高速公路房建工程筏板基础施工技术研究

摘要：探究高速公路房建工程筏板基础施工技术，对提高地基承载能力、降低基础混凝土开裂风险至关重要。依托昆明至楚雄高速公路扩建工程，采用数值模拟方法，建立高速公路房建工程筏板基础跳仓法施工三维数值分析模型，对浇筑后首浇仓块、续浇仓块上中下部温度场及应力场变化规律开展分析。研究结果表明：首浇仓块与续浇仓块混凝土温度变化趋势及幅度相近，续浇仓块对首浇仓块温度变化的影响不显著；首浇仓块与续浇仓块应力变化规律基本相同，表面位置与中部位置应力变化规律相反；整体上应力值在容许范围内，无开裂风险。

关键词：高速公路；房建工程；筏板基础；跳仓法

0 " 引言

随着城市化进程的加速和交通网络的不断完善，高速公路建设已成为基础设施建设的重要组成部分[1]。作为高速公路建设中至关重要的基础工程之一，房建工程筏板基础在提高路基承载能力、减小地基沉降、保障路基结构安全稳定等方面发挥着重要作用[2-3]，因此探究筏板基础施工技术具有重要的实际工程意义。

目前，已经有多位学者针对筏板基础施工技术方向开展了相关研究。刘路路等[4]摒弃传统砖胎膜施工，使用喷射水泥砂浆+抹灰的施工方法，保证整体平整度满足防水施工，显著加快了施工进度。陈金刚等[5]采用配比优化、设置膨胀加强带、合理划分施工区域、调度混凝土运输等关键技术，有效控制了大体积混凝土的内外温差，预防了温度裂缝的产生。艾心荧等[6]通过理论分析、模拟计算、缩尺模型试验等手段，研究了C50P8超大体积筏板混凝土的配合比、温度场特性及控制技术，制定了施工与养护措施，成功完成了65000m3C50P8超大体积筏板混凝土浇筑施工，各项指标均符合规范要求。

在现有研究中，针对跳仓法在房建工程筏板基础施工中的应用研究相对缺乏，鉴于此，本研究依托昆明至楚雄高速公路扩建工程，采用数值模拟方法，对跳仓法在高速公路房建工程筏板基础施工中的应用开展研究，相关研究结果可为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。

1 " 工程概况

昆明至楚雄高速公路扩建工程按全封闭、全立交高速公路标准建设，双向6车道，设计速度100km/h，路基宽度为33.5m。本施工项目全长为106.834km，全线房建设置收费站5处，服务区1处，停车区2处，隧道变电所、管理所、配电房等24处，工点共计32处，共计结构物99座，房屋建筑面积共计61740.05m2。

2 " 构建数值模型

2.1 " 基于跳仓法建立模型

在筏板基础施工过程中，混凝土浇筑后由于温度差异易出现收缩及温差裂缝，对基础的受力性能产生不利影响。而采用跳仓法则能够释放混凝土在浇筑后产生的温差，降低裂缝出现的概率。跳仓法是指将基础划分为面积较小的仓块，对仓块进行间隔浇筑，最后进行封仓浇筑。

基于实际工程，建立筏板基础跳仓法施工三维数值分析模型。根据建筑面积对仓块进行划分，单个仓块长度及宽度均为50m，高度为1.2m，地基计算范围取长度200m，宽度100m，高度为3m。

2.2 " 模型假设与网络划分

在模拟过程中做出如下假设：假设混凝土材料为各向同性的，假设材料内部热力学参数为常数；假设仓块采用一次浇筑成形；不考虑筏板基础内部钢筋对模型热传递的影响。将模型各表面设置为固定边界，无法产生位移，将地基温度设定为15℃，周围环境温度为25℃。

模型共分为两个施工阶段，先对两侧的仓块进行施工，两侧仓块施工完毕7d后，浇筑中间位置仓块。采用三节点单元对模型进行网格划分，对仓块位置进行局部网格加密，网格划分完毕后，共有节点数3620个，单元数10655个，筏板基础跳仓法施工三维数值分析模型示意图如图1所示。模型相关参数如表1所示。

3 " 模拟结果分析

3.1 " 温度场分析

3.1.1 " 设置监测点

在相邻两仓块及仓块接触面中轴线上中下位置设置监测点，并将其编号为测点一至测点九，监测点布置位置如图2所示，图2中左侧仓块为首浇仓块，右侧仓块为续浇仓块。

3.1.2 " 首浇仓块及两仓块接触面中间位置温度变化

首浇仓块及两仓块接触面中间位置测点温度随时间变化曲线如图3所示。观察图3可知，首浇仓块上中下部测点温度值随着时间变化，呈现出先急剧上升后逐渐下降并趋于稳定的趋势。

分析认为，混凝土在初凝阶段会释放大量的水化热，导致温度迅速上升。随着时间的推移，水化热释放逐渐减少，混凝土内部的温度逐渐向外传导，温度逐渐下降。随着时间的进一步推移，混凝土的温度趋于稳定，内外温度达到平衡。

