基礎地下室混凝土施工的幾點體會
2006-02-15 00:00
摘要： 近年來，國內建筑工程中混凝土工程的體量日漸增大，尤以基礎地下室為甚。同時，隨著我國建筑技術的發(fā)展和城市建設、城市環(huán)保的需要，預拌商品混凝土以其集約化的生產方式， 穩(wěn)定優(yōu)異的產品質量，得到了越來越廣泛的應用。
1 前言
預拌混凝土除了必須滿足強度、剛度、整體性和耐久性要求外，還應滿足現場實際施工的要求。由于預拌混凝土在施工中應滿足從預拌站到工地現場的運輸和現場泵送澆筑工藝的要求，其需要的坍落度比現場自拌混凝土傳統(tǒng)施工工藝大得多，因而在基礎大體積混凝土施工和地下室外墻混凝土施工中，如何有效防止和控制混凝土變形裂縫的出現和開展，顯得非常重要。
本文結合浙江省婦保醫(yī)院新病房大樓工程的基礎地下室混凝土施工實例，介紹了在施工中通過控制配合比、澆筑、養(yǎng)護等一系列措施，有效地防止基礎大體積混凝土和地下室外墻混凝土出現變形裂縫的體會。
2 工程實例
省婦保醫(yī)院新病房大樓工程位于杭州學士路2號，現省婦保醫(yī)院院內，周邊原有建筑密集，場地狹小。主樓地上15層，裙房地上4層，均設2層地下室。建筑面積26570m2，框架剪力墻結構。
2.1 基礎底板大體積混凝土施工
工程采用上翻式承臺、地梁的筏板基礎，底板厚900mm，承臺地梁高1800mm。平面形狀近似為矩形，長54m×寬33m，主樓與裙房間設一條寬800mm后澆帶?；A地下室混凝土強度等級C40，抗?jié)B等級S8，基礎底板混凝土約3000m3。
由于基礎混凝土工程量大，基坑較深，為確保基礎結構的整體性和安全性，考慮施工搭接和市區(qū)施工的困難，基礎底板以后澆帶為界分成A、B兩段施工：A段為后澆帶以西的裙房部分，混凝土量540m3；B段為后澆帶以東的主樓部分，混凝土量1500m3。每段水平向不留施工縫，一次性澆筑；豎向在基礎上翻梁以上500mm處設施工縫。
混凝土下料振搗時按“分層、分段、連續(xù)不斷地薄層澆筑”的原則進行，由于基礎為上翻式地梁，因此底板部分先澆筑并注意振搗密實，上翻梁部分在底板部分澆搗后2h再行澆筑，使底板混凝土有一定的沉落時間，混凝土澆筑至設計標高后，用長刮尺刮平，清除殘余浮漿后用木蟹鐵板打光，混凝土收水后用鐵板反復壓光，壓閉混凝土表面毛細孔，提高混凝土防水性能和表面觀感。
2.2 地下室外墻板混凝土施工
地下室外墻墻厚500mm，總延長米為200m，混凝土C40，抗?jié)B等級S8。與基礎施工相同，以后澆帶為界，分成A、B兩段施工。由于設2層地下室，豎向共設4條施工縫，采用鋼板止水帶止水。
為確保外墻混凝土澆筑的整體性、連貫性，防止出現施工冷縫，在外墻混凝土澆筑前，先將獨立柱和內墻板混凝土預先澆完，以便集中力量進行外墻混凝土的連續(xù)澆搗。
外墻混凝土澆筑采用2臺混凝土泵車，其中1臺固定泵停放在基坑北側，用硬管接入，另一臺置于基坑南側，為汽車移動泵，軟管擺布。混凝土澆筑從后澆帶開始，按斜面分層法振搗，根據當時的氣溫和混凝土的初凝時間，每澆筑一段長度，及時調整泵送管，循序循環(huán)推進，以避免出現施工冷縫。
為避免外墻混凝土收縮裂縫(一般以豎向裂縫的方式出現)的產生，施工時要求在外墻外側設水平溫度鋼筋，間距不大于150mm，且嚴格控制混凝土的保護層厚度嚴禁超厚。
根據泵送工藝要求，混凝土坍落度在現場出料時嚴格控制為12±2cm，凡超出范圍的，一律退場，專人負責此項工作，絕不允許在現場加水。
