朱學(xué)海 ZHU Xue-hai

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

大體積砼在各類工程建筑施工中經(jīng)常遇到，而裂縫問(wèn)題一直是大體積砼基礎(chǔ)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。裂縫的產(chǎn)生不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性，還會(huì)對(duì)工程的外觀和正常使用造成影響。因此，如何有效地防止大體積砼基礎(chǔ)裂縫的產(chǎn)生，成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本文聚焦于大體積砼基礎(chǔ)裂縫的成因及防治措施，提出采用優(yōu)化配合比、低水化熱水泥和設(shè)置冷卻管等措施。此外，為降低成本和施工難度，本文創(chuàng)新性地提出將冷卻管兼做鋼筋支撐架的方案，既降溫又提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并通過(guò)理論分析和實(shí)例證明其有效性和可行性。期望為大體積砼基礎(chǔ)的施工提供實(shí)用建議和指導(dǎo)。

1 工程概況

濟(jì)南市商河縣許商綜合片區(qū)（七期）棚改舊改項(xiàng)目C區(qū)項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市商河縣商中路以西，緯十二路以南，青年路以北，規(guī)劃路以東。該地塊主要包括15 棟民用住房、1 棟公用建筑、1 棟換熱站房、大型地下車庫(kù)、門衛(wèi)、室外市政景觀配套等。

項(xiàng)目結(jié)構(gòu)主要為剪力墻、框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，砼等級(jí)為C35，厚度為1.2～2.2m，屬于大體積砼，砼澆筑時(shí)會(huì)因水化熱問(wèn)題產(chǎn)生裂縫，裂縫會(huì)破壞砼結(jié)構(gòu)的整體性，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，降低其承載能力和穩(wěn)定性，對(duì)房屋安全構(gòu)成威脅。裂縫會(huì)導(dǎo)致地下室滲水、漏水，給房屋使用帶來(lái)不便，同時(shí)也會(huì)影響地下室內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，在房屋地下室筏板大體積砼施工中，需要采取有效的防裂措施，以避免裂縫的產(chǎn)生。

2 溫度控制指標(biāo)

避免大體積砼產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵是砼溫控制，根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，提出了如下控制指標(biāo)。

①砼澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于30℃；②砼澆筑塊體的里表溫差（不含砼收縮的當(dāng)量溫度）不宜大于25℃；③砼澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d；④砼澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

3 筏板基礎(chǔ)砼熱工計(jì)算

為給控溫方案的制定提供決策依據(jù)，進(jìn)行筏板基礎(chǔ)砼熱工計(jì)算，以獲得水化熱使筏板基礎(chǔ)中心位置的溫升值[1]。本項(xiàng)目根據(jù)常規(guī)施工時(shí)的條件和工藝參數(shù)，按《建筑施工手冊(cè)》（第四版）P613～616 頁(yè)所列公式及方法進(jìn)行熱工計(jì)算，其中筏板厚度為2.2m 的中心砼澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值如表1 所示。

表1 各齡期砼中心溫升計(jì)算表

由表1 計(jì)算結(jié)果可知，砼中心溫升在齡期為3d～21d期間均超過(guò)30℃，且最高溫升達(dá)49.61℃，故需采取有效的溫升控制措施，以避免筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫。

4 溫控措施

為確保工程質(zhì)量，防止有害裂縫，采取了綜合控制措施。嚴(yán)格把關(guān)施工工藝、預(yù)拌砼質(zhì)量和供應(yīng)。注重原材料選擇和配合比優(yōu)化，旨在提高砼性能和耐久性，減少裂縫。并對(duì)砼澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)采取技術(shù)措施，確保施工過(guò)程質(zhì)量穩(wěn)定，為后續(xù)養(yǎng)護(hù)奠定基礎(chǔ)。以下以厚度2.2m 筏板為例進(jìn)行闡述。

