谈论厚大体积混凝土基坑底板的施工质量控制

谈论厚大体积混凝土基坑底板的施工质量控制
摘要：本文通过对某工程的基坑底板厚大混凝土结构工程的施工质量控制，对混凝土施工
厚大体积的施工措施及杜绝质量缺陷的办法，所取得的心得，以供同类建筑施工作为控制质
量的施工方法。

关键词：基坑降水、防水帷幕、厚大体积混凝土、温度应力、温度裂缝、收缩变形
近几年随着建筑业的发展，其地下室的层数、规模、建筑高度不断增多，厚大体积混凝土底板等施工比较常见。

如何保证这种特殊结构的施工质量控制，是制约整个建筑结构安全性关键所在，本文论述某工程厚大体积混凝土工程底板施工质量的控制，所取得的成效作为同类建筑施工的参考。

玉溪市某工程地上四十四层框剪结构，地下三层，建筑面积52000m2。

设计采用钢筋混凝土筏式基础，筏板兼作地下室底板，底板厚度为2.8m，平面尺寸50.2m×39.50m，底板混凝土浇筑量约5500m3，混凝土强度等级C40，抗渗等级S8，底板上下各配置双向双层Φ25@180钢筋，中部配置双Φ16@500构造钢筋。

工程位于原冲积河涌，地下大部分为细砂质土层，其透水性强，土质的粘结力及稳定性极差，地下水十分丰富，该工程地下室施工必须解决地下室基坑降水及厚大体积混凝土施工的两个难题。

1深基坑井点降水
本工程基坑围护采用地下连续墙，形成了封闭的防水帷幕，因此，基坑降水主要是降低坑内的地下水位。

由于基坑开挖深度大，采用真空深井泵降低坑内地下水。

1.1基坑降水深度
基坑降水的深度指从现有的地下水位在土方开挖时需要落底的深度，按最大开挖深度另加不小于0.5m计算，计算式如下：S=（L1-L2-L3）+0.5
式中S ——基坑降水深度（m）
L1——±0.00至基坑开挖面深度(m)，塔楼：L1=16.5m；其它：L1=14.9m
L2——地面自然标高至设计±0.00的距离，取L2=0.3m
L3——地下水位埋深（按最不利情况考虑，取L3= 0.7m）
则可得基坑降水深度：塔楼：S=（16.5-0.3-0.5）+0.5=16.2(m)；
其它：S=（14.9-0.3-0.5）+0.5=14.6(m)
1.2降水井埋设深度
降水井管埋设深度按照下式计算：L=(L1+0.5-L3)+i×R+ L4+ L5
式中L——降水井埋深(m)；i——水力坡度，取i=1/10
R——水井抽水影响半径，取R=8.00m；L4——滤管长度(m)，本工程取L5=3.0m
L5——井管封底高度(m)，取L6=1.0m
则可得基坑降水井埋设深度（L）
塔楼：L=(16.5+0.5-0.5)+0.10×8+3.0+1.0=21.3(m)
其它：L=(14.9+0.5-0.5)+0.10×8+3.0+1.0=19.7(m)
1.3深井井数
根据工程地质资料和基坑面积，选用设有二级滤管的真空深井65口，每井平均降水范围200m2。

降水井埋设深度如下：塔楼：开挖最大深度为16.5m，降水井埋设深度21.3 m，井数为25个；其它开挖最大深度为14.5m，降水井埋设深度19.6 m，井数为40个。

1.4深井点布置
在基坑内未经加固的区域布置真空深井泵进行施工超前降水，疏干加固坑内土体，以提高土体抗剪强度，并改善施工条件。

深井点布置，井间距15m～20m，每3～4口井配一台真空泵，在基坑外侧留设水位观察井13个。

各深井布置时考虑避开结构梁、柱等因素，不影响挖土机通行，深井点布置应在地下连续墙内侧2m处打设，以免造成死井。

1.5深井施工要点
1.5.1工艺流程
钻孔→清孔→下井管→下滤料→深井泵安装→真空泵安装→抽水→真空减压。

1.5.2技术要求
①、钻井时要求钻机杆保持垂直，允许偏差3‰。

孔径不得小于φ600mm。

②、清孔必须达到要求。

③、下井管时必须垂直，并根据井管竖向布置要求焊接，焊缝牢固，不漏气。

④、围填滤料要四周均匀，慢下，以防井管偏位。

⑤、安装真空管、排水管后要查封漏气、漏水部位。

⑥、土方开挖后及时割除暴露部分井管，下移排水口、吸气口（井管保留砼底板厚度尺寸）⑦、在砼底板浇捣前在深井管外焊止水板，深井停止施工后，在深井管内焊止水板，深井管内填砼前先冲洗管内淤泥，并抽吸干净。