3 混凝土裂縫產生的原因分析
3.1 基礎大體積混凝土裂縫產生的原因
基礎大體積混凝土施工，由于混凝土內部與表面散熱速率不一樣，在其表面形成較大的溫度梯度，從而引起較大的表面拉應力。同時，此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，溫差產生的表面拉應力，超過此時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土表面產生表面裂縫。此種裂縫一般產生在混凝土澆筑后的第3天(升溫階段)。
混凝土降溫階段，由于逐漸降溫而產生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結構本身的約束，也會產生很大的拉應力，直至出現收縮裂縫。
3.2 地下室外墻混凝土裂縫產生的原因
地下室外墻混凝土裂縫主要是收縮裂縫?；炷两禍禺a生的收縮和硬化時的收縮，受到結構本身和基坑邊壁等的約束，產生較大的拉應力，直至出現收縮裂縫。
4 混凝土配合比的選定
4.1 混凝土配合比
根據上述對大體積混凝土和地下室外墻混凝土產生裂縫的原因，混凝土配合比的選定是至關重要的。經與商品混凝土廠家(華威商品混凝土公司)一起反復試配，選定的配合比中水泥∶黃砂∶石子∶水為1∶3.52∶4.86∶0.44，另DXH-B外加劑1.8%，UEA-H微膨脹劑0.23%，CF礦粉0.54%。
4.2 原材料的選用
(1)水泥：選用錢潮水泥廠＃525普通硅酸鹽水泥，出廠后貯存7d以上，使用前經復試 ，合格后方能使用。
(2)砂、石料：采用細度模數大于2.4的中砂，5～25mm碎石，級配良好。砂、石含泥量均要小于1%。
(3)摻合料：選用上海寶鋼礦渣磨細的高性能磨細礦粉，比表面積400m２以上。
(4)外加劑：減水劑選用DXH-B型高效緩凝減水劑；微膨脹劑選用北京中巖特種工程材料公司生產的UEA-H高效混凝土膨脹劑。
4.3 本配合比的特點和作用
本工程中選定的配合比一個最大的特點，就是水泥用量僅為220kg/m3(一般C40、S8的混 凝土，水泥用量為350～400kg/m3)?；炷磷罡呓^熱溫升Ｔmax與每m3混凝土內的水泥用量成線性正比關系。本工程通過降低水泥用量以防止大體積混凝土裂縫的產生，在保證混凝土強度的前提下，通過摻加高性能磨細礦粉，取代部分水泥以減少水泥用量。磨細礦粉的摻量為膠凝材料用量的34%。
選擇減少水泥用量而不是選用初凝時間長、水化熱低的礦渣水泥，是因為礦渣水泥的析水性比普通硅酸鹽水泥強，在澆筑層表面有大量水析出。析出的水聚集在上下兩澆筑層的表面，造成混凝土的水灰比改變，形成了一層含水量多的夾層，妨礙兩層混凝土粘合，破壞混凝土的整體性，這種混凝土的泌水性與用水量成正比。
目前用作混凝土摻合料的除磨細礦粉外，還有粉煤灰、硅灰和沸石粉等。由于粉煤灰的耐久性不如磨細礦粉，硅灰相對來源少、價格貴，沸石粉則需水量甚大，摻入后增加混凝土泌水性，故選用高性能磨細礦粉作為本工程混凝土的摻合料。
由于水泥砂漿和粗骨料的粘結強度即界面粘結力大小是決定混凝土強度的主要因素之一。因此選擇與水泥適應性好、減水率高的優(yōu)質外加劑也至關重要。同時，考慮到基礎大體積混凝土計劃澆筑時間為10月上旬，當時的白天氣溫仍在27℃以上，尚需使混凝土的初凝時間滿足施工要求。摻用DXH-B型高效緩凝減水劑試配后，混凝土性能就完全滿足了設計和施工要求。
