摘要：本文分析了高層建筑大體積混凝土筏基在施工方案階段應(yīng)做的試算分析工作。并對(duì)大體積混凝土筏基在澆筑前進(jìn)行溫度、溫度應(yīng)力的驗(yàn)算進(jìn)行分析，其目的是為了確定溫控指標(biāo)及制訂溫控施工的技術(shù)措施，以預(yù)防或控制混凝土裂縫的發(fā)生，確保大體積混凝土筏基的施工質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,筏板基礎(chǔ),大體積混凝土,裂縫,溫度應(yīng)力計(jì)算,控制措施

　　1工程概況

　　該建筑為28層主體塔樓采用筏板基礎(chǔ)，筏基底板面積為2060m2，板厚2.2m，最大尺寸為58.5m×45.5m;筏板下設(shè)215根直徑為1.0m的挖孔短樁?；炷翞镃35，S8泵送商品混凝土，設(shè)計(jì)要求筏板沿高度一次澆筑，水平方向不設(shè)后澆帶。筏板混凝土澆筑量超過(guò)4500m3，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工。

　　2主要技術(shù)措施

　　2.1混凝土原材料

　　水泥選用525號(hào)硅酸鹽Ⅱ型水泥，可提高抗硫酸鹽侵蝕性能并降低放熱速率。摻合料采用珠江電廠的Ⅰ級(jí)磨細(xì)粉煤灰。摻加適量UEA膨脹劑，從材料角度提高了混凝土抗裂能力。中砂的含泥量控制在2%以內(nèi)，5～40mm碎石的含泥量控制在1%以內(nèi)。

　　2.2混凝土配合比

　　水∶水泥∶砂∶石子∶粉煤灰∶UEA型膨脹劑∶DL-3型緩凝劑=179∶298∶757∶1046∶60∶40∶3.98(kg/m3)=0.601∶1.0∶2.54∶3.51∶0.201∶0.134∶0.013。

　　2.3澆筑方法

　　混凝土的澆筑按混凝土自然流淌坡度、斜面分層、連續(xù)逐層推移、一次到頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。澆筑方向沿橫向(短向)進(jìn)行，每次澆筑工作面不超過(guò)3m，混凝土分4層澆筑，厚550mm。

　　在混凝土澆筑至高程時(shí)，用刮尺刮平多余浮漿，用鐵滾筒滾壓2～3遍，控制好終凝前混凝土表面的二次抹光，以防止表面龜裂。收頭時(shí)間控制在1.5h內(nèi)，然后再實(shí)施保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施。

　　2.4混凝土筏基測(cè)溫控制

　　筏基底板均勻布置15個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)沿垂直方向有1組4個(gè)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)(見(jiàn)圖1)，包括空氣溫度(A)，混凝土表面溫度(B)，中心溫度(C)，底部溫度(D)?；炷翝仓?，溫度上升階段每2h測(cè)溫1次，持續(xù)測(cè)溫3～4d，待溫度下降后，每8h測(cè)溫1次。根據(jù)事先確定的溫控指標(biāo)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作。

　　3筏基養(yǎng)護(hù)措施的溫控分析

　　3.1筏基的貯水蓄熱養(yǎng)護(hù)措施

　　經(jīng)綜合分析比較，本筏基采用混凝土表面貯水蓄熱保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施，如圖2所示。較之草袋養(yǎng)護(hù)等其它養(yǎng)護(hù)方法，具有施工簡(jiǎn)單、保溫材料水資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，明顯降低了施工成本。在終凝后的混凝土表面用磚砌筑貯水池，分格貯水。

　　各貯水池長(zhǎng)3.0m、寬2.0m、高0.07m，貯水高度為0.05m。貯水的目的是利用水對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和蓄熱，在混凝土表面形成一道保溫屏障，再在貯水池上面覆蓋一層厚0.5mm的塑料薄膜，塑料薄膜一方面防止水分蒸發(fā)和熱量散失，另一方面利用貯水池水面與塑料薄膜之間架空層(約厚5mm)的空氣保溫，并且隔離了外界雨水和大氣溫度的變化對(duì)貯水池水溫的直接影響。最后養(yǎng)護(hù)14d。14d后，繼續(xù)保持混凝土表面濕潤(rùn)。

　　3.2貯水蓄熱養(yǎng)護(hù)措施的溫控分析

　　3.2.1混凝土筏基中心最高溫度Tmax：

　　Tmax=Tj+Thξ

　　式中，Tj為入模溫度，3月上旬取26℃;

　　Th=WQ/(Cγ)為混凝土內(nèi)部最高絕熱升溫值，其中，水泥用量W=298kg/m3，525號(hào)水泥水化熱Q=461kJ/kg，混凝土比熱C=0.97kJ/(kg·℃)，混凝土密度γ=2400kg/m3;散熱系數(shù)ξ=0.63。則Tmax=63.18℃

　　3.2.2混凝土筏基表面溫度Tb(t)：

　　Tb(t)=Tq+(4/H2)h'(H-h')ΔT(t)

