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1、超长大体积混凝土施工技术1、工程概况1.1工程简介北京东方广场工程位于东长安街北侧，王府井与东单北大街之间。工程占地面积11.0万m2，建筑用地面积9.5万m2，整个建筑群总面积约90万m2。建筑群分别由八幢办公楼、二幢公寓、一幢酒店和二幢回迁楼所组成，建筑群东西长约500m，南北宽约200m。我项目经理部负责东方广场七区工程建设（E2、E3办公楼及所属裙楼），承建面积16.2万m2；其东西长78.75m，南北宽153.20m；建筑地下三层，局部四层，地上十九层，檐高67.20m。 1.2七区基础设计概况1.2.1七区基础底板设计简况表东方广场七区基础设计简况表 表1-1 项目部位强度抗渗等级
2、基础厚度(m)投影面积(m2)混凝土量(m3)基底标高(m)基础配筋（底部筋）E2主楼C35S121.8/1.9547810475-17.55-21.5532150共14层E3主楼1.8/1.950689129-17.55-21.5532150共14层E裙楼1.2/0.6521502084-20.8532200共4层1.2.2七区基础底板剖面形式1.3基础大体积混凝土施工条件（1）东方广场七区开工晚于其它兄弟公司，但基础底板完成的时间统一为98年2月28日，工期紧迫。（2）基础底板混凝土浇筑赶在2月末，属冬期大体积混凝土施工。（3）东方广场地处繁华地段，出入现场的道路口人员、车辆多，易造成交通
3、堵塞。（4）现场场地狭小，需610台输送泵同时浇筑，场内罐车流量大。（5）设计要求除后浇带外，基础底板必须一次性连续浇筑完成，不得留设任何施工缝，基础底板浇筑过程中不得出现施工冷缝。2、本工程基础底板施工的重点和难点 施工前我们对东方广场基础底板大体积混凝土施工进行认真研讨，认为主要有以下几个重点和难点：（1）选材和配合比设计是解决超长大体积混凝土温度裂缝的关键，同时，配合比设计中应着重解决好以下几个问题。 在配合比设计过程中，要进行大量的试验、计算工作，要解决好超长、超厚大体积混凝土的温度应力、应变问题。 基础底板混凝土应具有较长的初凝时间，要避免大面积开放型浇筑时的施工冷缝出现。 基础底板
4、混凝土应满足强度、抗渗要求；保证含碱量不超标，使基础混凝土具有较好的耐久性。 基础底板混凝土应具有一定的抗冻能力，保证混凝土终凝前不受冻害（终凝后加以保温覆盖）。（2）防止浇筑冷缝是本工程基础底板施工的难点，基础底板连续浇筑存在如下不利因素： 浇筑基础底板混凝土一般宜采用收敛型或平行连续推进型浇筑方法，不宜采用开放型浇筑，但东方广场E2、E3办公楼基础底板中间深坑低、四周筏板高，不能采用常规的浇筑方法，只能采用从中间深坑开始浇筑，形成开放型浇筑，杜绝出现浇筑冷缝是基础底板施工的难点。 基础底板超长、超厚，浇筑过程中形成的浇筑施工面大，循环浇筑的周期时间长，易出施工冷缝。 主楼基础上有核心筒大深
