定拌合物的和易性。为了保证混凝土的密实度及浇筑的均匀性,该混凝土采用分层浇筑法,共分为四层,每层厚度约40cm~45cm,每层间隔时间控制在初凝要求两小时内。确保分层施工的整体性。
在工作面上搭设塑料大棚,浇筑的方法和养护的方法均如前所述。整个筏板基础面设置了10个温度控制点,温度测试的结果为混凝土表层温度与混凝土中心温度的最大差值为11℃,混凝土表层与底层的最大温度差值为8℃,有效地避免了急剧的温度梯度的产生和过大的干缩变形,从而达到了控制裂缝产生的目的。该筏板基础已浇筑完工五个多月后,上部结构已完成四层,经当地质检部门检查,筏板基础未出现表面裂缝和贯通裂缝,混凝土的强度平均值为C35,最小值为C32,满足了设计及规范的要求。
通过以上施工实例,结合现场的实际施工条件及国家有关厚大体积混凝土施工的规定和要求,本人在实践中分析总结得出如下几点浅见,现提出以供同行和专家共同探讨。
一、钢筋混凝土筏板基础产生裂缝的主要原因
钢筋混凝土筏板基础由于结构截面大、水泥用量多,水泥释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土筏板基础产生裂缝的主要原因。
表面裂缝:是由于混凝土表面和内部散热条件不同,温度内高外低,形成温度梯度,使混凝土的内部产生压应力,表面产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度而引起的。
贯通裂缝:是由于筏板基础的混凝土强度发展到一定的程度,混凝土逐渐降温,降温的梯度引起的变形,加上混凝土失水引起的体积收缩变形,并受到地基和其他结构边界条件的约束,引起的拉应力超过混凝土的抗拉强度,由此可能产生贯通整个截面的裂缝。
二、针对混凝土厚筏板基础产生裂缝的原因采取的技术控制措施
(一)事前控制措施
1、对施工前的要求:
① 要求施工前做出施工方案,方案应包括以下内容:
a、提出混凝土的试验室配合比;
b、混凝土的浇筑方案;
c、混凝土的保温、保湿措施;
d、人员的组织措施;
e、施工机械的质量数量的保证措施;
f、材料的储备;
g、应急措施(停电、停水、暴雨)。
② 要求施工人员采用预测法施工中可能出现的风险,提出相应的对策。
③ 进行多方案论证、比选,选取最优方案(注意结合地方材料、适用、可行)。
④ 要求施工前根据试验室混凝土配合比进行现场试配,测试混凝土的缓凝时间,以便指导施工。
2、对混凝土试验室配合比的要求:
① 降低水泥的水化热,要求采用中、低热水泥,如粉煤灰水泥、矿碴硅酸盐水泥或其他低热水泥。
② 充分利用水泥的后期强度,如28天强度进行配合比试配,减少水泥用量(根据经验每减少10kg水泥 ,可使混凝土的绝热温升值下降1℃)。混凝土的绝热温升值按下式计算:
Th=mc×Q/C×ρ×(1-e-mt)
mc——混凝土中的水泥用量(kg);
Q ——水泥的水化热(KJ/kg);
ρ ——混凝土的密度,取ρ=2400 kg;
C ——混凝土的比热(取值0.97);
m -——经验系数(一般取0.3—0.4);
t ——混凝土的龄期(天);
e ——常数(取2.178)。
③ 掺入粉煤灰代替部分水泥,减少水化热,同时提高混凝土的和易性。
④ 掺入高效缓凝减水剂(要注意外加剂与水泥的相适性),降低水灰比,延长混凝土的初凝时间,提高混凝土的和易性。
⑤ 尽可能使用粒径适中、级配良好的粗骨料,并要求砂、石的含泥量小于2%,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减小收缩变形。
3、改善约束条件,减少温度应力:
① 对混凝土的垫层要求:混凝土的垫层要求平整压实,保证垫层的平整度。
② 在混凝土垫层面做一层滑移层,如干铺油毡,减少磨擦阻力产生的热量。
③ 在筏板基础截面突变处和转折处,如集水坑、电梯井的位置、顶板与剪力墙转折处、孔洞的转角及周边增设构造钢筋,以改善应力集中。
4、根据混凝土的供应量(可预测)和缓凝时间,用钢丝网将筏板基础分成数段,以防新拌的混凝土流淌的距离太长,出现冷缝。
5、设置温度控制点。要求能控制整个筏板基础(测温点的布置数量),预埋测温管(采用薄铁皮管,下端封闭,上端与筏板基础的上层钢筋网片焊接。每个测温点设上、中、下三根测温管测试筏板基础温度,随时掌握基础的温度变化。
测温管在浇筑混凝土的前一天装满自来水或尽可能地使用传热性能好的材料。温差控制范围:混凝土表面与内部中心温度差≤25℃;混凝土表面与底层的温度差≤20℃。
