高空大体积混凝土承台建造施工技术的研究

汤海伟

（中建八局发展建设有限公司，山东青岛 266000）

0.引言

承台联系桩与柱两部分能够承受和分布桥梁建筑墩身传递的垂直、水平荷载，是工程关键部位，是建筑工程施工过程的痛点，牵涉建筑力学、材料学和结构力学等重要领域，是十分复杂的系统性工程。现阶段，高空大体积混凝土承台在桥梁基础工程中已经得到大范围的采用，在建造施工过程中，由于大体积混凝土结构物实体的最小几何尺寸不小于1m，最小断面任意方向的尺寸不小于1m，结构厚实、钢筋密集、混凝土设计强度等级较高且数量较多、整体一次性浇筑体积庞大、施工条件较为复杂，因而对大体积混凝土承台建造施工的技术要求较高，必须同时满足强度、刚度、整体性和耐久性的要求，严防因温度控制不佳而产生的变形、裂缝现象。如何在高空大体积混凝土承台建造施工过程中，防止变形、裂缝现象的产生，确保工程建造施工质量，是需要常态化研究的技术性问题，鉴于此，文章结合大体积混凝土自身特点，研究高空大体积混凝土承台建造施工技术，主要目的在于为相关工程提供建造施工技术参考。

1.大体积混凝土材料特征

1.1 大体积混凝土材料概述

大体积混凝土（Concrete in Mass，大体积砼）是就地浇筑、成型和养护的混凝土，类似混凝土重力坝，在水利工程建筑物、港口建筑物和高空建筑深基底板、大型设备基座和重力底座结构物中较为常见。为确保混凝土结构物能够通过结构形状、质量强度承受建筑所传递的载荷，大体积混凝土必须满足建造施工质量要求，在耐久性、抗渗性上具备足够强度。绝对截面的尺寸大小、由于水化热产生的温度收缩应力能够定性大体积混凝土[1]。一旦大体积混凝土的基础尺寸已经达到一定标准，必须通过有效措施妥善处理高空大体积混凝土承台混凝土内部、表面温度所产生的温度差异，解决混凝土因体积变化所产生的对应应力，针对明显变形及贯穿裂缝、深层裂缝、表面裂缝等予以严格控制。对于不同环境条件，建筑结构裂缝最大允许数值截然不同，大多数高空大体积混凝土承台对裂缝的允许最大数值为0.2mm。

1.2 大体积混凝土材料特征

大体积混凝土对防水面施工技术的要求较为严格，大多数选择现浇钢筋混凝土结构，有可能在收缩和温差变化影响下，结构应力达到限制，承载力不足，产生结构性裂缝等较为明显的问题。大体积混凝土属于建筑结构的基础性部分，为确保建筑结构的安全性，需要根据GB 50164-2011《混凝土质量控制标准》，在原材料质量控制、配合比控制、生产与施工质量控制、混凝土质量检验等环节，通过严格的施工质量控制手段进行混凝土质量控制。大体积混凝土往往在混凝土的用量上较为庞大，工程条件相对复杂，施工技术标准较高。一般来讲，大体积混凝土的设计强度等级较高，继而水与水泥之间的水灰比率相对巨大，这一点为变形和裂缝的产生创造了一定条件，结构物较为容易产生温度变形。

高空大体积混凝土承台大多数是配筋砌体结构（Reinforced Masonry Structure），钢筋混凝土构件纵向受力钢筋与构件面积间的配筋率约为0.2%，在进行建造施工过程中，需要充分考虑钢筋对混凝土产生的作用。水泥在水化过程中需要释放热量，大体积混凝土因结构断面厚度较大，因而在表面系数上相对较小，水泥所释放的热量大部分聚集在混凝土结构内部，不易散发，混凝土内部所产生的水化热不能及时消解，故而堆积后产生的水化热温度较高，造成混凝土内外的温度差异较大。大体积混凝土在施工阶段的浇筑温度需要经受自然温度变化的影响，在降温和收缩等多重作用影响下，混凝土内外温度差值加大，温度差越大，温度应力越大，在较大温度应力条件下，大体积混凝土往往容易产生较为明显的裂缝[2]。大多数大体积混凝土的结构抗裂性较为良好，针对裂缝现象，通过混凝土浇筑施工工艺的改良有效提升抵抗开裂的性能。