5、坑、柱坑、集水井坑，裙楼基础上设有柱基、滤水层、后浇带等，使基础底板底面高低错落多，给基础底板连续浇筑推进带来难度。 主楼基础底部钢筋为14皮32150钢筋网，仅钢筋网厚度0.45m，钢筋网格中的混凝土不易流动、不易振捣密实，易出施工冷缝。另外，避免出现大体积混凝土温度裂缝和防止冻害，对冬季超大型筏基的浇筑、振捣施工工艺和保温、测温控制提出了较高的要求。3、选材及配合比设计3.1配合比设计3.1.1水泥的选择（1）规程、规范对水泥的参数要求（当时使用的旧规范）建筑工程冬期施工规程 JGJ104-97第7.1.3条：混凝土冬期施工应优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于32.5级，
6、最小水泥用量不应少于300kg/m3，水灰比不应大于0.6。注大体积混凝土的最小水泥用量应根据实际情况决定。以上规定与混凝土结构工程施工及验收规范GB50204-92第7.3.1条规定基本一致。（2）水泥含碱量控制基础底板混凝土长期处于潮湿环境中，甚至与水直接接触，故应采用低碱水泥，以控制基础混凝土碱-集料反应发生，水泥含碱量按当量Na2O进行计算，Na2O0.6%的水泥为低碱水泥，而能达到低碱标准的水泥品牌不多，当时，北京水泥厂和琉璃河水泥厂已开发出达到低碱标准的水泥，并有国家水泥质量监督检测中心的检测报告。北水普硅P.O 42.5水泥的含碱当量Na2ONa2O=Na2O+0.658K2O=
7、0.11%+0.658%*0.54=0.465%琉璃河普硅P.O 42.5水泥的含碱当量Na2ONa2O=Na2O+0.658K2O=0.14%+0.658%*0.68=0.587%根据上述检测结果，初步选择这两种水泥。2.2掺合料（粉煤灰）的选择混凝土中掺活性粉料粉煤灰，可提高工作性，取代部分水泥，减少水泥用量，降低水化热（掺水泥用量的15%，降低水化热15%左右）。同时，粉煤灰的碱含量较低，碱的溶出率更低，如：石景山热电厂的粉煤灰的碱含量为0.40.6%，碱的溶出率不到15%，可见掺入适量粉煤灰，可抑制碱-集料反应。另外粉煤灰二次水化吸收水泥水化产物Ca(OH)2,生成C-S-H凝胶，可填
8、充混凝土内部的孔隙，使混凝土结构更加致密，降低了混凝土中水分及碱金属离子的扩散速度，起到的抑制碱-集料反应的作用。粉煤灰选定石景山热电厂的二级粉煤灰。2.3外加剂的选择（1）泵送混凝土的第一特征为大流动性，高效减水剂可以在保持良好工作性条件下，减少用水量，从而使水泥用量减少而降低混凝土的绝热温升。本工程选择上海麦斯特高效减水剂Rh1100。（2）为了给混凝土供应、调配及施工留有充裕的时间，防止出现浇筑冷缝，经综合分析确定，底板混凝土的初凝时间为132小时，根据这一要求,必须选择高效缓凝剂。选择上海麦斯特缓凝剂Pozz1050。（3）防止冬季大面积基础底板混凝土浇筑时，因不能及时保温覆盖易出现表
9、层冻害，应掺入适量防冻剂。最终选择冶金建筑研究总院的高效防冻剂JD-10。（4）掺入微膨胀剂，可补偿混凝土收缩，提高基础混凝土自身的抗裂能力，改善了混凝土的孔结构，使混凝土结构更加致密，提高了基础混凝土的防水性能。掺加微膨胀剂对基础底板混凝土内在质量起关键性作用。初选天津豹鸣集团低碱UEA混凝土膨胀剂，其限制膨胀率为24104，自应力值0.20.7MPa，可使混凝土强度提高1030%，抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐性大为提高，对钢筋无锈蚀作用，其与缓凝剂、减水剂复合作用，是解决大体积混凝土温度裂缝的最优措施。 （5）外加剂的选择还应考虑其满足碱含量的要求，如天津豹鸣低碱UEA膨胀剂，最大含碱量为0.
