楊 勇 （廈門建發(fā)城服工程管理有限公司，福建 廈門 361000）

近年來，隨著各類商業(yè)建筑和民用建筑建設規(guī)模的增長，對應的深基坑混凝土施工工程量越來越大。特別是隨著一些大型商業(yè)綜合體以及超高層建筑的建設實施，對應的深基坑超大體積混凝土施工質(zhì)量控制越來越受到同行者們的關注。

1 深基坑超大體積混凝土施工材料選擇及配比設置

正確選擇深基坑超大體積混凝土的施工原材料，并進行合理的施工配比設置，是開展深基坑超大體積混凝土施工技術(shù)的第一步。

1.1 深基坑超大體積混凝土原材料選擇

根據(jù)我國福建省廈門市各地深基坑超大體積混凝土施工現(xiàn)場的調(diào)研及數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果來看，在我國廈門市地區(qū)，深基坑超大體積混凝土施工原材料主要有水泥、粉煤灰、礦渣粉、粗細骨料、減水劑、膨脹劑、拌合水。上述主要原材料的有關技術(shù)參數(shù)如下：

（1）水泥：最常用的水泥規(guī)格型號為P·O 42.5，該類水泥在標準養(yǎng)護期間，7d 抗壓強度平均值為33.6MPa、抗折強度平均值為5.5MPa；28d 抗壓強度平均值為48.3MPa、抗折強度平均值為8.7MPa。

（2）粉煤灰：粉煤灰作為深基坑超大體積混凝土中重要的膠凝礦物摻合料，其物理性能與化學成分對超大體積混凝土的水化熱有很大的影響。在廈門市地區(qū)的各施工現(xiàn)場，其混凝土中所含粉煤灰細度均值為23.5%、燒失量均值為4.0%、含水率均值為0.2%、需水量比均值為98%；在其化學成分中，Al2O3含量均值為29.26%、CaO 含量均值為3.43%、Fe2O3的含量均值為6.48%、TiO2的含量均值為1.89%、K2O 的含量均值為1.54%、SO3的含量均值為1.17%、Na2O 的含量均值為0.36%、MgO 的含量均值為0.65%、MnO 含量均值為0.38%。

（3）在廈門市區(qū)域范圍內(nèi)，深基坑超大體積混凝土所用粗骨料主要為連續(xù)級配碎石，細骨料主要為砂，連續(xù)級配碎石的表觀密度均值為2640kg/m3、堆積密度均值為1540kg/m3、孔隙率均值為44%、緊密堆積密度均值為1640kg/m3、緊密堆積孔隙率均值為40%、硫化物和硫酸鹽含量均值為0、堅固性均值為3%、堿活性均值為0.06%；砂細度模數(shù)均值2.7、表觀密度均值為2650kg/m3、堿活性均值0.03%。

（4）減水劑：摻量均值為2.0%、氯離子含量≤0.5%、硫酸鈉含量≤5.0%、堿含量≤10.0%、甲醛含量≤0.05%、減水率≥25%、含氣量≤6.0%、常壓泌水率比≤15.0%。

（5）膨脹劑：堿含量均值為0.60%、抗腐蝕系數(shù)均為0.92、水中7d限制膨脹率均值為0.028%、空氣中21d限制膨脹率均值為-0.012%。

（6）拌合水：pH 均值為6.7、堿含量均值為1300mg/L、SO42-含量均值為1600mg/L、Cl-含量均值為700mg/L、不溶物含量均值為12mg/L、可溶物含量均值為1600mg/L。

1.2 深基坑超大體積混凝土配合比設置

通過實地調(diào)研弄清了廈門市各地的深基坑超大體積混凝土原材料及其技術(shù)參數(shù)后，需要進一步對有關材料的最佳配合比進行試驗確認。根據(jù)施工現(xiàn)場調(diào)研情況來看，目前廈門市區(qū)域范圍內(nèi)各深基坑超大體積混凝土施工現(xiàn)場所用配比及具體配比參數(shù)如下：

（1）配比型號-1：水泥215kg/m3、粉煤灰68kg/m3、礦渣105kg/m3、細骨料砂705kg/m3、粗骨料石1000kg/m3、拌合水150kg/m3、減水劑10.3kg/m3、膨脹劑30kg/m3。

（2）配比型號-2：水泥220kg/m3、粉煤灰70kg/m3、礦渣110kg/m3、細骨料砂710kg/m3、粗骨料石1050kg/m3、拌合水155kg/m3、減水劑10.5kg/m3、膨脹劑31kg/m3。