⑧、降水标高应达到最终坑底开挖面以下0.5m，超前降水时间控制在1～2周，降深尽可能均匀。

1.5.3构造要求
①、土孔统一为φ600mm，深度为井管底以下2.5m。

②、管为φ273钢板卷管，总长度根据上面计算的降水深度而定，上部有0.2m露出自然地面，上设排水口及吸气口。

③、滤料为5～15瓜子片及粗砂，滤料回填到井口下1m，上部用软土填实，以防渗气。

1.5.4主要施工设备
钻机3套（SW50型），泥浆泵、排污泵各二台，电焊机二台；气割设备一套，深井潜水泵38台（其中备用3台）（QX-10-35-3Z）（3KW），真空泵11台（JQD-60型）（其中备用1台）（7.5KW）。

1.6深基坑降水处理的效果
通过了深基坑深井降水布置的设计施工，地下室工程在整个施工过程中的降水排水得到了明显的控制，所取得的经济效益也是非常显著的，没有发生基坑护壁系统渗漏水，没有发生附近周边道路或建筑物下沉、产生裂缝的现象，而且在地下室基坑土方开挖过程中的排水系统非常好，对施工的工期及工程质量的控制提供了非常有利的条件。

2地下室2.8Ｍ厚大体积混凝土底板施工
2.1混凝土浇筑
本工程塔楼底板2.8m厚，裙房部位底板1.2m厚。

地下室底板以后浇带为界，将底板分成5段进行流水施工，分层次往返推进。

裙房底板采用斜向分层一次到顶连续的浇筑方法，不留施工缝。

全部采用机械振捣，每一浇筑点布置三道振动器分别位于坡脚、中部和坡顶。

混凝土浇筑分层浇筑，逐层水平向前推进，每层浇筑厚度不超过60cm，现场用卡尺严格控制每层混凝土的浇筑厚度，每层浇筑间隔时间不得超出上层混凝土的初凝时间（混凝土的初凝时间一般为1～1.5h），并待上一层混凝土二次振捣之后进行浇筑，每层浇筑应闭合，在浇筑接槎处应振捣到位。

又根据《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》“大体积混凝土宜采用斜面式薄层浇筑，利用自然流淌形成斜坡”的规定，确定底板混凝土浇筑采用“分层
浇筑、一个坡度、斜薄层浇筑、往返推进、两次到顶”的浇灌方法使混凝土自然流淌形成斜坡，见图1。

在每条浇筑带的前、中、后布置5道振动棒，前道振动棒布置在底排钢筋处和混凝土的坡脚处，确保混凝土下部的密实；后道振动棒布置在混凝土的卸料点，解决上部混凝土的捣实；中部振动棒使中部混凝土振捣密实，并促进混凝土流动。

并进行二次振捣。

图1 底板混凝土分层浇筑示意图
2.2底板大体积混凝土测温监控及裂缝控制的施工措施
本工程底板为厚大体积混凝土，要求一次连续浇筑；浇筑后在砼硬化过程中会释放大量水化热。

大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表面慢得多，在这些过程中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的温度应力。

是相当复杂的。

当温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

在混凝土浇筑后的升温阶段，由于内外温差影响，在混凝土表面容易产生第一种裂缝(表面裂缝)；在混凝土降温阶段，由于混凝土降温收缩和硬化收缩共同作用，在混凝土中容易产生第二种裂缝(收缩裂缝)。

因此，对于塔楼底板大体积砼的测温监控成为本工程的难点之一，必须予以足够重视。

2.2.1底板混凝土中心最高温度估算
根据目前已有的2.80m厚大体积混凝土底板的施工实测资料，对底板中心的最高温度可用以下公式估算：
Tmax=To + WQ/CR × 0.83 + F/50
式中符号意义及本工程中的相应取值如下：
Tmax----底板中心最高温度（℃）
To----砼入模温度，估计本工程底板施工时间为夏季，预估入模温度为30℃左右。

W----水泥用量（kg/m3），本工程塔楼底板砼等级C35，拟用42.5R矿渣硅酸盐水泥，每m3砼水泥用量约370 kg/m3。

Q----每千克水泥水化热量（J/ kg），预计底板浇筑后5d左右达到最高温度。

此时，取Q=250（KJ）
C----砼比热（J/ kg.k），取C=0.96J/kg.k
----砼质量密度，取ρ=2400kg/m3
F----粉煤灰用量（kg/m3），本工程拟用F=70 kg/m3代入，得：
Tmax=30＋（370×250）/（0.96×2400）×0.83 + 70/50=30+33.3+1.4=64.7（℃）
2.2.2底板砼浇筑时采取的质量控制措施
①、采用中低水化热的水泥。

