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超高层基础大体积混凝土裂缝成因分析与控制措施研究

2025-08-10 29 上传者：管理员

摘要：因受力需要，超高层基础混凝土普遍为大体积混凝土，大体积混凝土易产生裂缝，裂缝控制不到位时将对结构的承载能力和耐久性产生不良影响。研究结合案例，分析超高层基础大体积混凝土裂缝产生的主要原因，针对性提出多方面的裂缝控制措施，分析合理的混凝土配合比设计、大体积混凝土的运输方式、合理的施工方法及养护措施、测温降温措施等大体积混凝土的裂缝控制措施。通过这些措施，有效控制了超高层基础大体积混凝土裂缝，提升了基础大体积混凝土结构的质量和耐久性，可为类似工程提供参考。

关键词：
分层分块跳仓法
大体积混凝土
结构内部应力
裂缝成因
裂缝控制
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超高层基础大体积混凝土在水化过程中会产生大量的热,由于超高层基础混凝土普遍体积大､厚度厚,其产生的大量水化热如不能得到有序､有效散发,将在基础混凝土中形成较大的内外温差,使基础混凝土内部与表面产生不均匀的变形,各向产生较大的膨胀或收缩,从而产生较大的结构内部应力,导致基础大体积混凝土裂缝发生｡加之混凝土的自身收缩､徐变､干缩及外部荷载对混凝土的不利作用,使基础大体积混凝土的裂缝成因复杂,需要采取科学合理的裂缝控制措施,确保大体积混凝土结构的质量与安全,研究结合案例对超高层基础大体积混凝土的裂缝成因及控制措施进行分析与研究｡

1、工程概况

某高档办公楼项目1号､2号楼建筑高度116.46m;3号楼建筑高度143.50m,项目占地面积2.2万m2,总建筑面积11万m2,基础为整体筏形基础,筏板混凝土强度等级为C35､抗渗等级为P8｡本工程1号､2号主楼区域核心筒基础底板厚2000mm,3号主楼核心筒区域基础底板厚2500mm,主楼其他区域筏板厚度为1300~1500mm｡

2、大体积混凝土裂缝成因

本工程基础大体积混凝土裂缝产生因素复杂,经过分析,总结出本工程大体积混凝土裂缝产生的主要原因如下｡

2.1混凝土收缩裂缝

混凝土收缩裂缝主要是由混凝土自身的塑性收缩､自生收缩､干缩和徐变等原因产生的,具体如下｡

(1)塑性收缩:混凝土初凝前水分蒸发引起的体积减小｡

(2)自生收缩:水泥水化过程中,化学结合水减少导致的体积缩小｡

(3)干缩､徐变:混凝土完全硬化后,长期处于干燥环境中水分蒸发造成的体积缩小｡

2.2温度裂缝

大体积混凝土浇筑时因水泥的水化反应释放大量热量,混凝土内部温度升高｡当内外温差过大时,表面冷却快于内部,大体积混凝土出现内部拉应力,当此拉应力大于混凝土的抗拉强度时,便会产生裂缝｡

2.3外部荷载产生的裂缝

结构设计不合理或施工过程操作不当也是引发裂缝的常见原因,在混凝土尚未终凝前受力､对结构施加的预应力过大､基础不均匀沉降等,都将在大体积混凝土结构内产生裂缝｡

3、大体积混凝土裂缝控制措施

针对本工程基础混凝土裂缝产生的成因,除了在设计阶段明确使用低水化热水泥､在应力集中部位增设抗裂构造钢筋､结合结构特点和地基条件合理设置变形缝以释放结构应力外,项目团队结合本工程基础底板的特点,制订了本项目基础大体积混凝土的裂缝控制措施｡

3.1材料控制措施

通过对常用低水化热水泥的多方面比选,选择了适合本工程基础使用的粉煤灰水泥,同时添加一定量的矿渣粉等以进一步降低热量释放速度,延缓水化进程,降低基础大体积混凝土温升,改善混凝土的和易性和耐久性｡

项目团队对混凝土配合比进行了优化,尽量减少水泥用量,以降低水泥的水化热,基础大体积混凝土采用了60d龄期强度的配合比｡通过试验确定最优的水胶比､砂率等,提高混凝土的抗裂性｡根据本工程基础混凝土所用胶凝材料试验,确定混凝土外加剂品种､掺量,选择对混凝土收缩等性能影响最小的混凝土外加剂｡本工程基础底板混凝土要求控制水泥､水､砂石等在搅拌站的入机温度不大于50℃,针对气温情况采用了加适量冰块的搅拌水｡

