高层建筑筏板基础大体积混凝土裂缝防控措施

陕艳娟（山西一建集团有限公司，山西 太原 030000）

随着社会的发展，我国高层以及超高层建筑发展迅速，大体积混凝土结构随之被广泛应用于现代建筑工程中。但大体积混凝土在施工时经常受到各种因素影响，导致混凝土出现开裂问题，成为大体积混凝土的施工难点之一。大体积混凝土的开裂问题会严重影响建筑的结构安全和使用，因此，混凝土裂缝的防治十分重要[1]。通过对大量文献和项目实例的查询[2-5]，本文从温度控制和自身裂缝防控两方面研究大体积混凝土的施工技术。

1 大体积混凝土裂缝的产生原因

通过查询大量相关文献和对多个实际工程调研，对大体积混凝土裂缝产生机理深入研究，结合各方面因素影响，分析其对混凝土开裂造成的影响，总结大体积混凝土的开裂原因。

1.1 混凝土水化热和外界气温影响

大体积混凝土在水泥水化阶段产生的水化热热量非常庞大，由于混凝土的导热能力一般，导致水泥水化释放的热量集中在混凝土内部难以发散，会引起温度骤升。在混凝土实际施工时，外界的气温变化对混凝土的水化热产生较大影响，在冬季施工时，混凝土的内部温度和外界温度产生的温差较大，从而引发混凝土开裂。

1.2 混凝土的自收缩

混凝土在水泥水化阶段，仅有少量水分会参与反应，大部分水分都会蒸发出去，水分蒸发又会引起混凝土体积变形，主要表现为收缩变形、膨胀变形；同时，混凝土中的水泥砂浆在硬化过程中也会发生微量的收缩现象；在施工环境的相对湿度不满足条件时，混凝土的表面水分将会被蒸发，在这种表面张力的作用下，会出现收缩现象，导致混凝土开裂。

1.3 混凝土的约束情况

混凝土在发生变形的过程中，会产生相应的力来阻止其发生变形，这就是混凝土受到的约束条件。这种约束条件分为外约束和内约束两种类型。外约束指的是外界条件对混凝土结构变形产生的约束，如模具或支座；内约束指的是混凝土内部温度的差异和不均匀的收缩分布产生的不均匀变形造成相互约束。当约束大于某个值后，便会引起裂缝的出现。

2 工程案例

2.1 工程概况

某办公楼建设工程，建筑高度约97.4m，地下2层停车场，地上26 层，建筑总面积约为5.6 万m2，建筑主体结构为框架剪力墙结构，基础采用桩基础配合筏板基础，筏板厚度达到1.6m，局部核心位置板厚要求2m，混凝土强度设计要求为C40，抗渗等级要求达到S8，建筑施工现场如图1 所示。本工程混凝土浇筑体积达到4400m3，属于大体积混凝土工程，且本工程要求筏板宽度达到68.4m×39m，因为底板设计为防水底板，所以对混凝土的裂缝问题要求严格。本文将从混凝土配合比设计优化、施工技术、温度及裂缝控制等方面对工程进行阐述。

图1 建筑施工现场

2.2 混凝土配合比设计

本工程施工过程较为复杂，面积大、难度高，对混凝土的强度要求较高。对此，本项目为降低混凝土的水化热，选择掺入粉煤灰，并掺入减水剂以延缓水化热释放速度，提高混凝土的工作性能和流动性额能，考虑到工程在冬季施工，还掺入了防冻剂。项目在施工前进行了多组试验，对混凝土的配合比进行优化，试验结果见表1。

表1 混凝土配合比

本工程选用的是P·O 42.5 级普通硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰；粗骨料选用粒径为5mm～25mm的碎石，表观密度为2945kg/m3；细骨料选用中砂，含泥量为2.3%；水源取自当地自来水，外加剂选用防冻剂和减水剂。