10、74%，；所选择的上海麦斯特缓凝剂Pozz1050的含碱量为0.96%；麦斯特高效减水剂Rh1100的碱含量为4.25%；冶金建筑研究所防冻剂JD-10的含碱量为0.78%。通过对上述外加剂的每立方米碱含量和总含碱量进行计算，每立方米混凝土中由外加剂而带入的总碱量1Kg ，符合京建科（1995）5号和京建材（1995）187号文规定。2.4混凝土集料选择（1）砂、石含碱量控制：为了满足每立方米混凝土中的总碱含量不超过3Kg，应选择非碱活性集料或低碱活性集料。北京地区已发现的混凝土工程碱集料反应损坏均为碱硅酸反应类型，本市所产的碱活性集料也均含活性硅酸质矿物的岩石。据调查表明，潮白河水系和温榆河
11、水系的卵碎石膨胀率均在0.04-0.052%之间，其膨胀率值0.06%,属低碱活性集料（B种集料），满足上述要求。（2）砂、石含泥量要求：集料中的含泥量直接影响到混凝土的强度、抗渗及抗冻性能，因此必须控制，用于本工程基础混凝土中的砂含泥量不大于3%，石子含泥量不大于1%。（3）粗集料宜采用连续级配，集料最大直径应满足泵送工艺和最小钢筋间距对集料的直径要求。3.5配合比的调整配合比设计及试配过程中对水灰比和用水量进行严格控，力求利用高效减水剂减少用水量，从而使实体混凝土更加致密，避免施工中的泌水、砂石沉陷等质量缺陷，并且对材料的实际用量进行如下控制：（1）在基准配合比用水量的基础上，根据试配坍落
12、度进行调整。（2）水泥用量以用水量乘以选定好的水灰比计算确定，并将集料中的含水值计入水灰比中。（3）集料用量在基准配合比基础上，按最终选定的水灰比进行调整后确定。（4）砂率控制：砂率及水泥用量不宜过小，以避免缺浆而影响混凝土的密实度；但砂率过大，粗集料易沉陷，使得表面砂浆集中，混凝土表面易出裂缝，并影响混凝土强度。（5）最终配合比的材料用量必须得到充分试验验证，其性能良好，满足施工所需。3.6配合比确定根据东方广场基础底板的施工气候条件及设计特点，通过选材分析、计算和试配，最终确定基础底板混凝土的配合比为：东方广场七区基础底板C35 S12混凝土配合比（Kg/m3） 表3-1序号水泥C膨胀剂U
13、EA粉煤灰FA砂S石G水W缓凝剂Pozz1050减水剂Rh1100砂率（%）水胶比坍落度cm320446075410441802.97L(0.7%)5.51L(1.3%)420.391618335455573210531802.97L(0.7%)5.51L(1.3%)410.411618防冻剂JD-1015.22(3.5%)说明：上表中的配合比用于主楼基础底板大体积混凝土，缓凝剂Pozz1050和减水剂Rh1100按百公斤胶凝材料体积掺量，不掺防冻剂；配合比用于裙楼非大体积混凝土基础底板，防冻剂JD-10掺量为胶凝材料百分比重量掺量。水泥采用琉璃河P.O42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用北京石
14、景山热电厂及北京第一热电厂生产的二级粉煤灰；昌平龙凤山中砂；西郊碎卵石。3.7总含碱量计算配合比1： C0.59%+UEA0.74%+FA0.44%15%+Pozz1.2250.96%+Rh1.2054.25% = 2.57Kg配合比2： C0.59%+UEA0.74%+FA0.44%15%+JD0.78% = 2.57Kg从上述计算可知，所确定的配合比及所选择的原材料带入每立方米混凝土有效碱量均不超过3Kg，而且所掺外加剂引入的总碱含量也均小于1 Kg，符合东方广场底板混凝土的要求。4、温度应力及抗裂控制计算4.1温度应力计算（预估）计算各龄期的温度应力和混凝土抗拉强度，验算抗裂安全系数能否