3.2混凝土浇筑准备阶段裂缝控制措施

为有效控制基础大体积混凝土裂缝,针对本工程基础混凝土浇筑准备阶段的工作进行了分析和策划,制订了以下控制措施｡

(1)本工程基础混凝土浇筑前,按需要充分准备好泵车､运输车､料斗､串筒､振动器､发电机等机具设备,在基础混凝土浇筑前核实好混凝土浇筑完毕或浇筑至某施工缝前所需工程材料,以免在基础混凝土浇筑过程中出现停工待料的情况｡

(2)基础混凝土浇筑时至少配备两名值班钢筋人员,以保证钢筋垫块与钢筋间距符合规范与设计要求,及时对变形､破坏的钢筋进行恢复｡安排两个值班木工观察模板､支架､钢筋､预埋件和预留孔洞情况,注意不同层次间混凝土结合面不胀膜和不移位｡

(3)在基础底板混凝土施工阶段掌握天气的变化情况,以避开大雨等不利天气施工,保证混凝土连续浇筑的顺利进行,以确保大体积混凝土浇筑质量｡

(4)浇筑基础混凝土时要求做到连续施工,应在前层混凝土初凝之前浇筑完毕次层混凝土｡混凝土的运输､浇筑和间歇等全部时间应不超过3h,超过时应按施工缝的要求做好质量措施｡

(5)基础混凝土中控制好混凝土的均匀性及密实性｡基础混凝土运至浇筑地点后立即浇筑入模,浇筑过程中发现基础混凝土均匀性和稠度发生较大变化时立即进行处理｡为防止混凝土的分层离析,浇筑时其自由倾落高度不超过2m｡

(6)本工程基础底板结合结构后浇带的分层分块跳仓法进行施工,结合了分层分块浇捣法､加强带法和跳仓法等施工方法的优点｡

(7)合理划分浇筑区域,设置施工缝,控制浇筑厚度,以利于散热和减少温差｡相邻区域错开时间浇筑,利用已浇筑区域作为散热面,降低新浇筑区域的温升｡

(8)施工顺序划分｡本工程基础大体积混凝土浇筑面积较大,基础底板有1300mm､2000mm､2500mm等不同厚度,混凝土完成面标高有–10.400m､–11.100m､–12.050m｡根据现场实际情况确定分区浇筑施工区域图,按照跳仓浇筑顺序进行施工｡混凝土浇筑时要求指挥人员注意控制工作面,不可展开过宽,并做到分层施工,以免因混凝土浇筑不及时而产生冷缝接头｡

(9)使用大体积混凝土降温管｡降温管是基础混凝土浇筑过程中用于降低混凝土温度的有效工具,使用降温管可有效降低混凝土内部温度,防止混凝土开裂､强度降低等问题发生｡

3.3混凝土浇筑阶段裂缝控制措施

为有效控制大体积混凝土裂缝,针对本工程基础混凝土浇筑工作进行了详细分析,制订了相应的裂缝控制措施｡

3.3.1分层分块跳仓法施工措施

本工程基础底板采用分层分块跳仓法浇筑混凝土,浇筑混凝土时采用拉线控制标高,在墙柱插筋上标记“50线(完成面500mm)”,并用分色电胶带在钢筋上做出明显的识别标记,在浇筑混凝土时及时检测,并在插筋中间拉线控制标高和板厚｡本工程基础混凝土浇筑结合实际情况采用斜面分层法施工,从浇筑层的底层开始振捣,逐渐上移,保证大体积混凝土的分层施工质量｡此种混凝土施工方法要点:斜向分层､一次到顶､连续作业､逐步推进,浇筑过程中须保证第一层混凝土初凝前进行第二层混凝土浇筑,每一个浇筑层的厚度不大于500mm,以保证整个浇筑过程的连续,杜绝“冷缝”产生｡

3.3.2大体积混凝土振捣措施

本工程基础底板大体积混凝土的振捣采用了振捣棒振捣,浇筑过程中严格监督,切实做到插点均匀排列,快插慢拔､均匀振捣,振捣时依次进行､不漏振,混凝土表面水分不再显著下沉､不出现气泡､表面泛出灰浆为止｡为使混凝土振捣密实,每台混凝土泵出料口配备3台振捣棒分3道布置在浇筑斜面上,在斜面上各点严格控制振捣时间､移动距离和插入深度,大体积混凝土振捣棒布置示意如图1所示｡