（3）配比型號-3：水泥220kg/m3、粉煤灰70kg/m3、礦渣110kg/m3、細骨料砂710kg/m3、粗骨料石1100kg/m3、拌合水160kg/m3、減水劑10.5kg/m3、膨脹劑32kg/m3。

根據(jù)上述三個配比分別制作混凝土標準試塊進行養(yǎng)護，并通過試驗測定試塊7d、28d 抗壓強度與抗折強度，經(jīng)試驗測定配比型號-3 所對應的試塊抗壓強度和抗折強度值最大，因此，判斷配比型號-3所對應的混凝土配合比宜為廈門市區(qū)域范圍內(nèi)深基坑超大體積混凝土施工的最佳配比。

2 深基坑超大體積混凝土施工期間溫度裂縫控制

對施工期間的溫度裂縫進行控制，需要掌握溫度裂縫的控制原理，包括各齡期溫度收縮應力計算、最大自約束應力計算、抗拉強度計算、防裂性能判斷等四個方面的內(nèi)容。

2.1 各齡期溫度收縮應力計算

深基坑超大體積混凝土在施工過程中的各齡期溫度收縮應力計算式如式（1）所示[1]。

式中σ(t)-溫度收縮應力，MPa；

v-泊松比（經(jīng)測定，配比型號-3的泊松比為0.15）；

Sh(t)-松弛系數(shù)（經(jīng)測定，配比型號-3的松弛系數(shù)為0.000032）；

Rk-外約束系數(shù)（經(jīng)測定，配比型號-3 的外約束系數(shù)為0.4）。

2.2 最大自約束應力計算

深基坑超大體積混凝土在施工過程中的最大自約束應力計算式如式（2）所示[2]。

式中σzmax-最大自約束應力，MPa；

ΔTmax-施工階段的最大內(nèi)外溫度差，℃；

E(t)-施工階段各齡期的彈性模量，MPa；

部門用戶管理——系統(tǒng)管理員可以進行部門管理和用戶管理等操作，如添加刪除部門、調(diào)整部門從屬關系、查看部門詳細信息和部門下包含用戶、查看用戶詳細信息、調(diào)整用戶部門等。

H(t,τ)-施工階段各齡期的松弛系數(shù)均值（經(jīng)測定，配比型號-3在各齡期的松弛系數(shù)均值為0.00003）。

2.3 抗拉強度計算

深基坑超大體積混凝土在施工過程中的抗拉強度計算式如式（3）所示[3]。

式中ftk(t)-齡期為t時對應的抗拉強度標準值，其單位為MPa；

ftk-抗拉強度標準值，其單位為MPa（經(jīng)測定，配比型號-3的抗拉強度標準值為2.39MPa）。

2.4 防裂性能判斷

根據(jù)大量的文獻查閱可知，要判斷深基坑超大體積混凝土在施工期間是否產(chǎn)生裂縫，可根據(jù)式（4）所示的函數(shù)關系開展防裂性能判斷[4]。

式中σzmax-最大自約束應力，MPa。

K-防裂安全系數(shù)（經(jīng)測定，配比型號-3的防裂安全系數(shù)為1.15）。

3 深基坑超大體積混凝土工程案例應用分析

3.1 工程概況

位于福建省廈門市的某深基坑超大體積混凝土施工項目，其深基坑混凝土施工區(qū)域范圍如圖1所示。該項目總用地面積26901.499m2，總建筑面積57915m2，其中地上建筑面積43210m2，地下建筑面積14705㎡，由1A#樓、1B#樓、1C#樓、1D#樓、2#樓及地下室組成?；A工程采用預應力混凝土管樁基礎，分別有混凝土承臺、混凝土筏板、混凝土獨立基礎，其中1A#樓的筏板基礎為超大體積混凝土基礎，筏板施工面積約11000m2、厚度1500mm、混凝土等級為C30、混凝土抗?jié)B等級為P6。根據(jù)圖1可以看出，該項目1A#樓的筏板基礎施工區(qū)域范圍是一個占地面積較大的不規(guī)則形狀，而且根據(jù)設計要求，該深基坑的挖土深度需要達到10m，基坑內(nèi)筏板基礎的平均厚度為1.5m，屬于典型的深基坑超大體積混凝土施工。