鑒于市場上UEA微膨脹劑多而雜，經多方考證，慎重選用北京中巖特種工程材料公司的專利產品第五代UEA高效混凝土微膨脹劑(UEA-H)。
5 混凝土的測溫和養(yǎng)護
5.1 基礎混凝土的測溫和養(yǎng)護
為防止大體積混凝土內外溫差超過限值而產生溫度裂縫，在混凝土內布置測溫點，掌握基礎內部實際溫度變化情況，監(jiān)視溫差波動，以指導養(yǎng)護工作。
基礎澆搗時氣溫較高，在混凝土表面用木夯緊壓整平后，覆蓋一層塑料薄膜，兩層麻袋布(草袋)，并澆水濕潤，此后根據溫控數據確定覆蓋材料的增減。
基礎承臺測溫點共布置27點，另有薄膜下溫度測點2個，大氣溫度和室內溫度各1個測點，由于測溫點數量不多，因此采用了CU50熱電阻和余姚溫度儀表廠的電子測溫儀進行監(jiān)測。
根據經驗，大體積混凝土的溫差變化在1～72h內波動最大，因此在這段時間現場值班不間斷測量，測試頻率為每2h一次，測試時要求記錄以下數據：①混凝土入模溫度；②每次測溫時間，各測點溫度值；③各部位保溫材料的覆蓋和去除時間；④澆水養(yǎng)護或恢復保溫時間；⑤異常情況如雨、風等發(fā)生的時間。
測溫前確定混凝土內中心溫度與表面薄膜下溫差達到27℃時，必須采取保溫應急措施，實測 溫度顯示大多數測試點溫差值在25℃以下，僅有2點一度溫差值超過29℃，現場采取停止?jié)?水養(yǎng)護和覆蓋雙層干麻袋后在1h內即以提高表面溫度來降低內外溫差。
5.2 地下室外墻混凝土的養(yǎng)護
地下室外墻混凝土易出現收縮裂縫，除在配合比選定上采取積極的預防措施，在施工中采取外側加密橫向鋼筋、嚴格控制坍落度等措施外，后期的養(yǎng)護也至關重要。本工程采取以下措施：
長期的帶模養(yǎng)護：由于采用木模，故保持模板的完全濕潤可以使得混凝土內部拌合水的水化過程中，保持濕潤環(huán)境，補充水源。澆水養(yǎng)護基本上采取連續(xù)循環(huán)的方式，澆水面為外墻的內外側面。在混凝土獲得一定強度后，松開對銷螺栓，使得模板與混凝土界面可以蓄水，帶模養(yǎng)護，規(guī)定20d拆模。
繼續(xù)養(yǎng)護：模板拆除后，繼續(xù)對外墻混凝土澆水養(yǎng)護15d。
6 幾點體會
省婦保新病房大樓地下室工程完成后，基礎大體積混凝土表面和外墻混凝土表面均無明顯裂縫出現，達到了預期目的。
1. 泵送商品混凝土施工的地下室外墻易出現收縮裂縫，但只要措施得當，還是可以避免或得以控制的。關鍵在于(a)在保證混凝土強度的前提下，盡可能降低每m３混凝土的水泥用量。(b)盡可能將墻板的水平鋼筋置于混凝土外側，控制混凝土保護層厚度不得超厚，水平鋼筋的間距盡可能小于150mm。(c)嚴格控制混凝土坍落度，絕不允許現場加水。(d)建議盡可能延長拆模時間，澆水養(yǎng)護時間應大于30d。
2. 基礎大體積混凝土施工控制表面溫度裂縫的產生，首先應從選定混凝土配合比入手。只要對摻合料、緩凝減水劑等選擇合適，通過試配完全可以大大降低每m３混凝土的水泥用量，降低混凝土的最高絕熱溫升，從根本上解決升溫階段的裂縫產生。
3. 摻加高性能磨細礦粉能有效地降低每m３混凝土的水泥用量，其性能優(yōu)于粉煤灰。
4. 對基礎大體積混凝土而言，養(yǎng)護措施極為重要，應根據施工時的氣溫、測溫情況，采取相應的養(yǎng)護方法。布置合理的測溫手段是必不可少的，可以為養(yǎng)護提供調整依據。