3 基础大体积混凝土施工要点

3.1 施工前期准备

为保障混凝土的浇筑质量，在施工准备阶段，健全管理制度，成立管理部、监测部、后勤部等，并保证人员齐全，从而能够良好地管理施工过程；对全体施工人员进行了多轮技术交底，保证施工人员技术达标；建立严格的材料监测机制，对水泥、粉煤灰等混凝土原材料和其他材料的质量多次抽检，保证材料完好；做好现场整理工作，对材料储存位置、设备停放位置以及运输通道做好规划，保障本项目能有序地完成各项工序；机械设备和测温设备准备齐全，对重要设备做了备用方案，避免因机械损坏而耽误工程施工；针对工程容易出现问题的地方做好应急预案，在发生问题或事故时能够及时解决。得益于本工程完善的前期准备，工程在保障高质量的同时能够顺利完成施工。

3.2 铺设冷凝管

采用在混凝土内部布设冷凝管，利用水的物理性质对混凝土内部直接降温，同时，在表面覆盖塑料薄膜和草袋等进行保温处理，通过内部降温和外部保温的方法控制温差。冷凝管材质采用铸铁管，用弯管和直管接头连接冷凝管，为保证连接位置牢固，使用冷胶带在连接处加固。冷凝管铺设方式采用矩形排列，冷凝管水平间距1.2m，垂直间距0.9m。在进水口设置一个抽水泵，控制水速在0.9m/s左右，准备测温仪器有专人看管，每3h测量一次温度，从而有效控制混凝土内部温度，保证温差在25℃之内。

3.3 混凝土浇筑和振捣施工

基础施工时，遵循“斜向分层浇筑、一个坡度、循序递进、逐层到顶”的施工原则，由混凝土自身的流动性自然流淌形成斜坡，分层厚度控制在600mm，浇筑宽度控制在1m左右，每次浇筑时间大约1.5h，使每层混凝土的浇筑停歇时间不超过初凝时间，且分层界面的交界处不会漏振，避免冷缝的出现。在项目现场配备了技术过硬的施工人员负责振捣工作，并配备15 台插入式振动棒和输送泵搭配，在浇筑带布置三个振捣点，第一个在出料位置，负责上部的振捣工作；第二个在中部位置，使混凝土能顺利流淌；第三个在坡脚处，防止混凝土出现堆积问题，然后对整个浇筑带全面振捣。振捣时，振捣点分布均匀，振捣棒作用半径约400mm，振动操作遵循快插慢拔的原则，每次振动时间控制在15s左右，直至混凝土表面不再出现气泡，泛出灰浆。并且，振捣时将振动棒插入下层混凝土50mm～70mm，成功避免了分层间裂缝的出现。

3.4 混凝土泌水和表面处理

由于混凝土浇筑采用分层施工，且浇筑时间间隔较长，所以在振捣时多次出现泌水和浮浆的现象，由于在结构侧模位置的底部设置了排水孔，让多余的水分从孔中排出，并且在积水较多的位置用软抽泵将积水排出，避免了泌水对混凝土粘结力的影响，保证了混凝土的抗裂、抗渗能力。另外，由于本筏板工程高度较高，振捣后会泛出较多水泥浆，施工人员对此按照设计标高先用标尺刮平，在初凝前和终凝前用抹子抹压两遍，并对表面进行抹平处理，提高混凝土的表面强度，防止其因表面收缩而开裂，影响工程的施工质量。

3.5 混凝土测温、保温养护

由于施工时天气较为寒冷，为保障混凝土的浇筑质量，掌握混凝土内部的温度变化，且为拆模提供依据，在混凝土内部设置了测温点，用电子测温仪掌握混凝土内部的温度变化，并且，配备了专人负责监控温度变化，每3h 测定一次温度，监测2d～4d，在温差较大时及时加强保温，把温差控制在25℃之内。同时，由于项目是在冬季施工，所以采取覆盖保温养护，在浇筑3h内覆盖严实，防止混凝土由于干缩产生裂缝，且在柱墙插筋处用薄膜覆盖严实，并对其他重要位置做好保温处理。

