张长春
摘要：随着我国经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，我国建筑行业也随着不断发展，大体积混凝土在各类构筑中被广泛应用，大体积混凝土施工中裂缝问题是其最为焦点的问题，本文就大体积混凝土施工技术进行探析。
关键词：大体积混凝土 施工技术
1 工程概况
该工程主楼为框架-核心筒结构，总建筑面积61 138 m2，最高为 100m，地上 23 层，地下 3 层。裙房为框架结构。基础为梁板式筏板基础，长126. 05m，宽72.8m，占地 9 176. 44m2。采用 C40P8 混凝土，设计使用寿命为 50 年。
2 施工技术
2. 1 前期准备
1）建立组织，确保责任到人建设项目管理的本质就是目标控制，目标决定组织，而组织是实现目的的决定因素［2］，因此在大体积混凝土施工前就必须对整个工作进行结构分解，然后再进行合并和组合，以此为基础，建立相应的组织结构，确保责任到人，界面清晰。
本工程根据后浇带的设置，把整个作业区域划分为 4 个流水段，依据流水段设立工长，为工长配置技术员、质量员、物资员，全面负责和协调自己所负责区域的工作，直接对总工负责，向总工报告工作，这样设计的好处在于执行层指挥链清晰，具有直线职能组织结构的特点。决策层以总工为核心，其他各部位紧紧围绕在总工周围，为总工的决策提供支持和建议，但不能发出指令，所有指定均由总工发出，这样做的好处在于既集中群体的智慧，又能采用集中的方式解决各种问题，还能避免多头指挥，具有协商式组织结构［3］的特点，如图 1 所示。
这种组织结构综合了直线职能和协商组织结构的优点，并克服了它们的不足，具有决策速度快、指挥层次少、指挥链清晰责任明确并具有快速反应能力的特点。
图 1 快速反应指挥体系
2）物资供应，确保万无一失为确保混凝土施工的连续性，确保不留施工缝，在对图纸工程量进行准确计算的基础上，按每小时用量的1. 2 倍要灰；将机械设备安装到位，并对这些设备（含备用设备）进行试车，确保设备处于正常运行状态；根据养护保温要求，对所需要的材料进行计算，并把这些物资运到指定仓库。
3）技术准备，确保培训到人依据“抗放兼备”的精神，把整个基础按照后浇带划分为 4 个流水段，这种做法既有利用组织施工，又有利于释放应力；在结构应力集中的区域和易裂的边缘部位提高配筋率，从而提高混凝土的极限抗拉强度；严格验收程序，上道工序合格后方能开始下道工序，确保每道工序受控；对所有参与施工的人员进行技术交底，针对相关知识进行培训，确保每个人对自己所做的工作做到“应知应会”。
2. 2 配合比设计
混凝土产生裂缝的条件为：
（1）
式中：σx为最大拉应力； 为粉煤灰的强度影响系数； 为标准抗拉强度；K 为安全系数。即混凝土的拉应力不大于混凝土的极限抗拉强度时，不会产生有害裂缝。因此科学合理地设计配合比，是预防和控制有害裂缝产生的前提与基础。
水化热是大体积混凝土产生拉应力的直接原因，因此在配制大体积混凝土时，首要任务是减少水泥用量和使用低水化热的水泥，其次是尽量减少用水量，控制收缩变形。试验结果表明：当每增加10kg水泥时，其水化热使混凝土升 1℃；28d 龄期时，水泥的实际利用率仅为 60%～70%，分析发现30%～40% 的水泥仅起填充作用，不仅不能提高混凝土强度，而且带来产生裂缝的风险。因此，本工程在设计配合比时，采用了低水化热的矿渣水泥，并尽量减少用量，加入适量的粉煤灰、矿粉和减水剂。使混凝土的致密性提高，抗渗性和耐久性增加；在减少用水的情况下，增加混凝土的黏度，使坍落度控制在 170mm左右，从而保证混凝土的和易性和可泵性。选用粒径大且拌合后致密的骨料，能减少水泥及水的用量，减少混凝土的收缩和泌水性，因此，根据图纸钢筋的布置，选用 5～31.5mm 连级配的石子和 2.8～3.2mm 的中粗砂。为保证混凝土自身质量，本工程采用“四步法”配制混凝土。①设立大体积混凝土温度及抗裂控制值。根据公式（1），确定 （t）/K 的控制值为2.14，根据文献［1］确定热工计算的控制值。②制订配合比可选方案，进行抗裂计算和热工分析后，确定取优方案，这样做可减少不必要的混凝土试制。③混凝土试制，在实践中检验设计配合比的合理性，确保万无一失。经过多次计算和优化，最终确定 7，28，60d抗压强度分别为31.6，36.3，50.8MPa 且60d 抗渗试验加压 1.4MPa 时未渗水的混凝土配合比（kg/m3）如下：水泥∶碎石∶砂∶水∶JD-10HG∶粉煤灰∶矿粉=265∶960∶770∶169∶9.46∶126∶39。热工计算［4-6］值如表 1 所示，满足规范要求；最大拉应力σx为 1.87，满足抗裂计算［7-9］要求。④控制混凝土水化环境。
2. 3 浇筑工艺