4.1 原材料選擇和配合比優(yōu)化

4.1.1 水泥的選用

根據(jù)GB50496-2018《大體積砼施工標(biāo)準(zhǔn)》，為了降低砼中的熱量來(lái)源，我們選擇了水化熱較低的通用硅酸鹽水泥。經(jīng)過(guò)比較，我們選用了海螺公司生產(chǎn)的P.O42.5（低堿水泥）。這種水泥的C3A 含量約為6%，具有較低的水化熱，其3 天的水化熱值約為238KJ/kg，7 天約為275KJ/kg。此外，這種P.O42.5 水泥的堿含量小于0.6%，性能穩(wěn)定，早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度較高，非常適合用于大體積砼結(jié)構(gòu)。

4.1.2 雙摻活性摻合材，磨細(xì)礦粉與粉煤灰，降低水泥用量

磨細(xì)礦粉具有更細(xì)的粒度和更高的活性，將其摻入砼中，可以替代部分水泥，從而顯著降低水化熱。粉煤灰的加入則能改善砼的和易性，進(jìn)一步降低砼的溫升，增強(qiáng)其耐久性并減少變形[2]。因此，通過(guò)摻入磨細(xì)礦粉和粉煤灰，對(duì)控制砼的內(nèi)部溫度具有顯著益處。經(jīng)過(guò)綜合考慮經(jīng)驗(yàn)及砼配合比的試驗(yàn)結(jié)果，決定采用S95 級(jí)磨細(xì)礦粉和標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ級(jí)粉煤灰，確保其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合相應(yīng)的規(guī)范要求。

4.1.3 摻入高性能膨脹劑

通過(guò)摻入膨脹劑，配制了補(bǔ)償收縮砼，不僅補(bǔ)償了砼的收縮，還減少了水泥用量，降低了水化熱。該措施能使本工程的砼內(nèi)部最高溫度降低大約3～5℃，對(duì)控制最大溫升值非常有利。本項(xiàng)目選用了高性能的SECA-I 型膨脹劑，其內(nèi)摻量為8%。這種膨脹劑的特點(diǎn)是堿含量低、膨脹效率高，非常適合本工程的需求。

4.1.4 摻入高性能聚羧酸減水劑

摻入聚酸酸類高性能減水劑，為第三代砼外加劑，具有減水率高，抗壓強(qiáng)度比高，砼收縮率比平均值為102%[3]，砼體積早期穩(wěn)定性有較大提高等特點(diǎn)。本工程筏板砼施工采用該類外加劑控制水泥的水化速度，延緩水泥水化熱的釋放過(guò)程，還使砼在8～12h 以內(nèi)具有可塑性。通過(guò)延長(zhǎng)砼凝結(jié)時(shí)間，不僅可以使得砼有更長(zhǎng)時(shí)間散熱，有效避免內(nèi)部溫度過(guò)高，從而確保砼強(qiáng)度和耐久性。此外，還能確保砼在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持良好的工作性（流動(dòng)性、可塑性和穩(wěn)定性），從而提高澆筑質(zhì)量。更重要的是，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間可以減少因砼快速凝結(jié)和收縮導(dǎo)致的裂縫產(chǎn)生，進(jìn)一步保證工程質(zhì)量。

4.1.5 嚴(yán)控粗細(xì)集料的質(zhì)量

嚴(yán)控粗細(xì)集料的質(zhì)量。細(xì)集料除了滿足相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求外必須嚴(yán)格控制含泥量和細(xì)度模數(shù)，粗集料除了滿足相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求外必須嚴(yán)格控制含泥量、泥塊含量和壓碎指標(biāo)。本工程砼的細(xì)集料采用全機(jī)制砂，并嚴(yán)格控制機(jī)制砂的綜合細(xì)度模數(shù)2.6±0.2，MB 值≤1.4。采用5～10mm、5～25mm 兩種石灰石碎石搭配，根據(jù)筏板鋼筋布置情況調(diào)整比例，并確保壓碎指標(biāo)低于10%，含泥量不超過(guò)1.0%。