4 基础大体积混凝土温度及裂缝控制措施

本工程主要是通过冷凝管内部控温和表面覆盖保温措施相结合，同时，通过电子测温仪实时监控混凝土内部温度，以保证混凝土内外温差在可控范围之内，避免裂缝问题的发生。

4.1 温控措施和裂缝防控措施

为有效地控制温度变化，应从混凝土内部布置冷凝管物理降温、外界做好保温工作、监控混凝土内部温度和外界温度的角度采取措施。首先，通过冷凝管内水循环来调控混凝土内部温度，当内部温度过高时，循环冷水快速降温，温差较小时，循环常温水或停滞循环，以保障混凝土内外温差保持平衡状态；由于本工程在冬季进行施工，所以混凝土要在浇筑完成后，把入模温度控制在10℃左右，脱模后通过多层覆盖，保证混凝土的保温保湿养护条件，第一层覆盖塑料薄膜，第二层覆盖养护毯，第三层覆盖加厚的防雨布；通过电子测温仪和多个测温点的结合，有效监控混凝土内部温度的变化，实时监控天气变化，以此调控冷凝管内冷水和常温水的选择以及供水速率，并及时调整混凝土表面覆盖物的厚度。通过这三者结合，成功地使混凝土内外温差控制在20℃之内。

4.2 大体积混凝土裂缝防控措施

为了有效控制裂缝的出现，从控制混凝土内部的水化反应释放的热量、提高施工工艺水平、减少混凝土自收缩的角度采取措施。首先，选用水化热低的水泥，掺入粉煤灰，尽量降低水泥的用量，以此降低混凝土的水化反应释放的热量，并选择级配良好的碎石做骨料，掺入减水剂，改善混凝土的和易性，延缓水化热的峰值期，从而降低水化热；其次，采用分层分段的方法浇筑混凝土，同时设置后浇带，降低混凝土的约束条件，减少混凝土水化热的蓄热量，从而降低温度应力；最后，通过采用级配良好的粗骨料，保证振捣施工质量，提高胡凝土密实度，达到减少混凝土自收缩产生的变形，再结合二次振捣，提高混凝土抗裂性。

4.3 混凝土内部温度监控和分析

根据混凝土浇筑顺序，在浇筑之前布置测温点，根据筏板厚度，总共设置10个测温点，每一个测温点顶部的测温组件设置为距混凝土表面150mm 处，中部的测温组件放置在混凝土中心位置，底部的测温组件放置在距混凝土下表面150mm 处，通过三处位置的测温组件对混凝土内部温度实时监控，指导混凝土施工。本工程采用的测温装置的巡检周期设置在30s，在施工现场，配备有专人对混凝土的温度变化实时记录，每3h或温差变化接近25℃时，要向管理人员进行汇报。

本工程从开始进行混凝土的浇筑到浇筑完毕，浇筑时长达到60h，外界温度最低气温6℃，最高气温13℃，混凝土入模温度控制在10℃～15℃。通过测温结果显示，1#测点首先进行浇筑，位于1.5m 的单桩承台，水化热达到峰值所用时长为32h，47.6℃；8#测点位于2.6m 的大承台位置，水化热达到峰值所用时长为45h，53.6℃。由此可见，大部分水化热在2d 左右便能达到峰值，且浇筑点厚度越厚，温度峰值便越高，此外，水泥用量和入模温度对其也会起到影响。

5 结语

本文在查询大量相关文献和对多个实际工程调研后，以办公楼筏板基础工程为例，总结了大体积混凝土裂缝的产生机理和防控措施，得出以下结论：

（1）温差裂缝和收缩裂缝是大体积混凝土开裂的主要原因，可以从设计、材料、施工以及管理监控等多方面进行裂缝的防控。

（2）本工程采取优化设计、提供施工工艺水平以及加强温度监控等有效施工控制措施，使得本工程各个测温点温差均未超过25℃，没有裂缝产生，施工质量良好。

（3）根据本工程实际施工情况，监控混凝土内部温度对施工质量起到了有效的帮助，此外，施工人员的施工技术对裂缝的产生关系重大，不可忽视。