高层建筑基础承台大体积混凝土施工技术研究

刘涛（青岛博海建设集团有限公司，山东青岛 266011）

城市化发展进展的加快，使社会土地资源呈现一种日趋紧张的状态，为满足更多群体的生存与生活需求，建筑开始向高层发展[1]。基础承台施工是高层建筑施工方案中的主要环节，在此环节施工中，需要浇筑大体积混凝土，但由于浇筑的混凝土材料的承台结构上会发生水化热反应，且此种反应在结构层上较为集中，而在一个相对较短的时间内又无法实现热量快速散出，导致基础承台结构在施工中会存在较大的温度差，此种温差不仅会诱发结构裂缝，还极易造成结构变形[2]。

1 工程概况

华山东十地块工程为青岛博海建设集团有限公司承包的住宅建设项目，此项目主要由住宅楼构成，建筑总面积13.2万m2，下述将对两个主要建筑的基础情况进行分析，见表1。

表1 住宅楼建筑基础情况

在此项目研究中发现，该工程项目的施工具有工序复杂、施工作业面大、质量标准要求高等特点，根据项目业主方提出的需求，在施工中，基础承台结构不允许出现施工缝。因此，要满足针对此工程项目的混凝土连续浇筑施工需求，应在基础承台的后浇带位置，采用分层、分次施工方式进行浇筑，保证承台浇筑混凝土后的刚度，降低裂缝等工程病害的发生[3]。

2 高层建筑基础承台大体积混凝土施工技术

2.1 基础承台大体积混凝土温度应力计算

为解决混凝土浇筑施工存在的裂缝问题，应在施工时做好对现场浇筑温度的控制，并结合实际情况，计算温度应力[4]。将基础承台结构沿厚度方向平均划分为n-1个薄层，假设每一层的厚度为h，利用下述一维热传导方程分析相邻三个节点上的温度，其表达式为：

式中T-为某一节点i在t时间上的温度数值；

θ-为截断误差；

t-为时间；

x-为变量；

α-为一维热传导系数。

利用上述公式，对i节点和相邻的i-1节点、i+1节点进行内点温度分析[5]。在结合差分原理的基础上，利用各阶偏导数对温度数值进行描述。在上述计算基础上，建立以下稳定条件：

式中r-为稳定阈值。

对公式（2）进行计算，当r≥1/2时，并且符合1-2r＜0的条件，则当某一节点上的温度逐渐增加时，会造成振荡现象产生。因此，为了避免振荡发生，需要将r数值控制在1/2以下，以此才能够满足稳定条件，确保最终不会出现振荡现象[6]。假设结构具备良好的连续性，在此种条件下，边界上存在下述关系：

式中T1-为基础承台结构底面温度；

T2-为基础承台结构基岩表面温度。

根据上述地面边界条件，在具体施工中严格控制相关参数，确保最终施工效果符合预期要求。

2.2 混凝土配合比及养护

根据上述工程的实际情况，针对混凝土原材料进行选择，优先选择具有低水化热性能的硅酸盐水泥，将其作为浇筑施工的主要材料，除此之外，还需要含泥量小于1.5%、泥块含量小于0.3%、含水率小于5.0%的中砂材料；粒径在5mm～25.3mm范围内的卵石，其含泥量要求在0.2%以下[7]。在拌合混凝土材料时，可添加II等级粉煤灰材料，并根据需要添加适量膨胀剂。在确定配合比时，结合在试验室当中通过多组试验得到的结果选择最佳配合比，并完成对适用于上述工程项目的混凝土配合比，如表2所示。

表2 基础承台结构混凝土配合比

按照表2中的配合比完成对混凝土浇筑材料的配置。引进施工中的二次压光法，对基础结构进行规范化养护处理[8]。要求混凝土的养护时间不得小于10d，并且在每一天的上午、中午和下午都需要进行一次洒水养护，由专门的养护小组完成上述任务，如图1所示。

图1 混凝土洒水养护图

2.3 大体积混凝土裂缝控制

为进一步提高施工质量，还应当针对承台结构上容易产生裂缝的位置进行合理控制。在确定混凝土裂缝结构产生机理后，明确在某一龄期t时的混凝土抗拉强度与结构变形之间的应力关系，可将其以下述公式表示：