　　式中，Tq為大氣環(huán)境溫度，取22℃，則ΔT(t)=Tmax-Tq=41.18℃;H為計(jì)算厚度(m)，按單面暴露于空氣的平板看待，H=h+h';而h'=kλ/β為混凝土虛擬厚度(m)，λ為混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33W/(m·K);折減系數(shù)K取0.67;β為保溫層的放熱系數(shù)[W/(m2·K)]，β值按下式計(jì)算：

　　β=1/(Σδi/λi+1/βq)

　　式中，δi為第i層保溫材料厚度(m)，λi為第i層保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m·K)]，βq為空氣層的傳熱系數(shù)，可取23.0[W/(m2·K)]。

　　3.2.3混凝土筏基溫控分析及結(jié)論(表1)

　　4溫度應(yīng)力計(jì)算

　　4.1混凝土筏基的綜合降溫差增量

　　4.1.1各齡期混凝土的溫度升降Tm(t)推算

　　預(yù)計(jì)筏基中心在第三天溫度升到最高值(63.18℃)，推算出30d各齡期(臺(tái)階步距為3d)的降溫曲線圖，各齡期降溫差的增量ΔTm(t)見(jiàn)圖3。

　　4.1.2各齡期混凝土的收縮當(dāng)量溫差增量ΔTy(t)

　　各齡期混凝土的收縮值由εy(t)=ε0y(1-e-0.01t) Mi計(jì)算。式中，ε0y為混凝土最終收縮值，取3.24×10-4; Mi為考慮各種非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù)，由表2求得 Mi=0.45。由此，混凝土的收縮當(dāng)量溫差Ty(t)=εy(t)/α=14.58(1-e-0.01t)，混凝土的線膨脹系數(shù)α=1.0×10-5/℃。

　　注:Es，F(xiàn)s分別為鋼筋的彈性模量和橫截面面積;Ec，F(xiàn)c分別為混凝土筏基的彈性模量和橫截面面積。

　　則各齡期混凝土的收縮當(dāng)量溫差增量ΔTy(t)為：

　　ΔTy(t)=14.58[e-0.01t-e-0.01(t+3)]

　　(t=3，6，……，27，30)

　　4.1.3混凝土筏基的綜合降溫差增量ΔT(t)為：

　　ΔT(t)=ΔTm(t)+ΔTy(t)

　　可求得臺(tái)階步距為3d的混凝土綜合降溫差增量(見(jiàn)表3)。

　　4.2溫度應(yīng)力σx計(jì)算

　　σxmax= σx(t)=α/(1-μ) ΔTi(t)Ei(t)Hi(t)Ri(t)

　　式中，α=1.0×10-5/℃，泊松比μ=0.15，各齡期混凝土彈性模量Ei(t)=βE0(1-e-φt)，其中φ為混凝土中粉煤灰摻量為20%時(shí)所對(duì)應(yīng)的彈性模量調(diào)整系數(shù)，取0.99。已知C35混凝土E0=3.15×104MPa，求得各齡期混凝土彈性模量;Hi(t)為各齡期混凝土應(yīng)力松弛系數(shù)，可查有關(guān)文獻(xiàn)(見(jiàn)表3)。

　　4.2.1混凝土外約束的約束系數(shù)Ri(t)

　　式中，地基水平阻力系數(shù)Cx取8.5×10-2N/mm3，筏基厚H=2200mm，筏基最大長(zhǎng)度尺寸L=58500mm，得各齡期混凝土的約束系數(shù)Ri(t)(見(jiàn)表3)。

　　4.2.2混凝土溫度應(yīng)力計(jì)算(表3)

　　總降溫產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力σxmax為σxmax= σx(t)=0.045+…+0.126=1.264MPa

　　4.2.3混凝土筏基防裂性能判斷

　　混凝土控制溫度裂縫的條件為σx≤λ'ftk(t)/KC35混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.20MPa，摻20%粉煤灰的強(qiáng)度影響系數(shù)λ'=1.03;其實(shí)際抗裂安全系數(shù)K=1.03×2.20/1.264=1.79>[K]=1.15。滿足“混凝土一次整體澆筑，不留置后澆帶”的抗裂設(shè)計(jì)要求。

　　本筏基采用的表面貯水蓄熱保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施，同樣也延緩了混凝土內(nèi)部的降溫速率，有利于控制混凝土內(nèi)部的收縮裂縫。所以，降溫和收縮引起的溫度應(yīng)力得到了有效控制。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　以上對(duì)大體積混凝土基礎(chǔ)施工[中的溫度計(jì)算方法及控制措施進(jìn)行了初步探討。通過(guò)工程實(shí)踐可以看出,大體積混凝土裂縫并不是不可控制的,只要制定相關(guān)的技術(shù)措施,加強(qiáng)施工管理,并將防裂措施落實(shí)到位,就能控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50496—2009大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社， 2009.

　　[2]　雷保棟,彭小金.基于溫度對(duì)大體積混凝土裂縫的影響分析[J].山西建筑,2009(7):166-168.