2.高空大体积混凝土承台建造施工技术难点

2.1 承台混凝土裂缝现象

高空大体积混凝土承台应满足防水、抗渗性能要求的相关标准。一方面，施工单位在建造施工过程中需要严格把控大体积混凝土的原材料质量，需要选择抗水化热、抗腐蚀、抗渗透的水泥，同时满足混凝土拌合物在泵送、浇筑性能上的要求。另一方面，施工单位需要基于混凝土原材料质量控制，对混凝土配合比设计作出科学安排，主要目的在于降低大体积混凝土的水化热反应，防止高空大体积混凝土承台在建造施工中出现裂缝。

2.2 承台的基础开裂风险

钢筋大量应用于高空大体积混凝土承台建造施工过程中，其配筋密度应予以满足承台建筑结构开裂性保护等功能性要求。由于高空大体积混凝土承台的钢筋分布较为密集，应用大量大尺寸钢筋，承台的上下层结构存在较大高度差值，极其容易出现质量控制问题，造成大体积混凝土握裹强度下滑，保护层剥落。故此，在进行高空大体积混凝土承台建造施工过程中，需要严格依据承台建造施工设计图纸的要求，对钢筋实施正确绑扎处理，针对钢筋的规格、型号，利用卡尺限位，保持钢筋整齐，防止承台基础产生开裂风险，合理控制钢筋搭接的具体长度[3]。

2.3 承台模板稳定性检验

承台模板施工成为承台外形、尺寸的直接制约因素，在具体施工过程中，施工单位需要通过科学的技术运用，保持承台模板的稳定性。大体积混凝土在浇筑的同时，需要利用输送泵完成拌合料的泵送处理，在拌合料输送阶段，有可能对承台的结构模板产生巨大的侧向压力，造成模板失去稳定性。为确保承台模板处于稳定状态，需要依据施工质量规范性标准，通过实施科学的侧向压力值计算，确认承台模板尺寸，便于立模施工过程中预先做出标示，保持底模焊接的平稳性。与此同时，需要进行模板稳定性检验，针对渗漏情况予以检查，规避漏浆。

3.高空大体积混凝土承台建造施工质量控制

3.1 原材料选择

为合理控制大体积混凝土在承台建造施工过程中所产生的水化热反应，施工单位需要依据GB 50496—2018《大体积混凝土施工标准》中关于混凝土原材料质量控制标准，进行大体积混凝土原材料的选择，在水泥选择及其质量要求上应符合GB 175《通用硅酸盐水泥》有关规定，需要选择水化热低的通用硅酸盐水泥，3d水化热不宜超过250kJ/kg，7d水化热不宜超过280kJ/kg，一旦选用52.5强度等级的水泥时，7d水化热宜小于300kJ/kg。在水泥进入搅拌站时，入机温度不应当超过60℃。在细骨料的选择上，要保持细度模数在2.2～2.3，含泥量少于3%的中砂，而粗骨料在选择上，需要保持粒径介于5mm～31.5mm、含泥量少于1%的碎石，粗骨料一般为非碱性的活性料体。拌合料的选择需要使用粉煤灰和高炉矿渣粉，满足GBT1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准及GBT18046《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准。在化学添加剂的选择上需要以控制大体积混凝土需水量为目标，降低高空大体积混凝土承台的水化热反应，可以采用密度在±0.01g/ml内、pH值在±1.0内、砂浆碱水率在95%内的聚羧酸高效减水剂[4]。

3.2 配合比设计

大体积混凝土在配合比设计上，除应当符合现行的行业标准JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》所进行的规定，同时应当满足下述要求：在高空大体积混凝土承台采用龄期为60d或90d进行混凝土强度指标验收时，可以将该龄期的混凝土配合比作为高空大体积混凝土承台混凝土配合比的设计根据。在配合比设计上，混凝土坍落度（Concrete slump）不应当超过180mm，在混凝土拌合物的用水量上不应当超过170kg/m3，在粉煤灰的掺和量上，不应当超过无机、有机胶结料使用总量的50%，矿渣粉的实际掺和量不应当超过胶结料使用总量的40%。粉煤灰、矿渣粉总掺和量不应当超过胶结料使用总量的50%。每立方米混凝土的总用量与胶结料用量的比值不应当超过45%，而混凝土中，最优的砂率应当在38%～45%。