6、在混凝土中埋设水管,通入冷水降温。
(二)事中控制措施
1、降低新拌制混凝土的入模温度:
① 对骨料进行遮盖或采取其他致冷措施;
② 对输送管降温(草席遮盖);
③ 对筏板基础钢筋网片在浇混凝土前做降温处理;
④ 加冰水拌制混凝土。
2、严格控制水灰比,水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。
3、掺入减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少收缩变形。
4、加强施工中的温度、湿度的控制,严禁急剧的温度梯度的發生,为筏板基础混凝土创造一个温暖潮湿的养护环境。
在整个工作面上搭设塑料大棚,其目的是:
a、提高新浇灌混凝土的表面温度,减小混凝土表面与底部、混凝土表面与内部中心温度的温差,避免急剧的温度梯度的发生;
b、调节昼夜温差,避免较大的日温差对混凝土表面带来的影响;
c、避免新浇灌的混凝土被暴晒及风雨袭击。
e、混凝土找平振实后(初凝)随即覆盖预先浸泡湿透的草席,剪力墙、框架柱及剪力墙根部用湿润的锯沫覆盖,厚度约30mm左右, 然后再覆盖一层塑料薄膜并封严。
5、先浇灌筏板基础内的地坑、集水井的底板混凝土,坑壁与筏板基础一起浇筑,待坑壁混凝土终凝即可蓄水养护,坑内的水因坑壁内中心温度和底面散发的水化热使之温度较高(约30℃左右),用之养护、补充混凝土的湿度是很有益的。混凝土在潮湿环境中的养护时间,对采用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7d,对掺用缓凝型外加剂要求的混凝土,不得少于14d。
上述所采取的养护措施可使筏板基础混凝土内外的温度、湿度分布均匀,减少温度梯度,并使之缓缓降温,充分发挥混凝土的徐变,减小温度应力和塑性收缩。
采用斜面分层浇筑法,以每层约40cm~45cm厚一次成型,其每层间隔时间控制在初凝时间两小时内,确保每层施工的整体性。每一工作面严禁一次堆积过多的混凝土,加强混凝土的振捣,以保持良好接槎,提高密实度,及时排出混凝土表面泌水,减少收缩变形。
(三)事后控制
混凝土的早期养护是关健,其主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一是使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。二是使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计强度和抗裂能力。适宜的温湿条件是相互关联的,混凝土的保温措施常伴有保湿效果。
1、严格控温、保湿、长时间养护,充分发挥混凝土的应力松弛效应:
① 混凝土浇筑后12小时开始测温,前三天每隔2小时测温一次,第四至七天(混凝土已开始降温)4小时测温一次,以后每天测温一次,直至中心温度与表层温度、底面温度与表层温度相平衡时,方可停止测温和养护。
② 如前所述,混凝土表面与内部中心温度差≤25℃;混凝土表面与底层的温度差≤20℃。如果超出控制范围,应立即采取浇灌热水或其他增加表层混凝土的温度,减小温差的措施。
2、筏板基础混凝土终凝后及时拆除边模,并回填松软的回填土(粘土),避免筏板基础侧面暴晒,解除边界约束。长时间保湿保温养护,夏天应以保湿为主,在混凝土养护期间,尽量避免在筏板基础上堆放重物。
(四)结束语
以上对钢筋混凝土满堂红基础裂缝控制的技术措施进行了理论和实践上的初步探讨,虽然(学术界)对混凝土满堂红基础裂缝控制的技术方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善控制技术措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防控制技术措施,混凝土的裂缝是完全可以避免和控制的。
[关键词] 满堂红基础 裂缝控制 技术措施
大型满堂红基础施工实况
该工程建筑面积 5860.00m2,框架/十三层,总高48.2m。框剪力结构,8度抗震设防。主楼基础采用长36.0 m,宽22.8 m,厚1.7 m的钢筋混凝土筏板基础(采用强度为C30混凝土)。
本地气象特征:该地区属亚热带海洋气候,炎热多雨,昼夜温差较大。混凝土筏板基础浇筑时间为2006年7月初,日温差10℃。
施工要求