15、满足1.15。底板厚1800mm；混凝土C35S12；水泥为42.5级普硅，水泥用量320Kg/m3；混凝土入模温度15；浇筑时气候的平均温度为5。（1）混凝土28d水化热绝热温度T（28） = = = 52.07式中：-每m3混凝土水泥用量，取320 Kg/m3； -每Kg水泥水化热量，普硅P.O52.5取375J/ Kg； C-混凝土比热，取0.96J/ Kg.K； -混凝土质量密度，取2400 Kg/m3； m-浇筑、振捣时的温度经验系数，取0.3； -混凝土浇筑至计算时的天数（d）。（2）混凝土28d的收缩变形值y(28)y(28)= y0(1-e-0.1)=3.2410-4(1-e-
16、0.0128) 1.350.930.880.86=0.7510-4式中：y0-标准状态下的最终收缩值，取3.2410-4； -混凝土收缩变形不同条件下的收缩系数。根据实际条件，由建筑施工手册第4 分册（第三版）表19-78查得： 、均取1；取1.35；取0.93；取0.88；取0.86。（3）混凝土28d收缩当量温差Ty(28)Ty(28)= =7.5式中：-混凝土线膨胀系数取1.010-5（4）混凝土28d弹性模量E（28）E（28）= E（c）（1-e-0.09）=3.15104（1-e-0.0928） =2.89104 N/mm2式中：E（c）-C35混凝土的最终弹性模量，取3.1510
17、4。（5）混凝土28d总降温差=T0+T（28）+ Ty(28)- Th =15.0 + 52.07 + 7.5 - 5 =52.21（6）混凝土28d降温收缩应力= =1.41 1.15 预估不会出现裂缝式中：- 混凝土的泊松比，可采用0.150.2； R - 混凝土的外约束系数，一般地基取0.250.5； S（t）-考虑徐变影响松驰系数，一般取0.30.5。4.2混凝土浇筑后裂缝控制计算大体积混凝土抗裂计算，主要考虑总降温差引起的外约束应力，可能导致基础产生贯通裂缝；同时考虑到混凝土硬化过程中，水分蒸发体积收缩增大了内应力，因此在温度应力计算中，把收缩换算成“收缩当量温差”后与实测降温差组
18、合成综合总温差；另外由于基础混凝土的徐变导致温度应力松弛，有益于防止裂缝的开展，故计算中一并考虑。本工程筏基浇筑后第4天，中心温度已达到峰值，实测中心温度比计算值略偏高，个别点中心最高温度达64.5, 其原因是与快速浇筑和良好的保温条件有关，但中心温度与表面温度之差始终稳定在16以内，并随时间增长呈内、表温差逐渐减小，完全满足不大于25的安全温差。以下测温曲线，是从E3筏基测温记录中随机抽取15个点计算平均值而绘制的，并在绘图时将多段折线修正成光滑曲线；以下计算按8d为一个台阶温差进行。 （1）计算收缩当量温差先计算混凝土收缩y()：y()= y0(1-e-0.1) 再计算收缩当量温差：Ty(
19、)= 式中：、同上将计算结果列表如下： 表4-1实测台阶温差（见上图）（）台阶收缩当量温差 （）综合温差 T（）Ty(412)16.6 2.3 18.9 Ty(1220)11.7 2.1 13.8 Ty(2028)8.9 1.9 10.8 综合总温差 43.5 （2）计算各龄期混凝土的弹性模量E（）E（）= E0（1-e-0.09） E0-最终弹性模量，一般取2.6104N/mm2;各龄期混凝土的弹性模量E（）为：E（4）=0.79104 N/mm2; E（12）=1.717104 N/mm2;E（20）=2.17104 N/mm2; E（28）=2.39104 N/mm2;（3）各龄期混凝土
