韓貴才

中國(guó)水利水電第三工程局有限公司 陜西 西安 710024

引言

本文較為系統(tǒng)的對(duì)了高層建筑地下室大體積砼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工的主要因素及問題進(jìn)行了分析，針對(duì)這些問題提出了相應(yīng)的解決方案，希望能夠幫助到建筑施工行業(yè)的相關(guān)人員。

為適應(yīng)高程建筑地基在長(zhǎng)期重力荷載作用下變形，有效傳遞地上結(jié)構(gòu)荷載，提高地下結(jié)構(gòu)整體性能，滿足建筑物整體強(qiáng)度及穩(wěn)定要求，高層建筑在地下砼基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的厚度越來越厚，當(dāng)結(jié)構(gòu)物超過150m時(shí)，地下筏板、承臺(tái)基礎(chǔ)厚度可超過2.0m，如何快速、優(yōu)質(zhì)的進(jìn)行這種大體積的砼施工，降低施工成本，提高建筑結(jié)構(gòu)整體性和安全性，需要從以下幾方面進(jìn)行分析完善。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 基底處理

在進(jìn)行基底處理的時(shí)候，需要對(duì)基底進(jìn)行充分的清理?？梢圆捎脵C(jī)械振動(dòng)的方式。在基底處理的過程中，需要通過清理基底上的雜物以及孔洞等進(jìn)行清理。尤其是當(dāng)基底上存在大量孔洞以及其他雜物時(shí)，需要進(jìn)行清理工作；另外，還需要對(duì)基底地基采取有效的防護(hù)措施來保護(hù)基底結(jié)構(gòu)以及建筑基體避免受到破壞。而對(duì)于基底標(biāo)高等技術(shù)方面的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制、并做好相關(guān)記錄工作。對(duì)基底地基處理之后，還需要經(jīng)過24h的養(yǎng)護(hù)時(shí)間完成基底加固工作，一般情況下需要2～3d后進(jìn)行二次加固處理。

1.2 結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)層是整個(gè)結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定的基礎(chǔ)，而大體積砼技術(shù)的結(jié)構(gòu)層通常為基礎(chǔ)混凝土以及上層混凝土。結(jié)構(gòu)層主要包括混凝土層、灰土水泥砂漿層、粉煤灰混凝土以及灰土水泥砂漿層等等。在對(duì)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理把握結(jié)構(gòu)層抗壓強(qiáng)度值、結(jié)構(gòu)層抗剪強(qiáng)度值以及剪切強(qiáng)度值等重要指標(biāo)。在對(duì)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意每層結(jié)構(gòu)層之間的差異性，從而使結(jié)構(gòu)層能夠更加高效地完成澆筑工作。在保證結(jié)構(gòu)層之間能夠形成良好的剛度連接之后，還應(yīng)注意每層結(jié)構(gòu)層之間進(jìn)行相互組合。

1.3 鋼筋籠的設(shè)置

鋼筋籠的需要在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基礎(chǔ)上，結(jié)合砼施工需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保大體積砼技術(shù)的順利完成。首先，對(duì)于每個(gè)不同規(guī)格的鋼筋籠應(yīng)該保持一致。其次，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式選擇不同直徑的鋼筋。最后，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況將每一個(gè)鋼筋籠進(jìn)行適當(dāng)?shù)貏澐?，然后采用不同的方式來確保其能夠相互獨(dú)立。這樣才能夠保障鋼筋籠相互之間充分融合從而發(fā)揮出最大的優(yōu)勢(shì)。

1.4 混凝土澆筑

一般情況下混凝土澆筑需要注意以下幾點(diǎn)：第一，根據(jù)結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)，需要選擇適合本層施工所需混凝土澆筑材料。第二，混凝土澆筑在確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下必須采取合理的澆筑方式與步驟。第三，混凝土澆筑需要根據(jù)澆筑進(jìn)度采取有效的控制措施。第四，混凝土澆筑一般會(huì)有人工干預(yù)的作用。第五，要注意混凝土澆筑要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求、工程進(jìn)度以及現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)施施工，確?；炷琳w施工效果達(dá)到規(guī)范要求和工程目標(biāo)。在混凝土制備方面也要嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，確保工程質(zhì)量和工程效益達(dá)到最優(yōu)[1]。