4.1.6 優(yōu)化配合比

根據(jù)本工程砼的技術(shù)要求和原材料特性，科學(xué)調(diào)整施工配合比，在保證質(zhì)量前提下，嚴(yán)格控制水泥用量和單方用水量，以降低水化熱。在滿足泵送砼施工要求的同時(shí)，提高了砼中粗粒徑碎石的比例，有助于減少砼自身的收縮，通過(guò)試配及試生產(chǎn)決定采用的配合比如表2 所示。

表2 優(yōu)化后的C35 配合比（重量單位：kg）

根據(jù)計(jì)算上述C35 砼配比計(jì)算各齡期的筏板中心砼溫升如表3 所示。

表3 各齡期砼中心溫升計(jì)算表

由表3 計(jì)算結(jié)果可知，采取的系列溫控措施取得了一定的效果。但砼中心溫升在齡期為3d～18d 期間還是超過(guò)30℃。

4.2 冷卻管降溫

盡管在原材料和配合比等方面采取了預(yù)防措施，但筏板內(nèi)部的溫升仍然較高，且與環(huán)境溫差較大，超出了25℃的規(guī)范要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，計(jì)劃采用降溫效果顯著的埋設(shè)冷卻管降溫方法。考慮到本項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)的厚重以及其鋼筋骨架的高大，需單獨(dú)設(shè)置支撐架，這無(wú)疑增加了施工成本。而埋設(shè)冷卻管通常使用導(dǎo)熱效果好的鋼管?？紤]到鋼管具有優(yōu)良的承載力、剛度及穩(wěn)定性，決定使用鋼管作為鋼筋骨架的支撐架，同時(shí)作為循環(huán)水降溫系統(tǒng)的通水管。這樣的解決方案既有效地解決了筏板內(nèi)部溫度過(guò)高的問(wèn)題，又合理地利用了資源，降低了施工成本。設(shè)計(jì)方案如下：

4.2.1 鋼筋支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于鋼筋支撐架需要承受巨大的載荷，因此，首先根據(jù)工程的特點(diǎn)和方案要求，對(duì)支撐鋼筋的鋼管架體進(jìn)行了設(shè)計(jì)和承載能力計(jì)算。明確了支架的步跨和立桿的縱橫間距，并繪制成詳細(xì)的圖紙。作為對(duì)鋼管架體進(jìn)行改造，以適應(yīng)冷卻管系統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)的依據(jù)。

4.2.2 鋼管支撐架循環(huán)水降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 m 厚筏板采用多排水平桿的鋼管支撐架，選擇支撐架體系的一根立桿作為冷水輸入管，掃地桿及中部各水平桿作為循環(huán)水降溫管，再連接至另一側(cè)的立桿作為熱水輸出管。降溫管每4 跨設(shè)置成一個(gè)系統(tǒng)，頂部水平桿不作為循環(huán)水降溫管。鋼管支架循環(huán)水降溫系統(tǒng)大樣設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 鋼管支撐架循環(huán)水降溫系統(tǒng)大樣剖面圖

4.2.3 連接的結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

連接所用的套管、彎管采用內(nèi)徑50mm，壁厚3mm 的鋼管，套管長(zhǎng)度200mm。套管、彎頭處采用400mm 長(zhǎng)C10鋼筋焊接固定，以保證架體穩(wěn)定，焊接完成后用膠帶纏繞覆蓋，防止砼水泥漿滲入管內(nèi)，連接點(diǎn)構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 連接結(jié)點(diǎn)的構(gòu)造