测点一、测点二和测点三均在浇筑后第2d温度达到最大值，3d后温度逐渐下降，表明在浇筑后的前2d时间混凝土水化反应较为剧烈，反应速率较快。浇筑3d后反应速率逐渐下降。

首浇仓块的3个监测点中，位于仓块中部的测点二最高温度值最大为53.73℃，位于上表面的测点一次之最高温度为44.04℃，位于底部的测点三最高温度最小为39.75℃。这是因为中部距离表面和底部较远，散热相对较慢，同时中部也更容易储存热量，因此中部的最高温度值最大。而表面和底部的测点一和测点三，由于与外界接触更密切，受到外界环境温度的影响更大，导致其温度相对较低。

根据两仓块交界面位置的测点五温度变化曲线可知，随着时间变化交界面中部位置测点温度值，随着时间变化先增大后减小再增大再减小。这是因为首浇仓块浇筑7d后温度逐渐下降，而续浇仓块浇筑后温度逐渐上升，受到续浇仓块的影响，两仓块交界位置测点温度再次升高。待温度升高至峰值后，其呈现出下降趋势并逐渐趋于稳定。

3.1.3 " 首浇仓块与续浇仓块中部测点温度变化对比

图4显示了首浇仓块与续浇仓块中部测点温度变化对比。从图4中可以看出，首浇仓块与续浇仓块中部测点在浇筑后，温度变化趋势及变化速率基本相同，首浇块中部测点最高温度为53.73℃，续浇仓块的最高温度为57.86℃，比首浇仓块稍高。

首浇仓块中心点位置温度变化趋势，在续浇块浇筑完成后并未出现变化，说明续浇块混凝土水化热反应对首浇块中部温度的影响较小。总体上，混凝土浇筑后，由初始温度升高至最大值最大变化幅度为42.85℃，小于规范要求的50℃。

3.2 " 应力场分析

3.2.1 " 首浇仓块与续浇仓块上表面应力变化

所示图5为首浇仓块与续浇仓块上表面应力变化曲线。图5中应力值为正值表示拉应力，应力值为负值表示压应力。观察图5可知，首浇仓块与续浇仓块上表面应力变化趋势相似，在浇筑后前13d仓块表面产生拉应力，在浇筑13d后仓块表面产生压应力。浇筑后前3d拉应力逐渐增大并达到峰值，浇筑4d后拉应力逐渐减小，仓块表面逐渐产生压应力且压应力值逐渐趋于稳定。

分析认为，在浇筑后的早期阶段，混凝土处于水化反应的活跃阶段，水化反应释放的热量导致混凝土表面温度升高，从而引起混凝土表面产生拉应力。随着时间的推移，水化反应逐渐减弱，温度逐渐下降，拉应力逐渐减小并最终转变为压应力。压应力的产生主要是由于混凝土内部的收缩和温度变化导致的尺寸变化，混凝土表面受到约束而产生的反作用力。

3.2.2 " 首浇仓块与续浇仓块中部测点应力变化

图6显示了首浇仓块与续浇仓块中部测点应力变化曲线。由图6可知，首浇仓块与续浇仓块中部测点应力变化趋势基本相同。在浇筑后初期仓块中部产生压应力，压应力随着时间变化呈现出先增大后减小的趋势。在浇筑后期仓块中部测点产生拉应力，随着时间变化拉应力先增大并逐渐趋于稳定。仓块中部测点应力变化规律与仓块表面测点相反，整体上小于容许应力，没有开裂风险。

分析认为，混凝土在浇筑初期会发生收缩，导致内部产生压应力。随着时间的推移，混凝土内部的温度和收缩逐渐趋于稳定，压应力逐渐减小。在浇筑后期，仓块中部测点产生拉应力的原因，则是由于混凝土的硬化导致的。混凝土在干燥和硬化的过程中产生收缩应力，由于混凝土内部的温度和湿度与外部环境不同，导致内部产生拉应力。

4 " 结束语

探究高速公路房建工程筏板基础施工技术，对提高地基承载能力、降低基础混凝土开裂风险至关重要。本文依托昆明至楚雄高速公路扩建工程，采用数值模拟方法，建立高速公路房建工程筏板基础跳仓法施工三维数值分析模型，对浇筑后首浇仓块、续浇仓块上中下部温度场及应力场变化规律开展分析。得到以下主要结论：

混凝土仓块上中下部温度值随着时间变化，呈现出先急剧上升后逐渐下降并趋于稳定的趋势，其中仓块中部温度较高，上表面及下表面温度相对较低，整体上各测点温度幅度变化均满足规范要求。

首浇仓块与续浇仓块中部测点，在浇筑后温度变化趋势及变化速率基本相同。续浇块对首浇块中部温度的影响较小。仓块交界面位置测点温度值，随着时间变化先增大后减小再增大再减小。

首浇仓块与续浇仓块应力变化趋势相似，在上表面位置，混凝土浇筑后先产生拉应力后产生压应力，中部位置应力变化规律与表面相反，先产生压应力后产生拉应力，总体上应力值小于容许应力值，无开裂风险。

参考文献

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[5] 陈金刚，刘春光，李金伟，等.某地下交通枢纽工程超长、

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