摻加UEA-H高效微膨脹劑對混凝土能起到補償收縮作用，可有效地提高混凝土的抗裂縫抗?jié)B能力。
1 前言
預拌混凝土除了必須滿足強度、剛度、整體性和耐久性要求外，還應滿足現場實際施工的要求。由于預拌混凝土在施工中應滿足從預拌站到工地現場的運輸和現場泵送澆筑工藝的要求，其需要的坍落度比現場自拌混凝土傳統(tǒng)施工工藝大得多，因而在基礎大體積混凝土施工和地下室外墻混凝土施工中，如何有效防止和控制混凝土變形裂縫的出現和開展，顯得非常重要。
本文結合浙江省婦保醫(yī)院新病房大樓工程的基礎地下室混凝土施工實例，介紹了在施工中通過控制配合比、澆筑、養(yǎng)護等一系列措施，有效地防止基礎大體積混凝土和地下室外墻混凝土出現變形裂縫的體會。
2 工程實例
省婦保醫(yī)院新病房大樓工程位于杭州學士路2號，現省婦保醫(yī)院院內，周邊原有建筑密集，場地狹小。主樓地上15層，裙房地上4層，均設2層地下室。建筑面積26570m2，框架剪力墻結構。
2.1 基礎底板大體積混凝土施工
工程采用上翻式承臺、地梁的筏板基礎，底板厚900mm，承臺地梁高1800mm。平面形狀近似為矩形，長54m×寬33m，主樓與裙房間設一條寬800mm后澆帶?；A地下室混凝土強度等級C40，抗?jié)B等級S8，基礎底板混凝土約3000m3。
由于基礎混凝土工程量大，基坑較深，為確保基礎結構的整體性和安全性，考慮施工搭接和市區(qū)施工的困難，基礎底板以后澆帶為界分成A、B兩段施工：A段為后澆帶以西的裙房部分，混凝土量540m3；B段為后澆帶以東的主樓部分，混凝土量1500m3。每段水平向不留施工縫，一次性澆筑；豎向在基礎上翻梁以上500mm處設施工縫。
混凝土下料振搗時按“分層、分段、連續(xù)不斷地薄層澆筑”的原則進行，由于基礎為上翻式地梁，因此底板部分先澆筑并注意振搗密實，上翻梁部分在底板部分澆搗后2h再行澆筑，使底板混凝土有一定的沉落時間，混凝土澆筑至設計標高后，用長刮尺刮平，清除殘余浮漿后用木蟹鐵板打光，混凝土收水后用鐵板反復壓光，壓閉混凝土表面毛細孔，提高混凝土防水性能和表面觀感。
2.2 地下室外墻板混凝土施工
地下室外墻墻厚500mm，總延長米為200m，混凝土C40，抗?jié)B等級S8。與基礎施工相同，以后澆帶為界，分成A、B兩段施工。由于設2層地下室，豎向共設4條施工縫，采用鋼板止水帶止水。
為確保外墻混凝土澆筑的整體性、連貫性，防止出現施工冷縫，在外墻混凝土澆筑前，先將獨立柱和內墻板混凝土預先澆完，以便集中力量進行外墻混凝土的連續(xù)澆搗。
外墻混凝土澆筑采用2臺混凝土泵車，其中1臺固定泵停放在基坑北側，用硬管接入，另一臺置于基坑南側，為汽車移動泵，軟管擺布。混凝土澆筑從后澆帶開始，按斜面分層法振搗，根據當時的氣溫和混凝土的初凝時間，每澆筑一段長度，及時調整泵送管，循序循環(huán)推進，以避免出現施工冷縫。
為避免外墻混凝土收縮裂縫(一般以豎向裂縫的方式出現)的產生，施工時要求在外墻外側設水平溫度鋼筋，間距不大于150mm，且嚴格控制混凝土的保護層厚度嚴禁超厚。
根據泵送工藝要求，混凝土坍落度在現場出料時嚴格控制為12±2cm，凡超出范圍的，一律退場，專人負責此項工作，絕不允許在現場加水。
3 混凝土裂縫產生的原因分析
3.1 基礎大體積混凝土裂縫產生的原因