通常在進(jìn)行大體積基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)施工中，為滿足混凝土溫度應(yīng)力需要，當(dāng)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土超過1.0m時(shí)，一般采用多次成型工藝進(jìn)行施工。多次成型工藝是將整個(gè)基礎(chǔ)混凝土進(jìn)行分區(qū)間隔各分區(qū)間設(shè)置垂直施工縫或后澆帶澆筑，分多次間隔澆筑成型。這種方法施工組織比較簡(jiǎn)單，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制難度小，但整個(gè)結(jié)構(gòu)多次間隔施工，完成結(jié)構(gòu)整體性因?yàn)榛A(chǔ)筏板內(nèi)部存在施工縫、后澆帶等薄弱部位而較差，整個(gè)混凝土多次間隔澆筑，重復(fù)準(zhǔn)備和混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，施工工期長(zhǎng)，工期也不易控制，并且結(jié)構(gòu)整體性不易保證，當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋深較大，地下水位較深時(shí)，若底部防水破壞，存在較大的滲水風(fēng)險(xiǎn)。

為提高基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)整體性能，節(jié)約混凝土多次成型所需的模板安裝、基面清理等重復(fù)準(zhǔn)備時(shí)間，縮短施工工期，高層、超高層基礎(chǔ)混凝應(yīng)盡可能采用一次成型工藝進(jìn)行施工，在采取一次性混凝土成型工藝時(shí)，需要對(duì)混凝土生產(chǎn)供應(yīng)能力、混凝土入倉(cāng)措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)混凝土溫度應(yīng)力進(jìn)行分析，采取切實(shí)有效的混凝土施工控制措施，防止?jié)仓蟮幕炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生貫穿性的溫度裂縫。

1.5 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)計(jì)算和分析

對(duì)于大體積砼結(jié)構(gòu)的計(jì)算，應(yīng)重點(diǎn)考慮其強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題，并對(duì)其變形的大小進(jìn)行全面的分析。大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：①地下結(jié)構(gòu)與地面之間的空間。②地下結(jié)構(gòu)與周圍結(jié)構(gòu)之間的空間。③地下結(jié)構(gòu)與建筑物內(nèi)部空間之間的空間。④地下結(jié)構(gòu)與周圍建筑物之間的空間。⑤結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境之間的空間。⑥地下結(jié)構(gòu)與建筑物內(nèi)部材料之間的空間。因此，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和地下結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析或計(jì)算。一般來說，大體積混凝土結(jié)構(gòu)具有以下一些特征：①混凝土強(qiáng)度高且穩(wěn)定性好；②結(jié)構(gòu)中鋼筋數(shù)量較多；③地下室地面可直接作為地下室的基礎(chǔ)部分；④在這種情況下，要考慮底板與基礎(chǔ)之間距離較大；⑤地下室內(nèi)部空間較大；⑥結(jié)構(gòu)與周圍建筑的結(jié)合處所需空間較大；⑦地下室結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、形狀多變。根據(jù)這些特點(diǎn)計(jì)算確定施工方案并進(jìn)行認(rèn)真的分析和計(jì)算是非常必要的。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)了解大體積砼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、施工工藝以及其所產(chǎn)生的影響。其次應(yīng)根據(jù)所需要進(jìn)行分析計(jì)算并確定地下結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求。另外，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與周圍建筑間緊密結(jié)合處所需保持足夠高度、有效距離等因素的考慮。

2 超高層地下室大體積混凝土溫度裂縫控制

在溫度、濕度等條件下，混凝土也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的拉伸變形，若超過極限，則會(huì)引起混凝土開裂。

在超高層建筑工程中，施工通常是在建筑物的基礎(chǔ)上進(jìn)行，造成了混凝土內(nèi)部熱量的緩慢釋放。另外，由于房屋結(jié)構(gòu)中有大量的配筋，而且配筋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼筋直徑大，使得鋼筋的變形與混凝土的間距也較大，所以在混凝土發(fā)生變形時(shí)，會(huì)在鋼筋內(nèi)部形成輻射裂紋。由于鋼筋的彈性模量是普通混凝土的7-15倍，因此，鋼筋與混凝土之間的膨脹不能同時(shí)進(jìn)行，從而引起混凝土開裂。