4.3 在砼澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)采取的抗裂縫技術(shù)措施

①采用斜向分層推進(jìn)式澆筑法，每層砼的厚度不超過(guò)500mm。這種方法既方便振搗，保證澆筑質(zhì)量，又能利用砼層面散熱，降低溫升[4]。需注意，層面間隔時(shí)間需在初凝時(shí)間之內(nèi)，避免形成施工縫。②施工前需了解近期氣象情況，避免極端天氣影響，并提前做好應(yīng)對(duì)措施。③澆筑時(shí)做好保溫保濕工作。澆筑完成后立即用塑料膜或彩條布覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。根據(jù)砼凝結(jié)情況，適時(shí)揭開(kāi)塑料膜進(jìn)行二次處理，處理完后再次覆蓋塑料膜。在砼終凝后，在塑料膜或彩條布上鋪蓋草墊，構(gòu)成保溫層和均溫層。因需控溫養(yǎng)護(hù)，采取搭設(shè)擋風(fēng)控溫棚，設(shè)置加溫設(shè)施并根據(jù)溫度變化適時(shí)調(diào)整，確保筏權(quán)砼塊體內(nèi)外溫度差不超過(guò)25℃，保證各段溫度的均勻性。④水泥水化熱釋放主要集中在1～3 天齡期，但溫度檢測(cè)和保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7 天。后期保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，砼表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)。⑤保溫養(yǎng)護(hù)完成后，逐步降低溫度并嚴(yán)格控制降溫速度在1.5℃/d 以內(nèi)，以防出現(xiàn)貫穿性裂縫。⑥本工程使用補(bǔ)償收縮砼，摻入適量高性能的SECA-I 型膨脹劑，生成大量膨脹性結(jié)晶水化物水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），使砼適度膨脹。建立預(yù)壓應(yīng)力以抵消收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而避免或減輕開(kāi)裂。鈣礬石的生成需要大量水，因此砼硬化12～24h 后進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。

5 溫度量測(cè)監(jiān)控

為了有效控制砼澆筑后的溫度和內(nèi)外溫差，需要在澆筑前預(yù)埋測(cè)溫元件。以監(jiān)測(cè)砼內(nèi)部溫度，確保溫度梯度在規(guī)范范圍內(nèi)。精確測(cè)溫不僅有助于了解砼內(nèi)部溫度和各部位溫差，還可以優(yōu)化養(yǎng)護(hù)周期，加快施工進(jìn)度并節(jié)約成本。測(cè)溫時(shí)，需要關(guān)注的時(shí)間點(diǎn)、砼水化熱即時(shí)溫度、內(nèi)表溫差、溫降速率和大氣溫度等都是重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

測(cè)溫方法包括預(yù)埋測(cè)溫探頭監(jiān)測(cè)點(diǎn)和配合使用的測(cè)溫儀。采用C10 鋼筋作為預(yù)埋桿，并在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上固定三個(gè)測(cè)溫探頭。監(jiān)測(cè)布點(diǎn)遵循中心軸線原則，并兼顧均勻與重點(diǎn)布點(diǎn)。每個(gè)測(cè)桿分為上、中、下三個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體位置為：上測(cè)點(diǎn)距砼上表面50～100mm，中測(cè)點(diǎn)位于筏板中心，下測(cè)點(diǎn)距砼下表面50～100mm。同時(shí)設(shè)置大氣溫測(cè)點(diǎn)以獲取更全面的數(shù)據(jù)。

通過(guò)觀察圖4 的溫度變化曲線圖，可以清晰地看到，各時(shí)段的溫控?cái)?shù)據(jù)均達(dá)到了預(yù)期的溫控目標(biāo)參數(shù)要求。這一結(jié)果充分證明了所采取的措施是行之有效的，并且具有很高的可行性。

圖4 溫度測(cè)量及典型測(cè)溫點(diǎn)溫度變化曲線圖

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)大體積砼基礎(chǔ)防裂縫措施及冷卻管兼做鋼筋支撐架進(jìn)行了深入的研究。通過(guò)分析裂縫產(chǎn)生的原因，提出了多種有效的防裂縫措施。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了利用冷卻管兼做鋼筋支撐架的方案，為解決裂縫問(wèn)題提供了一種新穎的思路。通過(guò)理論分析和工程實(shí)例，證明了這些措施的有效性和可行性。希望本文的研究成果能夠?qū)ν惞こ烫峁┮欢ǖ慕梃b和參考價(jià)值。