20、的松弛系数H(t,1)查表19-81得：H(4)=0.193 H(12)=0.215 H(20)=0.285 H(4)=0.520（4）计算最大拉应力max()=()各龄期混凝土基础所承受的拉应力；（）各龄期混凝土弹性模量； 混凝土线膨胀系数； 泊松比，取.15；各龄期综合温差；H(t,1)各龄期混凝土松弛系数；cosh 双曲余弦函数； 约束状态影响系数，按下式计算：式中H基础底板厚度取1800mm； Cx地基水平阻力系数，取0.03;L 基础长度，取75000mm;计算台阶温差引起的第412天引起的温差应力：= =0.0000312=0.0000312=1.17cosh 1.17=1.766
21、 代入应力计算公式(12)= =0.356 N/mm2同样，由计算得第1220天引起的温度应力为：(20)=0.373 N/mm2第2028天引起的温度应力为：(28)=0.548N/mm2max=(12)(20) (28)=0.3560.3730.548=1.29 N/mm2 C35混凝土抗拉强度设计值取1.65 N/mm2, 计算抗裂安全度K； K=1.651.29=1.281.15 故不会出现裂缝。5、大体积混凝土施工质量保证措施5.1防止施工冷缝5.1.1制定施工时间控制为了防止基础底板出现浇筑冷缝，制定施工时间“双控”措施，第一、将混凝土从出机至浇筑完成分两个阶段进行控制，即：混凝土
22、从出机至运输进场不得超过2小时；混凝土从运输到场至浇筑完成不得超过2小时，不管哪一个阶段时间超限，均应作退场处理；第二、对循环浇筑覆盖间隔时间进行控制，要求新浇筑的混凝土面被次层混凝土浇筑覆盖间隔时间不得超过3小时。5.1.2混凝土供应保障（1）提前落实好预拌混凝土供应单位和供应要求。（2）提前与社会联络，以取得全力支持和配合。（3）提前设计好浇筑平面布置图（详见附图）。5.1.3确定浇筑推进顺序基础底板混凝土浇筑一般采用收敛型或平行推进型，便于浇筑面的控制。东方广场E2、E3办公楼基础底板中间设有大深坑，如采用收敛型或平行推进型浇筑，容易出现施工冷缝。因此，采用从中间深坑开始，向四周延伸浇筑
23、（开放型浇筑），这样对浇筑供应能力提出了更高的要求。5.1.4保证浇筑输送能力根据上述“双控”要求，现以E3基础底板施工为例进行分析计算：当E3基础大深坑及斜坡浇筑完成后，浇筑面逐渐扩大至将要接近周边裙楼基础时浇筑面达到最大，所需要的混凝土供应能力也达到峰值，此时所形成的浇筑面周长约155m，底板1.8m厚形成的自然流淌斜坡面长度约10.0m，分层浇筑厚度按0.40m进行考虑，完成这样一个浇筑层需混凝土量约为620m3，按3小时内完成，平均每台输送泵按36m3/h进行计算，只少需要6台混凝土输送泵才能满足施工需求。5.1.5制定应急措施提前制定输送泵出现故障或泵管堵塞的应急办法，即采用塔吊吊灌
24、，薄层循环覆盖浇筑面，防上出现施工冷缝，七区设有三台塔吊，提前确定好各自的责任区，分工明确。赶在上下班前，现场应多备一些混凝土罐车，在交通高峰时应放慢浇筑速度，保证混凝土供应能满足慢速泵送需求。5.1.6严格浇筑过程控制 基础底板混凝土浇筑采用“斜坡流淌、循序推进、一次到顶”的方法，每台输送泵配合三台振捣棒，分别在出料口、坡中、坡底移动振捣。在混凝土将要凝固前，进行二次适当振捣，增加混凝土的密实度，减少内部孔隙，提高强度和抗渗性，二次振捣的时间由混凝土工长严格控制，防止在混凝土凝固后振捣而破坏混凝土内部结构。浇筑面上设专人统一指挥，保证相互合理衔接和推进有序。5.1.7建立信息控制网络良好的信