由于工期需要，本工程只能按进度计划在 12月份浇筑，考虑到“混凝土施工尽量避开炎热天气和昼夜温差大”的原则，根据当时的天气预测，窗口日期选定在 －3～2℃的 12 月12日到 15日。浇筑前，按“施工前检查表”的要求，对技术准备、物资准备等进行最后检查，并确保用电持续供应、隐检合格、抄平到位。浇筑时实行现场交接班，在确保无隐患和每项工作都交接到位后，上一班方可退出工作面。工序如下：泵管、地泵架设→混凝土到现场→开机润管→浇筑、振捣→赶平→第 1，2 遍压实、找平→养护→测温监控。
2. 3. 1 地泵及泵管架设
按照混凝土浇筑由远到近、沿长边浇筑的原则布置泵管，地面段采用“管路地锚拉钎法”、工作面段采用“木方法”固定，这样做不仅使泵管固定牢固，保证泵送压力，而且减小对钢筋的扰动；由于基坑深度达到 25. 2m，为减小混凝土自重而造成堵泵管，采用 3 个阶梯逐步到底的方式架设；为防止热量的散失，保证“入模温度”，对泵管采取保温措施。
根据该流水段的特点和工期需要，共布置了 3台地泵和布料机（1套备用），保证布料机的软管布料左右交合，2 台布料机倒退浇筑，由于软管具有较好的弯曲性能，所以能保证浇筑高度≤2m，控制了自由落差，从而防止混凝土离析、分层。
2. 3. 2 浇筑作业
浇筑作业的好坏，直接关系着大体积混凝土成型质量的好坏，它是控制有害裂缝产生的关键环节。浇筑前，先用水润滑管壁，然后采用相同配合比的去石水泥砂浆试泵，确保混凝土顺利通行；正式泵送混凝土时，先用慢速泵送，待混凝土到达工作面后再以正常的速度泵送。为保证混凝土浇筑的连续性，料斗内混凝土应保持在缸口上 100mm 到料斗下150 mm，严格控制时间间隔≤20min，若出现意外情况，则每 5min 正转 3～5个行程，使管内混凝土蠕动，避免管内混凝土泌水离析和堵管。为了提高泵送效率，本工程采用由远及近、沿长边浇筑的“斜面分层法”浇筑，自然流淌形成斜面放坡，分层厚度控制为 40～60mm，底板采用 3层浇筑、梁柱采用 5 次浇筑完成，目的在于防止冷缝的产生和有利于热量散失。根据工程经验和测算，确定在混凝土表面温度为 5℃、初凝前进行上层混凝土浇筑。
振捣时间不宜过长，以不出现气泡和不下沉且有浮浆溢出为准。为使水分和气泡溢出表面，振捣时以“快插慢拔”为原则，防止上面振实而下面的水和空气无法排出。由于采用斜面分层法进行浇筑，因而在坡顶、坡中和坡脚分别设 1 台振动棒，分别振实顶部、中部和底部，除钢筋较密区域采用斜向振捣外，其他部位一律采用垂直振捣，每个插点振动时间为 20～30s，间距为 1.5R（为作用半径），为了不产生冷缝，上层振捣时须插入下层 50mm。但在振捣完成后，液化状态还要维持一段时间，石子在自重作用下继续下沉，孔隙和气泡在水化作用下因混凝土收缩而形成裂缝。为了防止此种原因产生的裂缝，就必须在混凝土初凝前进行二次振捣。然后，用木模压实并第 1 次抺光。混凝土表面裂缝一般发生在初凝和终凝之间，因此，在混凝土初凝后对其进行第 2 次抺光。
2.3.3 养护与温控监测
经计算［4-9］，本工程采用“塑料薄膜+草垫被”的养护方法，能达到里表温差≤25℃ 要求、降温速率≤2℃/d、表面与大气温差≤20℃ 的要求。实际养护周期为 18d，达到强度要求的 100% 后结束养护，尽力减小产生裂缝的可能性。
本工程以“均匀分布、间隙相等”为原则布置测点，测点深度为构件截面积的 1/3 ～ 1/2，底板测温点如图 2 所示。
图 2 底板测温点布置
入模温度每班≥4 次，浇筑完成后，采用自动监测系统收集数据，由于混凝土水化热峰值一般在 3～ 5d，以后温度逐渐降低，因此，在前 5d 每天 2h 记录1 次，5～10d 每 4h 记录1 次，10d 后每 6h 记录1次，当达到安全温度，即混凝土表面温度与大气温度接近，大气温度与混凝土中心温度的温差≤25℃时停止测温。最大数值如表 1 所示。
表 1 监测数据最大值
4 结语
提炼出大体积混凝土自身质量保证“四步法”：①设立大体积混凝土温度及抗裂控制值；②制订配合比可选方案，进行抗裂计算和热工分析后确定取优方案；③混凝土试制，检查混凝土实际成型效果，如满足需要，方可批量生产；④加强养护与温控监测，控制混凝土水化环境。
参考文献：
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作者简介：
张长春，1980年06月17日，男，汉族，籍贯湖北黄冈，工学学士，研究方向结构工程。
论文作者:张长春
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/25
标签：混凝土论文; 体积论文; 裂缝论文; 水化论文; 泵管论文; 应力论文; 温度论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;