基礎大體積混凝土施工，由于混凝土內部與表面散熱速率不一樣，在其表面形成較大的溫度梯度，從而引起較大的表面拉應力。同時，此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，溫差產生的表面拉應力，超過此時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土表面產生表面裂縫。此種裂縫一般產生在混凝土澆筑后的第3天(升溫階段)。
混凝土降溫階段，由于逐漸降溫而產生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結構本身的約束，也會產生很大的拉應力，直至出現收縮裂縫。
3.2 地下室外墻混凝土裂縫產生的原因
地下室外墻混凝土裂縫主要是收縮裂縫?；炷两禍禺a生的收縮和硬化時的收縮，受到結構本身和基坑邊壁等的約束，產生較大的拉應力，直至出現收縮裂縫。
4 混凝土配合比的選定
4.1 混凝土配合比
根據上述對大體積混凝土和地下室外墻混凝土產生裂縫的原因，混凝土配合比的選定是至關重要的。經與商品混凝土廠家(華威商品混凝土公司)一起反復試配，選定的配合比中水泥∶黃砂∶石子∶水為1∶3.52∶4.86∶0.44，另DXH-B外加劑1.8%，UEA-H微膨脹劑0.23%，CF礦粉0.54%。
4.2 原材料的選用
(1)水泥：選用錢潮水泥廠＃525普通硅酸鹽水泥，出廠后貯存7d以上，使用前經復試 ，合格后方能使用。
(2)砂、石料：采用細度模數大于2.4的中砂，5～25mm碎石，級配良好。砂、石含泥量均要小于1%。
(3)摻合料：選用上海寶鋼礦渣磨細的高性能磨細礦粉，比表面積400m２以上。
(4)外加劑：減水劑選用DXH-B型高效緩凝減水劑；微膨脹劑選用北京中巖特種工程材料公司生產的UEA-H高效混凝土膨脹劑。
4.3 本配合比的特點和作用
本工程中選定的配合比一個最大的特點，就是水泥用量僅為220kg/m3(一般C40、S8的混 凝土，水泥用量為350～400kg/m3)?；炷磷罡呓^熱溫升Ｔmax與每m3混凝土內的水泥用量成線性正比關系。本工程通過降低水泥用量以防止大體積混凝土裂縫的產生，在保證混凝土強度的前提下，通過摻加高性能磨細礦粉，取代部分水泥以減少水泥用量。磨細礦粉的摻量為膠凝材料用量的34%。
選擇減少水泥用量而不是選用初凝時間長、水化熱低的礦渣水泥，是因為礦渣水泥的析水性比普通硅酸鹽水泥強，在澆筑層表面有大量水析出。析出的水聚集在上下兩澆筑層的表面，造成混凝土的水灰比改變，形成了一層含水量多的夾層，妨礙兩層混凝土粘合，破壞混凝土的整體性，這種混凝土的泌水性與用水量成正比。
目前用作混凝土摻合料的除磨細礦粉外，還有粉煤灰、硅灰和沸石粉等。由于粉煤灰的耐久性不如磨細礦粉，硅灰相對來源少、價格貴，沸石粉則需水量甚大，摻入后增加混凝土泌水性，故選用高性能磨細礦粉作為本工程混凝土的摻合料。
由于水泥砂漿和粗骨料的粘結強度即界面粘結力大小是決定混凝土強度的主要因素之一。因此選擇與水泥適應性好、減水率高的優(yōu)質外加劑也至關重要。同時，考慮到基礎大體積混凝土計劃澆筑時間為10月上旬，當時的白天氣溫仍在27℃以上，尚需使混凝土的初凝時間滿足施工要求。摻用DXH-B型高效緩凝減水劑試配后，混凝土性能就完全滿足了設計和施工要求。
鑒于市場上UEA微膨脹劑多而雜，經多方考證，慎重選用北京中巖特種工程材料公司的專利產品第五代UEA高效混凝土微膨脹劑(UEA-H)。
5 混凝土的測溫和養(yǎng)護
5.1 基礎混凝土的測溫和養(yǎng)護