3.3 钢筋的绑扎

在承台所用钢筋进行绑扎前，需要对钢筋的参数进行核实，严格依据高空大体积混凝土承台建造施工设计所规定内容进行检验、堆放。在钢筋绑扎过程中，要根据绑扎要求按照合理顺序和密度进行绑扎，顺序按照先长、后短的要求从承台的一侧进行，在此过程中，需要使用直径为0.711mm的22号铁丝进行牢固绑扎。深入承台的人工钢筋混凝土挖孔桩采用“十字扣法”进行绑扎，在绝对和相对标高、位置和长度上，均应满足承台设计要求，严格杜绝漏绑、错位等问题的产生。针对大体积混凝土内沿长方向所布置的受力钢筋，需要确保搭接的接头在位置上保持正确，采用“双面搭接焊”的方式将接头错开，保证接头的面积处于钢筋总面积的25%，达到这一标准后，将受力钢筋的交接位置进行牢固绑扎，规避钢筋跳扣。在钢筋绑扎完成后，要针对施工现场进行严格的检查验收。

3.4 浇筑和振捣

混凝土运送至高空大体积混凝土承台建造施工现场后，施工单位需要将混凝土浇筑入模直至产生塑化，完成浇筑施工的质量控制。在浇筑施工质量控制过程中应当严格遵循技术操作要求，对不同浇筑环节进行控制。在浇筑过程中，混凝土自由高度不应当超过2m，在混凝土自由高度超过3m时要采取技术性措施进行干预。在大多数情况下，混凝土浇筑施工经受综合性因素干扰的可能性较大，因此，需要施工单位针对浇筑施工流程进行合理设计，按照浇筑施工具体需求量，进行运输安排，确保混凝土泵能够连续性工作，假如产生故障，需要停歇45min或等待混凝土离析后，使用压力水等方式冲洗泵管内残土，确保浇筑施工过程中温度不大于30℃，与此同时，为控制施工质量，需要针对收缩应力进行科学计算。在混凝土进行浇筑的过程中，针对混凝土从料口下落的自由倾落高度问题，要及时采取振捣操作确保结构质量[5]。

在振捣时需要采取分层连续方式进行，根据结构特征和钢筋的疏密程度决定分层的高度，一般捣实混凝土的方法有插入式、表面振动式，可以通过人工进行捣固，也可以使用两台振捣器同时作业，为确保振捣施工过程中的混凝土堆压现象，可以将振捣器放置于混凝土泵管的送料位置。振捣施工期间，施工单位需要对振捣时间和振捣厚度进行严格控制，一般振捣层的厚度为振捣器作用部分长度1.25倍左右，注意混凝土强度等级所对应的混凝土振捣间隙允许时间，假如振捣时间不足将难以满足结构密实程度要求。

3.5 结构性养护

结束振捣后，施工单位需要按照高空大体积混凝土承台建造施工质量控制标准进行结构性养护，可以在结构上部分进行覆盖，保证施工温度。在结构性养护过程中，施工单位要根据时间要求，及时进行承台建筑工程结构的表面温度测量，假如承台的内外温度差异已经超过25℃，需要通过采取及时有效的养护措施进行妥善处理，防止承台产生裂缝等严重问题。为防止承台产生裂缝，施工单位可以在混凝土中添加外加剂，或者在进行混凝土浇筑过程中，通过设置冷却水管释放结构内部热量，控制混凝土内外温度差异和温度应力。另外，施工单位要从技术角度出发，提升承台建筑结构的配筋率，以此防止裂缝的扩散，确保承台建筑结构的大体积混凝土浇筑保持在较高质量水平。

4.结语

高空大体积混凝土承台在建造施工过程中，存在承台混凝土裂缝、承台的基础开裂、承台模板失稳等技术性难点。为全面提升承台建筑工程施工质量，促使承台具备安全性和稳定性，施工单位可以通过原材料选择、配合比设计、钢筋的绑扎、钢模板安装、浇筑和振捣、结构性养护等环节进行施工技术的质量控制，满足交通新基建对工程的质量需求。