超高層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各構(gòu)件的受力和截面的大小有一定的差距。從而引起構(gòu)件剛度、溫度應(yīng)力和配筋量的不同，從而引起混凝土開裂。在混凝土施工期間，外界溫度對(duì)混凝土開裂有較大的影響。澆注溫度對(duì)混凝土內(nèi)部溫度有直接的影響。建筑內(nèi)部的混凝土在水泥水化熱作用下，其內(nèi)部的溫度可以達(dá)到90℃，若不采取措施，內(nèi)部降溫緩慢。當(dāng)外界氣溫驟降時(shí)，溫度梯度增大，使混凝土中的溫度應(yīng)力增大，從而引起混凝土內(nèi)部的壓縮應(yīng)力。

混凝土為脆性物質(zhì)，其壓縮強(qiáng)度為10倍于拉伸強(qiáng)度，并且因其抗拉變形特性，在進(jìn)行短期載荷時(shí)，其極限拉伸變形僅為0.6×10-4～1×10-4，即在溫度下降6～10℃時(shí)產(chǎn)生的變形，長(zhǎng)時(shí)間加載時(shí)的極限拉伸變形值為1.2×10-4～2×10-4。

由于混凝土大部分時(shí)間都與基礎(chǔ)一起澆筑，因此，在溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土澆筑會(huì)受地基的限制，產(chǎn)生外部約束。在混凝土初期，混凝土的受熱過程中，受約束面的限制，會(huì)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，其彈性模量相對(duì)較低。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)混凝土的內(nèi)外溫差小于25℃時(shí)，溫度裂縫基本不會(huì)發(fā)生，因此，通過改進(jìn)約束條件，減小大體積混凝土的內(nèi)外溫差，砼內(nèi)部埋設(shè)冷卻管管路，通水降溫可以有效地防止裂縫的發(fā)生[2]。

3 高層建筑大體積砼的施工技術(shù)措施

3.1 嚴(yán)格控制施工原材料的選擇

建筑材料的選擇對(duì)工程質(zhì)量有很大的影響，水泥類型、砂石和化學(xué)外加劑的選擇對(duì)大塊砼的施工質(zhì)量有很好的控制作用。由于水泥的水化熱釋放是引起建筑開裂的重要因素，因此在選用水泥作為原材料時(shí)，應(yīng)選用低水化熱的水泥如火山灰水泥、硅酸鹽水泥等，避免砼內(nèi)外溫差過大，既能保證砼的強(qiáng)度，又能降低水泥用量；用不合格的水泥，對(duì)高層建筑質(zhì)量造成很大的影響；另外，砼集料的選用要嚴(yán)格，盡量選用碎石、鵝卵石等細(xì)度大的集料，盡量降低片狀集料的用量，降低砼中的水泥用量，從而達(dá)到控制水泥水化熱的目的；適量加入粉煤灰可以降低砼的水化熱，改善砼的可泵性，但在選用時(shí)要注意細(xì)度和粒徑，必須滿足I級(jí)的要求，在使用時(shí)要作相應(yīng)的計(jì)算，不能降低砼的抗?jié)B性；在選用外摻劑時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際和施工技術(shù)，盡量采用外加劑，既能達(dá)到建筑強(qiáng)度等級(jí)，又能有效地降低水泥用量，有效地降低水化熱。

3.2 模板施工技術(shù)應(yīng)用

在結(jié)構(gòu)工程中，大體積砼的施工是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，只有保證了模板的施工質(zhì)量，才能使大體積砼的施工質(zhì)量得到切實(shí)的保障。在進(jìn)行大體積砼澆筑過程中，應(yīng)優(yōu)先使用大型組合式鋼模板，保證模板剛度和強(qiáng)度，確保砼澆筑過程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.3 砼振搗施工技術(shù)

