特大型高炉基础大体积混凝土裂缝控制技术及监理

杜建民（北京诚信工程监理有限公司，北京 100043）

1　项目特点及施工方案

某钢铁企业厂址位于北方某省市，其厂址范围内地质松软，建设用地为旧有河道人回填方式形成，地下水位高。工程所在地气候基本属于暖温带半湿润大陆性季风气候，其气候特征是四季分明。平均风速 5.3 m/s，平均湿度 71%。此次建设的 4 000 m3高炉是目前我国特大型高炉之一。由国内某专业钢铁设计院设计，在设计理念上遵循了“先进成熟、实用可靠、长远发展”的设计原则，运用综合长寿技术，炉龄设计寿命 25 a。

1.1　项目特点

高炉地基采用了桩基方案，在高炉基础 60.0 m×35.7 m 的底面积范围内布有直径 1.2 m 的钢筋混凝土灌注桩170 根。桩基为钻孔灌注桩，桩基采用 C35 混凝土，桩径1.2 m，桩长 42.0 m，桩距 3.6×3.7 m。基础底板长 60.0 m，宽 35.7 m，高 5.5 m；炉底座半径 10.1 m，高 3.0 m。高炉基础承台采用大块式钢筋混凝土基础，为满足高炉炉龄的要求，首次在特大型高炉基础上应用了 C30 高性能混凝土。

本工程具有一次连续混凝土施工方量大(计算量 8 200 m3)、质量要求高(不能出现有害裂缝，防止地下水侵蚀钢筋对高炉基础的耐久性产生不利影响)和一次性不间断连续浇筑完成等特点。

1.2　施工方案

根据以上地勘及设计文件参数及要求，监理部经过认真、严格的审查、对比、论证、优化后，批准了高炉基础混凝土浇筑分两次施工的方案：第一次浇筑 60.0 mm×35.7 mm×5.5 m 的基础本体，第二次浇筑高炉底座圆墩，第一、二次浇筑混凝土之间形成施工缝。高炉基础混凝土一次(-5.5～±0.0)m 连续浇筑混凝土总量达 8 200 m3，为国内冶金工程单次连续浇筑量最大、最厚的大体积单体混凝土基础之一。

基础底板下部钢筋共设置 4 层，第一层钢筋长度方向采用Ⅲ级钢筋 φ32 mm×125 mm，宽度方向采用Ⅲ级钢筋 φ32 mm×200 mm；中间部位两层钢筋均为Ⅱ级钢筋φ16 mm×300 mm；上部钢筋(包括四周)均采用Ⅲ级钢筋φ32 mm×200 mm 双向，圈筋在立筋的内侧。钢筋的混凝土保护层厚度底板底部为 120 mm，其余为 50 mm。

1.3　计算和实验

根据高炉基础的设计要求、拟选用的混凝土配比和当地水文气候条件，通过对混凝土的温升、温差、降温等环节，对抗裂进行了计算。为了核实、验证混凝土的温升计算结果，还要求施工单位做了混凝土的绝热温升试验，试验结果与计算结果非常相近，证明了计算的可靠性。

2　施工技术措施

2.1　混凝土相关指标

经过多种方案严格筛选，在保证各项指标(混凝土含气量平均值 4%～6%，氯离子扩散系数 DNEL＜6×10-12m2/s(28 d 龄期)，混凝土抗冻性的耐久性指数 DF 在 60%～70%，总的混凝土含碱量≤ 3.0 kg/m3)要求的前提下，达到降低大体积混凝土块体水化热，推迟、降低温升峰值的目的，采用按一定配合比设计的高性能混凝土。

2.2　施工技术措施及监理控制要点

高炉基础混凝土浇筑分两次施工，先浇筑 60 m×35.7 m×5.5 m 的基础本体，后施工炉底座圆墩。高炉基础混凝土一次(-5.5～±0.0) m 连续混凝土浇筑总量达 8 200 m3。高炉基础选择在 4 月初开始浇筑，有利于降低混凝土的入模温度。

(1) 混凝土初凝时间按不早于 8.5 h 设计，按每 40 cm分层浇筑，每一层混凝土浇筑量 857 m3，每小时混凝土供应量≥ 123 m3，安排 16 台混凝土运输车。