式中σ(t)为浇筑结构在受到外界作用力影响后，出现形变问题时的应力值；

σN(t)为浇筑结构内部应力分布；

σW(t)为在约束条件下的应力分布。

假设在某一龄期t时，混凝土结构产生的抗拉强度为R(t)，则当R(t)＞σ(t)时，结构上不会出现开裂现象。根据上述分析，对混凝土裂缝进行控制。首先，选择水化热较低的水泥对混凝土裂缝产生预防。水泥的水化热可以根据不同矿物成分以及添加混合材料的量决定。在施工中应当避免使用水化热较高的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，可选择利用低热硅酸盐水泥替代，以此能够在确保混凝土施工设计要求的基础上，达到降低水化热的效果。同时，还需要对建设过程中水泥材料的使用量进行严格控制。混凝土的干湿和化学变化对混凝土的体积会产生较大影响，但产生的影响远远小于水泥水化热造成的混凝土体积变化，因此，除了需要使用较低水化热的水泥材料以外，还应结合施工现场实际需求，控制水泥的掺入量，以此有效减少基础承台大体积混凝土结构的温度变形。

2.4 大体积混凝土浇筑施工

在完成对裂缝的控制后，开展混凝土的浇筑施工工作，可采用如图2所示的方法完成分段分层浇筑。

图2 大体积混凝土分段分层浇筑示意图

对需要进行浇筑的承台结构进行分层和分块处理，并完成分期浇筑。沿着承台水平缝方向，将其划分为多个浇筑层结构，分别针对每一层进行浇筑，一方面能够方便混凝土施工，减少混凝土单位结构内的基础尺寸，并进一步扩大其散热面积；另一方面，在浇筑过程中，采用先底部浇筑、后顶部浇筑的顺序，以此减少混凝土裂缝的产生。

3 实例分析

按照上文所述方式，对所选的工程项目进行施工，为确保工程施工可以达到预期的标准与设计要求，可在施工中，以《大体积混凝土基础工程施工技术规程程》作为参照，设计两个方面的温度控制指标：①混凝土浇筑施工后，基础承台内部结构与外部结构之间的温度差控制在25℃范围内；②基础承台浇筑混凝土内部温度的下降速度控制在1.5℃/d范围内。

在此基础上，为实现对浇筑后结构不同位置混凝土温度的检测，需要根据现场施工的具体部署，在施工平面上固定并安装上下两端呈现封闭状态的温度检测套管，在套管的不同高度位置上安装温度测量组件，将其与计算机设备建立连接后，按照热电转换的方式，对浇筑混凝土结构不同位置的温度变化情况进行监测。按照此种方式，布置基础承台结构混凝土浇筑施工作业现场监测环境。施工现场监测设备见表3。

表3 施工现场监测设备

图3 混凝土测温现场

设计测温装置的周期为30s反馈一次，通过此种方式，确保终端监测温度与浇筑混凝土温度变化保持同步。监测作业现场见图3。

统计施工后基础承台混凝土浇筑施工两个温度控制指标的具体数值（见上文指标①和指标②），见表4。

表4 混凝土浇筑施工温度控制效果

通过表4所示的实验结果可以看出，本文设计的施工方案在实际应用中的效果良好，可以满足在施工中将基础承台内部结构与外部结构之间的温度差控制在25℃范围内的同时，实现将基础承台浇筑混凝土内部温度的下降速度控制在1.5℃/d范围内。

施工完成后，在建筑上随机选择测点，对其进行裂缝检测，发现浇筑作业面上并未出现明显的裂缝，说明本文设计的施工方法可以在实际应用中实现对基础承台结构裂缝的有效控制。

4 结语

为解决高层建筑基础承台结构在施工中存在裂缝等病害问题，本文提出了针对性的施工方案。此方案在完成设计后被应用到实例中，经过检验证明了此方案的可行性。

通过此次的研究，明确了保障基础承台结构的规范化浇筑施工是提高建筑工程质量的主要措施。但要进一步实现对裂缝的控制，应在后续的工作中加大对现场的勘查，结合实际情况设计规范化的施工作业方案，通过此种方式，实现对本文提出施工方案的精细化设计。