混凝土的配合比:水泥采用水化热较低42.5R矿渣硅酸盐水泥,水泥417kg,水灰比为0.42;砂为长来河砂638 kg(中砂,粒型系数为2.5左右),碎石为(粒径2~4cm)1170 kg,砂、石的含泥量控制在2%以下。每立方米混凝土掺入34kg冰,掺入1%的高效缓凝减水剂,坍落度控制在30㎜—60㎜之间。入模温度控制在10℃—15℃。
设专人监督混凝土的拌制,防止各种投料少投、漏投或多投。对新拌制的混凝土的均匀性(拌合物)进行抽查,从卸料流出的四分之一~四分之三之间的部位采样检查,包括砂的密度、碎石的含量、混凝土的稠度、保水性等,全面地评定拌合物的和易性。为了保证混凝土的密实度及浇筑的均匀性,该混凝土采用分层浇筑法,共分为四层,每层厚度约40cm~45cm,每层间隔时间控制在初凝要求两小时内。确保分层施工的整体性。
在工作面上搭设塑料大棚,浇筑的方法和养护的方法均如前所述。整个筏板基础面设置了10个温度控制点,温度测试的结果为混凝土表层温度与混凝土中心温度的最大差值为11℃,混凝土表层与底层的最大温度差值为8℃,有效地避免了急剧的温度梯度的产生和过大的干缩变形,从而达到了控制裂缝产生的目的。该筏板基础已浇筑完工五个多月后,上部结构已完成四层,经当地质检部门检查,筏板基础未出现表面裂缝和贯通裂缝,混凝土的强度平均值为C35,最小值为C32,满足了设计及规范的要求。
通过以上施工实例,结合现场的实际施工条件及国家有关厚大体积混凝土施工的规定和要求,本人在实践中分析总结得出如下几点浅见,现提出以供同行和专家共同探讨。
一、钢筋混凝土筏板基础产生裂缝的主要原因
钢筋混凝土筏板基础由于结构截面大、水泥用量多,水泥释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土筏板基础产生裂缝的主要原因。
表面裂缝:是由于混凝土表面和内部散热条件不同,温度内高外低,形成温度梯度,使混凝土的内部产生压应力,表面产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度而引起的。
贯通裂缝:是由于筏板基础的混凝土强度发展到一定的程度,混凝土逐渐降温,降温的梯度引起的变形,加上混凝土失水引起的体积收缩变形,并受到地基和其他结构边界条件的约束,引起的拉应力超过混凝土的抗拉强度,由此可能产生贯通整个截面的裂缝。
二、针对混凝土厚筏板基础产生裂缝的原因采取的技术控制措施
(一)事前控制措施
1、对施工前的要求:
① 要求施工前做出施工方案,方案应包括以下内容:
a、提出混凝土的试验室配合比;
b、混凝土的浇筑方案;
c、混凝土的保温、保湿措施;
d、人员的组织措施;
e、施工机械的质量数量的保证措施;
f、材料的储备;
g、应急措施(停电、停水、暴雨)。
② 要求施工人员采用预测法施工中可能出现的风险,提出相应的对策。
③ 进行多方案论证、比选,选取最优方案(注意结合地方材料、适用、可行)。
④ 要求施工前根据试验室混凝土配合比进行现场试配,测试混凝土的缓凝时间,以便指导施工。
2、对混凝土试验室配合比的要求:
① 降低水泥的水化热,要求采用中、低热水泥,如粉煤灰水泥、矿碴硅酸盐水泥或其他低热水泥。
② 充分利用水泥的后期强度,如28天强度进行配合比试配,减少水泥用量(根据经验每减少10kg水泥 ,可使混凝土的绝热温升值下降1℃)。混凝土的绝热温升值按下式计算:
Th=mc×Q/C×ρ×(1-e-mt)
mc——混凝土中的水泥用量(kg);
Q ——水泥的水化热(KJ/kg);
ρ ——混凝土的密度,取ρ=2400 kg;
C ——混凝土的比热(取值0.97);
m -——经验系数(一般取0.3—0.4);
t ——混凝土的龄期(天);
e ——常数(取2.178)。
③ 掺入粉煤灰代替部分水泥,减少水化热,同时提高混凝土的和易性。
④ 掺入高效缓凝减水剂(要注意外加剂与水泥的相适性),降低水灰比,延长混凝土的初凝时间,提高混凝土的和易性。
⑤ 尽可能使用粒径适中、级配良好的粗骨料,并要求砂、石的含泥量小于2%,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减小收缩变形。
3、改善约束条件,减少温度应力:
① 对混凝土的垫层要求:混凝土的垫层要求平整压实,保证垫层的平整度。
② 在混凝土垫层面做一层滑移层,如干铺油毡,减少磨擦阻力产生的热量。
③ 在筏板基础截面突变处和转折处,如集水坑、电梯井的位置、顶板与剪力墙转折处、孔洞的转角及周边增设构造钢筋,以改善应力集中。