為防止大體積混凝土內外溫差超過限值而產生溫度裂縫，在混凝土內布置測溫點，掌握基礎內部實際溫度變化情況，監(jiān)視溫差波動，以指導養(yǎng)護工作。
基礎澆搗時氣溫較高，在混凝土表面用木夯緊壓整平后，覆蓋一層塑料薄膜，兩層麻袋布(草袋)，并澆水濕潤，此后根據溫控數據確定覆蓋材料的增減。
基礎承臺測溫點共布置27點，另有薄膜下溫度測點2個，大氣溫度和室內溫度各1個測點，由于測溫點數量不多，因此采用了CU50熱電阻和余姚溫度儀表廠的電子測溫儀進行監(jiān)測。
根據經驗，大體積混凝土的溫差變化在1～72h內波動最大，因此在這段時間現場值班不間斷測量，測試頻率為每2h一次，測試時要求記錄以下數據：①混凝土入模溫度；②每次測溫時間，各測點溫度值；③各部位保溫材料的覆蓋和去除時間；④澆水養(yǎng)護或恢復保溫時間；⑤異常情況如雨、風等發(fā)生的時間。
測溫前確定混凝土內中心溫度與表面薄膜下溫差達到27℃時，必須采取保溫應急措施，實測 溫度顯示大多數測試點溫差值在25℃以下，僅有2點一度溫差值超過29℃，現場采取停止?jié)?水養(yǎng)護和覆蓋雙層干麻袋后在1h內即以提高表面溫度來降低內外溫差。
5.2 地下室外墻混凝土的養(yǎng)護
地下室外墻混凝土易出現收縮裂縫，除在配合比選定上采取積極的預防措施，在施工中采取外側加密橫向鋼筋、嚴格控制坍落度等措施外，后期的養(yǎng)護也至關重要。本工程采取以下措施：
長期的帶模養(yǎng)護：由于采用木模，故保持模板的完全濕潤可以使得混凝土內部拌合水的水化過程中，保持濕潤環(huán)境，補充水源。澆水養(yǎng)護基本上采取連續(xù)循環(huán)的方式，澆水面為外墻的內外側面。在混凝土獲得一定強度后，松開對銷螺栓，使得模板與混凝土界面可以蓄水，帶模養(yǎng)護，規(guī)定20d拆模。
繼續(xù)養(yǎng)護：模板拆除后，繼續(xù)對外墻混凝土澆水養(yǎng)護15d。
6 幾點體會
省婦保新病房大樓地下室工程完成后，基礎大體積混凝土表面和外墻混凝土表面均無明顯裂縫出現，達到了預期目的。
1. 泵送商品混凝土施工的地下室外墻易出現收縮裂縫，但只要措施得當，還是可以避免或得以控制的。關鍵在于(a)在保證混凝土強度的前提下，盡可能降低每m３混凝土的水泥用量。(b)盡可能將墻板的水平鋼筋置于混凝土外側，控制混凝土保護層厚度不得超厚，水平鋼筋的間距盡可能小于150mm。(c)嚴格控制混凝土坍落度，絕不允許現場加水。(d)建議盡可能延長拆模時間，澆水養(yǎng)護時間應大于30d。
2. 基礎大體積混凝土施工控制表面溫度裂縫的產生，首先應從選定混凝土配合比入手。只要對摻合料、緩凝減水劑等選擇合適，通過試配完全可以大大降低每m３混凝土的水泥用量，降低混凝土的最高絕熱溫升，從根本上解決升溫階段的裂縫產生。
3. 摻加高性能磨細礦粉能有效地降低每m３混凝土的水泥用量，其性能優(yōu)于粉煤灰。
4. 對基礎大體積混凝土而言，養(yǎng)護措施極為重要，應根據施工時的氣溫、測溫情況，采取相應的養(yǎng)護方法。布置合理的測溫手段是必不可少的，可以為養(yǎng)護提供調整依據。
摻加UEA-H高效微膨脹劑對混凝土能起到補償收縮作用，可有效地提高混凝土的抗裂縫抗?jié)B能力。
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