圖1 深基坑超大混凝土施工范圍

3.2 案例工程項目施工技術(shù)措施

由于深基坑超大體積混凝土施工期間，裂縫防控的關鍵在于溫度控制，因此，計劃在混凝土筏板基礎施工區(qū)域范圍內(nèi)安裝循環(huán)水泵和冷水循環(huán)輸送管，在混凝土澆筑養(yǎng)護過程中，通過循環(huán)水泵向混凝土內(nèi)部輸送冷水，從而達到吸收混凝土水化反應熱量，降低混凝土內(nèi)、外部溫差的效果，以此實現(xiàn)對深基坑超大體積混凝土內(nèi)溫度應力、約束應力以及溫度裂縫的控制。溫控措施中，循環(huán)水泵的安裝位置以及循環(huán)水管的安裝方式如圖2所示。

圖2 深基坑超大混凝土施工溫控措施示意圖

但是，在溫度控制的過程中，還需要確定循環(huán)水泵功率、循環(huán)水管直徑、循環(huán)水溫度、循環(huán)水流量等技術(shù)參數(shù)。經(jīng)過大量的技術(shù)討論和專家咨詢，認為將有關溫控技術(shù)參數(shù)設置暫定為以下3種：

（1）溫控技術(shù)參數(shù)-1：循環(huán)水泵功率11kW、循環(huán)水管直徑200mm、循環(huán)水溫度控制為5℃、循環(huán)水流量控制為1L/s。

（2）溫控技術(shù)參數(shù)-2：循環(huán)水泵功率12kW、循環(huán)水管直徑250mm、循環(huán)水溫度控制為5℃、循環(huán)水流量控制為2L/s。

（3）溫控技術(shù)參數(shù)-3：循環(huán)水泵功率13kW、循環(huán)水管直徑300mm、循環(huán)水溫度控制為5℃、循環(huán)水流量控制為3L/s。

3.3 案例項目施工溫控模擬結(jié)果

為了驗證何種措施能夠達到效果，采用有限元建模分析軟件，根據(jù)案例項目的施工區(qū)域范圍、超大體積混凝土原材料參數(shù)、配合比型號-3所對應的配合比，建立混凝土施工澆筑養(yǎng)護模型，而后按照前文所述的3種溫控技術(shù)參數(shù)開展溫控防裂模擬，并在有限元計算分析軟件中錄入式（1）～式（4）所示的函數(shù)關系式進行計算驗證，以此查驗案例項目的深基坑超大體積混凝土施工是否能達到式（4）的防裂性能判斷關系。根據(jù)有限元建模計算分析，得出的計算分析結(jié)果如下：

（1）在溫控技術(shù)參數(shù)-1境況下，案例項目深基坑超大體積混凝土施工期間的最大自約束應力σzmax=1.4MPa，抗拉強度標準值ftk(t)=1.58MPa、K=1.15，不滿足式（4）所示的防裂性能判斷關系。

（2）在溫控技術(shù)參數(shù)-2境況下，案例項目深基坑超大體積混凝土施工期間的最大自約束應力σzmax=1.4MPa，抗拉強度標準值為ftk(t)=1.60MPa、K=1.15，不滿足式（4）所示的防裂性能判斷關系。

（3）在溫控技術(shù)參數(shù)-3境況下，案例項目深基坑超大體積混凝土施工期間的最大自約束應力σzmax=1.4MPa，抗拉強度標準值為ftk(t)=1.62MPa、K=1.15，滿足式（4）所示的防裂性能判斷關系。

在案例項目的實際施工過程中，按照如前文所述的混凝土原料物理化學參數(shù)、配合比型號-3所示配比、溫控措施布設方式、溫控技術(shù)參數(shù)-3 所對應的內(nèi)容開展施工，取得了非常理想的深基坑超大體積混凝土施工法防裂效果。

4 結(jié)語

根據(jù)實地調(diào)研情況，總結(jié)福建省廈門市區(qū)域范圍內(nèi)深基坑超大體積混凝土施工原材料的物理化學性能，而后依據(jù)試驗確定廈門市范圍內(nèi)深基坑超大體積混凝土的施工最佳配合比。基于深基坑超大體積混凝土的各齡期溫度收縮應力計算函數(shù)、最大自約束應力計算函數(shù)、抗拉強度計算函數(shù)、防裂性能判斷函數(shù)，掌握深基坑超大體積混凝土施工階段的溫控判斷理論，并以廈門市范圍內(nèi)某項目深基坑超大體積混凝土施工溫控技術(shù)應用開展有限元模擬分析驗證，以此為深基坑超大體積混凝土施工技術(shù)研究與應用提供參考。