(2) 保证新拌混凝土供应能力不低于单位时间所需量的1.2 倍，确保混凝土的持续不间断浇筑，并且制定相应的应急预案。

(3) 浇筑混凝土时，为防止前后浇筑的混凝土出现冷缝，施工采用“连续分层”方案，每层厚度不超过40 cm，且前后层施工混凝土浇筑时间间隔不超过混凝土初凝时间。

(4) 在混凝土浇筑前根据混凝土配合比和水化热试验结果，结合现场气候条件，对大体积混凝土浇筑体内部温度场、收缩应力和温度应力进行预测计算。

(5) 计算保温层厚度，设计延时保温、保湿养护方案。

(6) 养护力度大小及时间长短根据实时监控数据进行调整，高炉基础拆模后及时回填，以保证高炉基础大体积混凝土质量，避免基础混凝土长时间暴露而增大里外温差。

3　温度场和应力场监控

该工程具有混凝土施工方量大，质量要求高，养护困难，一次性不间断连续浇筑完成等特点。为确保施工质量，在精心组织施工的前提下，还通过对该大体积混凝土浇筑块体内部的温度场和应力场的实时监控，达到及时发现养护过程中可能出现的异常情况，及时调整养护方案，以实时监测数据指导本次施工和养护，实现不出现有害裂缝的目的。

现场温度和应力监测工作本工程委托了中冶集团建筑研究总院建筑工程检测中心实施，采用了两套监测系统：英国输力强公司生产的独立高精度多通道测量站(IMP)，通过 S-网络与中央控制器组成的分散式数据采集系统；澳大利亚产 dataTaker 数据采集仪。采用三种测试元件：高精度铜电阻温度传感器、美国基康公司的 BGK—4200 型应变计和中冶集团建筑研究总院自主开发的 kM—200A 型传感器进行混凝土温度和应变测量，测试系统循检能力小于 1秒。

4　监理控制要点

根据以上施工及养护监控措施，监理部做了认真的准备和部署工作。首先深刻理解到本工程的重要性和技术难度，然后根据施工方案有针对性的制定出详尽的监理细则，概括为对施工行为严把“六关”和三个“保证”，以确保施工技术措施得到严格、全面的落实。具体措施如下：

(1) 严把“六关”：资质关、方案关、材料关、工序关、资料关、验收关。

(2) 做到三个“保证”：对每一个可能涉及到质量和安全的因素进行严格监督，保证不出现重大质量和安全问题；无论主控项目还是一般项目，都必须做到闭环控制，保证每一个隐患都得到整改；进入下一个工序前保证上一个工序不遗留施工质量问题和安全隐患，以此类推，环环相扣，最终才能保证施工质量和安全，达到设计要求。

5　结　语

(1) 本次 4 000 m3高炉基础大体积混凝土施工取得了成功，这离不开中冶集团建筑研究总院工程检测中心对高炉基础混凝土施工前后的鼎力指导。

(2) 基础一次性整体浇筑完毕，由于在施工工艺、材料组成、后期养护和现场监测等方面采取了一系列温控防裂技术措施，基础未出现有害裂缝。整体浇筑缩短了工期、增加了整体刚度、提高了防水性能。监测结果表明：只要在施工过程中对原料的质量、混凝土级配管理、泵送工艺、养护的保温保湿等各个环节采取一系列切实有效的技术组织措施，以保证施工质量，一次浇筑大体积混凝土不留任何施工缝是完全可以实现的。

(3) 在整个施工过程中，从浇筑直至养护结束一直保持对温度场和应力场的实时监控，并且根据监控数据对整个施工过程进行指导，实现了大体积混凝土的数字化施工。不但确保了国内最大体积高炉钢筋混凝土基础本体不出现有害裂缝，还详细掌握了特大型大体积钢筋混凝土在浇灌养护过程中水灰比、坍落度、外加剂、掺和科、大气温度、混凝土的温度和温升、混凝土的徐变和松弛等等之间的影响和变化关系，为以后的大体积混凝土施工积累了数据，掌握了诀窍。本次测试总采集次数 3 300 次，总有效数据 33 万个，测试规模在国内大体积混凝土施工中前所未有，值得重视和推广。

(4)《工程结构裂缝控制》[1]所给出的温度场和温度应力计算方法，是理论推导和无数工程实例的总结，实践验证具有较高的精度，既可以预测大体积混凝土温度场的分布，又可以分析结构的温度应力场问题，具有很强的适用性。

(5) 一般观念所认为的设置伸缩缝就可以避免裂缝，不留伸缩缝就一定会产生裂缝的观点有其片面性。从本次施工结果来看，混凝土的有害裂缝是可以避免的。合理控制温度变化，充分利用混凝土徐变松弛的自身特性，可以有效控制混凝土在温度变化下的变形，从而控制混凝土中应力变化。从监测结果来看，控制最高温升、混凝土内外温差和降温速度是最关键的因素。

(6) 在这次大体积混凝土施工编制施工方案过程中，对混凝土的温度、温升、绝热温升、控温和降温都进行了理论计算。本次大体积混凝土施工理论计算及实际情况比较分析表明，理论计算和实测结果非常一致，施工过程控制良好，没有产生任何有害裂缝，圆满完成了施工任务。本次施工中采取的技术措施和积累的经验值得认真总结和推广，可以为我国的大体积混凝土施工工艺改良作出贡献。

参考文献：

[1] 徐荣年,徐欣磊.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社,2010.