4、根据混凝土的供应量(可预测)和缓凝时间,用钢丝网将筏板基础分成数段,以防新拌的混凝土流淌的距离太长,出现冷缝。
5、设置温度控制点。要求能控制整个筏板基础(测温点的布置数量),预埋测温管(采用薄铁皮管,下端封闭,上端与筏板基础的上层钢筋网片焊接。每个测温点设上、中、下三根测温管测试筏板基础温度,随时掌握基础的温度变化。
测温管在浇筑混凝土的前一天装满自来水或尽可能地使用传热性能好的材料。温差控制范围:混凝土表面与内部中心温度差≤25℃;混凝土表面与底层的温度差≤20℃。
6、在混凝土中埋设水管,通入冷水降温。
(二)事中控制措施
1、降低新拌制混凝土的入模温度:
① 对骨料进行遮盖或采取其他致冷措施;
② 对输送管降温(草席遮盖);
③ 对筏板基础钢筋网片在浇混凝土前做降温处理;
④ 加冰水拌制混凝土。
2、严格控制水灰比,水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。
3、掺入减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少收缩变形。
4、加强施工中的温度、湿度的控制,严禁急剧的温度梯度的發生,为筏板基础混凝土创造一个温暖潮湿的养护环境。
在整个工作面上搭设塑料大棚,其目的是:
a、提高新浇灌混凝土的表面温度,减小混凝土表面与底部、混凝土表面与内部中心温度的温差,避免急剧的温度梯度的发生;
b、调节昼夜温差,避免较大的日温差对混凝土表面带来的影响;
c、避免新浇灌的混凝土被暴晒及风雨袭击。
e、混凝土找平振实后(初凝)随即覆盖预先浸泡湿透的草席,剪力墙、框架柱及剪力墙根部用湿润的锯沫覆盖,厚度约30mm左右, 然后再覆盖一层塑料薄膜并封严。
5、先浇灌筏板基础内的地坑、集水井的底板混凝土,坑壁与筏板基础一起浇筑,待坑壁混凝土终凝即可蓄水养护,坑内的水因坑壁内中心温度和底面散发的水化热使之温度较高(约30℃左右),用之养护、补充混凝土的湿度是很有益的。混凝土在潮湿环境中的养护时间,对采用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7d,对掺用缓凝型外加剂要求的混凝土,不得少于14d。
上述所采取的养护措施可使筏板基础混凝土内外的温度、湿度分布均匀,减少温度梯度,并使之缓缓降温,充分发挥混凝土的徐变,减小温度应力和塑性收缩。
采用斜面分层浇筑法,以每层约40cm~45cm厚一次成型,其每层间隔时间控制在初凝时间两小时内,确保每层施工的整体性。每一工作面严禁一次堆积过多的混凝土,加强混凝土的振捣,以保持良好接槎,提高密实度,及时排出混凝土表面泌水,减少收缩变形。
(三)事后控制
混凝土的早期养护是关健,其主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一是使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。二是使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计强度和抗裂能力。适宜的温湿条件是相互关联的,混凝土的保温措施常伴有保湿效果。
1、严格控温、保湿、长时间养护,充分发挥混凝土的应力松弛效应:
① 混凝土浇筑后12小时开始测温,前三天每隔2小时测温一次,第四至七天(混凝土已开始降温)4小时测温一次,以后每天测温一次,直至中心温度与表层温度、底面温度与表层温度相平衡时,方可停止测温和养护。
② 如前所述,混凝土表面与内部中心温度差≤25℃;混凝土表面与底层的温度差≤20℃。如果超出控制范围,应立即采取浇灌热水或其他增加表层混凝土的温度,减小温差的措施。
2、筏板基础混凝土终凝后及时拆除边模,并回填松软的回填土(粘土),避免筏板基础侧面暴晒,解除边界约束。长时间保湿保温养护,夏天应以保湿为主,在混凝土养护期间,尽量避免在筏板基础上堆放重物。
(四)结束语
以上对钢筋混凝土满堂红基础裂缝控制的技术措施进行了理论和实践上的初步探讨,虽然(学术界)对混凝土满堂红基础裂缝控制的技术方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善控制技术措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防控制技术措施,混凝土的裂缝是完全可以避免和控制的。