澆筑完畢后必須及時(shí)進(jìn)行振動(dòng)，以提高砼的致密性。振搗作業(yè)要求在不同的澆注區(qū)內(nèi)設(shè)置振桿，并按要求的振搗工藝要領(lǐng)進(jìn)行振搗。為了提高下段砼振搗的質(zhì)量，可將振動(dòng)棒插入砼鋼筋區(qū)和坡腳部位，以保證振動(dòng)的緊實(shí)度。對(duì)于鋼筋密度較大或振動(dòng)空間較小的地區(qū)，應(yīng)采取斜振方法。另外，如果采用分層澆筑，則應(yīng)在底層砼初凝前進(jìn)行振搗，避免上部和下部砼間產(chǎn)生冷縫；為了保證振動(dòng)的適宜性，防止漏振和振動(dòng)，特別是在砼的表面不會(huì)產(chǎn)生氣泡，否則過振會(huì)導(dǎo)致大量的粗集料在地基上堆積，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；如果沒有足夠的振動(dòng)和漏振，將會(huì)對(duì)砼的致密程度產(chǎn)生一定的影響。

3.4 砼的溫度測(cè)量工作

對(duì)大體積砼進(jìn)行溫度測(cè)量和控制，可以降低砼開裂的概率。企業(yè)應(yīng)探索檢測(cè)大體積砼的溫度，并采用簡(jiǎn)便、高效的方法測(cè)量砼的內(nèi)部溫度。通常我們采用的是電阻式溫度表，在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，要保證砼的每一層土層都能精確地測(cè)量，避免因局部溫差過大而出現(xiàn)裂縫，要正確地選擇測(cè)溫點(diǎn)和測(cè)溫線，以保證測(cè)溫線與鋼筋之間的接觸，保證測(cè)溫的精度，測(cè)完后要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究其溫度特征，以便及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，預(yù)防出現(xiàn)大面積砼開裂。

3.5 建筑工程大體積砼施工后技術(shù)控制

防止砼因內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂，從而提高砼的整體質(zhì)量。根據(jù)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)砼溫升計(jì)算結(jié)果，在砼澆筑時(shí)埋入冷卻管路，待砼初凝后，通水降溫，冷卻管路可采用鋼管、pvc管等。合理選用保溫、保濕等養(yǎng)護(hù)措施。保濕是保證砼表面始終保持一定的濕度，防止砼表面發(fā)生干燥收縮開裂，從而增加砼的抗拉強(qiáng)度。保溫原則是保證砼的表面溫度在合適的范圍內(nèi)，防止砼內(nèi)部和外部溫度過高，否則砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超出了砼本身的抗拉強(qiáng)度，將導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)開裂。在測(cè)量砼大塊砼溫度時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，通常以中間、表面和底部三個(gè)部位為主體，而相鄰的測(cè)溫點(diǎn)的橫向和縱向間距分別為250～500cm和50～80cm。在大體積砼的加熱階段，通常每3h進(jìn)行一次溫度測(cè)量；在下降時(shí)，可以每8h進(jìn)行一次溫度測(cè)量，以保證砼的內(nèi)外溫差得到有效的控制[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑行業(yè)在未來的發(fā)展中會(huì)面臨著更多的挑戰(zhàn)，尤其是在大大體積砼工程的施工過程中，可能會(huì)對(duì)施工企業(yè)產(chǎn)生一定的影響。所以在對(duì)大體積砼工程施工過程進(jìn)行控制時(shí)，需要不斷采取新技術(shù)、新方法來降低施工成本。同時(shí)還要不斷完善大大體積砼施工技術(shù)。而這些技術(shù)既要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，也需要通過不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來完善設(shè)計(jì)施工方案。因此想要有效地控制施工過程中存在的主要問題并確保施工質(zhì)量可靠，就需要通過積極采取有效措施來降低施工成本。同時(shí)還需要根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況來合理選擇合適的施工技術(shù)來完成大體積砼這一工程項(xiàng)目。只有合理地結(jié)合實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化后，才能夠使這一工程項(xiàng)目具有更高的安全性。而對(duì)于設(shè)計(jì)施工方案來說需要滿足相關(guān)規(guī)定，同時(shí)還要符合國(guó)家工程建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范等內(nèi)容，以此來保證設(shè)計(jì)施工方案更加科學(xué)合理。只有這樣，才能夠讓設(shè)計(jì)施工方案更加符合實(shí)際情況并確保工程質(zhì)量安全。