25、息网络，能保证信息传递的迅捷、全面、有效，为落实施工方案，采用有效技术措施、调整施工节拍，保证东方广场群体建筑基础混凝土浇筑的有机调配，保证各浇筑部位混凝土连续供应，特成立了东方广场总调度中心，由建工集团、建设单位及有关预拌混凝土单位的代表组成，各项目部和有关预拌混凝土供应单位也成立专门调度指挥中心，并且建立了信息传递责任制。东方广场混凝土施工信息流程见下图： 5.2防止大体积混凝土表面龟裂（1）混凝土初凝后表面失水快，会出现干燥收缩，因而在表面产生龟裂，防止这种裂缝的最好办法为：在初凝前进行修正抹面，并及时养护，保证混凝土免受风吹日晒。（2）施工中控制好振捣时间和移动间距，保证基础底板混凝土
26、的均匀密实，防止表面龟裂， （3）施工人员的脚窝处理不当也会造成局部表面龟裂，要专门对脚窝进行补振、补搓。5.3有效防止温度裂缝严格控制中心温度与表面温度的温差值25，以达到减小温差应力，防止升温阶段表面裂缝出现；延缓降温阶段的降温速度，减小降温收缩应力，避免收缩裂缝出现。5.3.1热工计算确定保温层在施工前按照GB50204-92中附录三进行细仔的热工计算，确定了采用覆盖一层塑料薄膜加一层阻燃草帘的保温方法。5.3.2测温控制方法按横、纵向每4m布设一个测温点，采用预埋传感测温导线，使用JDC-2型电子测温仪测温；中层测温点埋设深度为1.0m，表面测温点埋设深度为0.1m；测温从浇筑完成后1
27、d开始， 1dd，每2小时测一次； 4d8d，每4小时测一次； 9d28d，每24小时测一次。5.3.3加强保温、测温管理（1）建立测温报告制度。（2）落实岗位职责，建立保温、测温奖罚制度。6、基础底板的浇筑实施E2办公楼基础底板混凝土用量10475m3，采用5台地泵和2台汽车泵进行浇筑，自98年2月24日20:15时开始至2月26日23:10时浇筑完毕，历时2天另3小时。最迟开工的E3办公楼的基础底板，于98年2月27日14:30时开始浇筑，开始16号输送泵同时启动（详见附E3基础浇筑平面布置图），浇筑过程中随着浇筑面由大坑底、边坡向坑上延伸，7、8号输送泵也相继开始输送浇筑，当混凝土浇筑将
28、至裙房底板时9、10号输送泵开始启动接应（打非大体积混凝土），同时将5号输送泵改打非大体积混凝土，这样形成共10台输送泵同时浇筑（其中8台地泵和2台汽车泵），最终实现按时完成，总用时35小时，浇筑混凝土9129m3，同时标志着艰巨的东方广场底板战役按期完成。7、结论1、本工程基础底板至今未发现裂缝、渗水等现象，质量可靠，说明了当时所采取的综合技术比较得当。2、要杜绝大体积混凝土温度裂缝危害，应首先从混凝土本身材性上解决。外加剂技术不断提高，带动了大体积混凝土施工技术不断成熟。3、用伸缩缝控制结构的长度，是减少温度裂缝危害的综合技术之一。通过技术攻关，采用综合技术和措施，也能杜绝超长大体积混凝土温度危害的出现。4、使用掺合料不仅代替了一部分水泥，而且大大改善了混凝土的工作性，明显地降低了水化热，近几年粉煤灰掺量呈增加趋势。5、实践证明，规范规定的安全温差25这个值是可靠的。保温条件并非越好对抗裂越有利，过度保温，这将使中心温度峰值提高，不利于混凝土抗裂。参考文献1、建筑施工手册第四册（第四版），中国建筑工业出版社，1999. 32、王铁梦著，工程结构裂缝防治，中国建筑工业出版社，1999.33、杜淳等，故宫工程大体积混凝土技术，施工实例应用手册中国建筑工业出版社1998.6附图： （注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）