本工程大体积混凝土浇筑均进行了二次振捣及二次抹压,二次振捣时机见表1｡

表1混凝土二次振捣时间间隔

本工程基础底板混凝土二次振捣遵循普通浇筑标准,但幅度比一次振捣轻一些,一般以振捣棒振捣范围内混凝面出现浮浆为准,振捣棒务必快插慢拔,混凝土面不得出现拔孔｡

混凝土终凝前1~2h,进行二次抹压,重点注意抹平一次抹压后未平整的部位,二次抹压结束后,覆膜养护,做到不破坏完整混凝土面｡

3.3.3大体积混凝土控温与测温措施

本项目底板在厚度不小于2m的部位采用预埋降温管进行冷却降温,降温管由直径32mm的钢管制成｡降温管按照冷却水由热中心区域流向边缘区域的原则分层分块布置,降温管进水口设在基础混凝土中心区域,出水口设于基础侧面,水管网每层进出口相互错开｡冷却水管平行于基础上表面布置,层间垂直间距不大于1m,同层冷却管水平呈S形布置､间距不大于1m,冷却管距离基础侧面不大于0.8m,进出水口处基础混凝土表面不小于1m,在出水口设置测温设备及调节流量的水阀｡

在绑扎基础钢筋的同时放置冷却水管,注意冷却水管应与基础主筋错开,当管段局部错开有困难时,对冷却水管位置作适当调整｡冷却水管与基础钢筋应绑扎牢固,防止基础混凝土浇筑过程中,冷却水管接头脱落或变形发生水管漏水或堵塞｡

在降温过程中,要保持水流的畅通,防止管道堵塞或漏水｡在混凝土浇筑时管道要进行保压,防止混凝土堵塞管道｡

本工程基础大体积混凝土温度监测方案根据基础混凝土浇筑顺序､温度场变化原理等因素制订｡根据现场情况及需要,在筏板大于1m厚位置的不同深度间隔一定距离各设置1个测温点,各测温点位置埋设1根48mm薄壁钢管｡为防止混凝土进入测温管,测温管底部用铁板焊牢密封｡

安排1名人员专门负责基础混凝土的测温工作,做好基础混凝土测温记录｡混凝土浇筑后第1天~第3天要求每隔2h对基础混凝土测温一次,第4天~第7天每隔4h对基础混凝土测温一次,在基础混凝土施工和浇筑完2周内对其内外温度持续监测,以全面掌握基础混凝土温度变化情况｡

本工程基础大体积混凝土温控指标如下:基础混凝土在入模温度的基础上温升值不大于50℃,基础混凝土里表温差(不含混凝土收缩当量温度)不大于25℃,基础混凝土降温速率不大于2.0℃/d,基础混凝土表面与大气温差不大于20℃｡

项目团队及时分析测温结果,并及时调整基础混凝土的保温保湿措施,以确保基础大体积混凝土的质量安全｡

3.3.4大体积混凝土表面处理与养护措施

工程基础大体积混凝土在终凝前收平拉毛,浇筑完成后立即覆盖并持续洒水保湿,对电梯井及集水坑侧壁等不易覆盖薄膜部位涂抹养护剂养护,减少表面水分蒸发,控制干缩和塑性收缩｡基础混凝土养护时根据薄膜里表面水珠情况及时进行补水及保湿养护｡

为保证基础混凝土在一定时间内温度､湿度的稳定性,使胶凝材料充分水化,本工程基础大体积混凝土前期主要采用保湿养护,后期基础混凝土降温阶段做好保温,减缓基础表面热扩散速度,使混凝土充分发挥应力松弛效应,以提高基础混凝土的抗拉性能､防止混凝土裂缝产生｡本工程基础混凝土在强度达到1.2N/mm2前不得在其上踩踏或安装模板及支架,严格控制混凝土裂缝的产生,确保基础混凝土的质量｡

4、结束语

超高层基础大体积混凝土裂缝控制是一个系统工程,本工程基础大体积混凝土通过选用低水化热水泥与优化配合比,严格的分层分块跳仓法与精心安排的浇筑流程,采用精细的振捣工艺､科学的降温测温及精心养护等措施,确保了大体积混凝土的质量,保证了工程的品质,可为类似工程提供参考｡

参考文献:

[1]张泓.建筑基础筏板大体积混凝土温度裂缝控制研究[J].建筑技术开发,2024,51(9):144–146.

文章来源:安云飞,苏道恒,蔡青法,等.超高层基础大体积混凝土裂缝成因分析与控制措施研究[J].建筑技术开发,2025,52(08):70-73.