建议选用42.5R矿渣硅酸盐水泥。

水泥用量控制在350～370 kg/m3之内。

②、建议利用砼的后期强度（征求设计意见后实施），资料表明，水泥用量减少10kg，水化热大约降低1℃。

因此，为控制最高温升，减少温度应力，建议采用60d龄期的强度等级（即由设计R28为C40改为R60为C40）。

这样，可使每立方米砼的水泥用量进一步减少，温度也相应降低。

③选用5～40mm碎石，其含泥量控制在1%以内；选用中粗砂，含泥量严格控制在2%以内。

以此减少混凝土收缩。

④采用双掺技术。

在混凝土制配时掺加一定数量的磨细粉煤灰和减水剂，进一步改善坍落度和粘塑性，改善可泵性，延缓初凝时间（10h以上）。

⑤建议适当增加抗裂构造钢筋（征求设计意见后实施），以增加砼抗裂性，减少温度应力。

⑥要求商品砼搅拌站对骨料采取遮阳措施。

⑦现场浇筑时，泵车卸料口处设遮阳措施，对泵管用麻包裹扎浇水润湿。

控制砼入模温度不大于35℃。

⑧保证砼连续供应、连续浇筑，均匀注入、分层、分段、振实。

2.2.3底板砼的覆盖养护
在底板表面浇筑10h左右，初凝前用铁滚筒碾压数遍，用木蟹打磨，砼收水后，再二次用木蟹搓干，闭合收水裂缝，及时覆盖一层塑料薄膜和草袋养护，达到保温、保湿。

表面温度控制对大体积混凝土表面实行保温潮湿养护，使其保持一定温度，或加热养护，是防止混凝土内部和外表面产生过大的温差而引起表面裂缝的有效措施。

本工程采用保温潮湿养护，即在混凝土终凝后在其表面铺盖五彩塑料布加盖草袋进行保温潮湿养护，减小混凝土内外温差，延缓混凝土的降温速率。

覆盖层厚度估算：δ=0.5Hλ(Ta-Tb) /λ1（Tmax-Ta）×K式中：
δ--覆盖材料所需厚度（cm）
λ--养护材料导热系数，草袋取λ=0.14（W/m.k）
λ1--混凝土的导热系数，取λ1=2.3 W/m.k
Ta--砼表面与保温材料接触面温度，取40℃
Tb--砼养护阶段大气平均温度，取20℃
K--传热系数修正值，取K=1.3
H--砼底板厚度（m），本工程H=2.5m
由于本工程砼内外最大温差需控制在25℃以内，砼最高温度Tmax=64.7℃，H=2.5m，代入后得δ=［0.5×2.5×0.14×（40-20）］/［2.3×（64.7-40）］×1.3=8.0（cm）
预计需覆盖2～3层草袋。

2.2.4、底板测温监控
为了确切地了解底板浇筑后大体积混凝土的水化热大小，以及不同深度处温度场的变化规律，随时监控温差的发展情况，以便及时采取措施，确保工程质量，对底板混凝土必须做好测温工作，进行跟踪和监控。

①测温系统：采用电脑测温系统。

主要由：测温元件、补偿导线、自动巡回检测仪、打印机和电脑等组成。

②测温点布置：塔楼底板：在平面上，以2.8m厚底板中心为原点，以9m 为间距作5个同心圆，布设10个测温柱，在2.8m和1.2m厚底板交界处也设2个测温柱以作比较。

在竖向，同一测温柱设3个测温点分别测量底板表面、底板中心和底板底部的温度。

在大气中和覆盖层下再各布设测温点 2 个，以全面了解环境温度和内、外部温度情况。

③测温频度：底板覆盖后即开始测温。

预计5-6天内底板温度将达到最高点，然后逐渐降温，为此拟采用以下测温频度：第1-5d，每1h采集温度1次；第6-10d，每4h采集温度1次；第11-14d，每6h采集温度1次；第15-28d，每12h采集温度1次；第28d后，每24h采集温度1次。

根据需要，测温可持续到一定时间（与设计协商）。

④测温监控：测温的目的是直接掌握底板内部实际最高温升值和底板内外温差，通过监测对保温措施及时调整，以保证底板内部与表面温差小于25℃和降温速率小于1.5℃/d。

成立专业测温小组，设立现场测温监控室。

日夜值班。

测
温结果用日报表形式向项目经理部报告。

如果出现底板内外最大温差接近或超过25℃时，立即报警，并提出控温措施（增加或减少草包和塑料薄膜），使温差控制在《规范》（GB50204-92）允许范围之内。

测温持续28d后，最后提交测温总报告，绘制温度-时间曲线，并进行温度应力计算分析。

3 结语
严格按照施工方案及其质量控制措施，根据现场施工条件复核计算混凝土最大温度拉应力和施工厚度的控制；同时加强对厚大体积混凝土施工、养护过程中进行严格测温控制采取有效的质量控制措施。

并采用”双掺技术”降低水泥用量和水用量，优化混凝土配合比，并做好其养护措施等，工程整个施工过程中得到了有效的控制，使其地下室降水、厚大体积混凝土的施工、以及其混凝土裂缝的控制都取得了明显的效果。

以供了同类建筑施工管理的借鉴。