第三章基礎(chǔ)工程施工-3

第三章基礎(chǔ)工程施工第七節(jié)大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工一、混凝土裂縫1、大體積混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)由于高層建筑荷載大，在高層建筑的基礎(chǔ)工程中，常采用混凝土體積較大的箱形基礎(chǔ)或筏式基礎(chǔ)，樁基的上部也有厚度較大的承臺(tái)。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高。

箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土的底板、頂板和若干縱橫墻組成的，形成中空箱體的整體結(jié)構(gòu)，共同來承受上部結(jié)構(gòu)的荷載。箱形基礎(chǔ)整體空間剛度大，對(duì)抵抗地基的不均勻沉降有利，一般適用于高層建筑或在軟弱地基上造的上部荷載較大的建筑物。當(dāng)基礎(chǔ)的中空部分尺寸較大時(shí)，可用作地下室。

筏式基礎(chǔ)（也稱片筏基礎(chǔ)）支承整個(gè)建筑物的大面積整塊鋼筋混凝土板式基礎(chǔ)。筏式基礎(chǔ)在構(gòu)造上同倒置的鋼筋混凝土樓蓋相似，分為平板式和梁板式兩類。關(guān)于大體積混凝土的定義，目前國(guó)內(nèi)尚無一個(gè)確切的定義。日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過25℃，應(yīng)按大體積混凝土施工?！?/p>

由于大體積混凝土工程的條件比較復(fù)雜，施工情況各異，再加上混凝土原材料的性能差異較大，因此控制溫度變形裂縫不是單純的結(jié)構(gòu)理論問題，而是涉及結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料組成、物理力學(xué)性能及施工工藝等多學(xué)科的綜合性問題。

新的觀點(diǎn)指出：所謂大體積混凝土，是指其結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)大到必須采取相應(yīng)技術(shù)措施，妥善處理溫度差值、合理解決溫度應(yīng)力并按裂縫開展的混凝土。2、結(jié)構(gòu)物裂縫的基本概念混凝土是多種材料組成的非均質(zhì)材料，具有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的耐久性及抗拉強(qiáng)度低、抵抗變形能力差、易開裂等特性。（1）裂縫的種類按裂縫的寬度不同，混凝土裂縫可分為“微觀裂縫”和“宏觀裂縫”兩種。1）微觀裂縫①粘著裂縫，即沿著骨料周圍出現(xiàn)的骨料與水泥粘結(jié)面上的裂縫；②水泥石裂縫，即分布在骨料水泥漿中的裂縫；③骨料裂縫，即存在于骨料本身的裂縫。2）宏觀裂縫寬度大于0.05mm的裂縫是肉眼可見裂縫，也稱為宏觀裂縫，是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。

產(chǎn)生宏觀裂縫一般有外荷載、次應(yīng)力和變形變化三種原因，前兩者引起裂縫的可能性較小，后者是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生宏觀裂縫的主要原因，這種裂縫由溫度、收縮、不均勻沉降、膨脹等變形變化引起，按其深度一般又可分為表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫。（2）裂縫產(chǎn)生的原因大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面試混凝土由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)物的外約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)的約束阻止了這種應(yīng)變，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生不同程度的裂縫?？偨Y(jié)大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的工程實(shí)例，產(chǎn)生裂縫的主要原因：①水泥水化熱的影響；②內(nèi)外約束條件的影響。3、外界氣溫變化的影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)大體積混凝土開裂有重大影響。

混凝土的內(nèi)部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度的疊加之和。4、混凝土收縮變形影響（1）混凝土塑性收縮變形

塑性是指在外力作用下，材料能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。（2）混凝土的體積變形混凝土在水泥水化過程中要產(chǎn)生一定的體積變形，但大多數(shù)是收縮變形，少數(shù)是膨脹變形。

（3）控制裂縫開展的基本方法從控制裂縫的觀點(diǎn)來講，表面裂縫危害較小，而貫穿性危害很大，因此在大體積混凝土施工中，重點(diǎn)是控制混凝土貫穿裂縫的開展，常采用的控制裂縫開展的基本方法有下面三種：①“放”的方法：減小約束體與被約束體之間的相互制約，以設(shè)置永久性伸縮縫的方法。也就是將超長(zhǎng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)分成若干段，以其釋放放大部分熱量和變形，減小約束應(yīng)力。②“抗”的方法：采取一定的技術(shù)措施，減小約束體與被約束體之間的相對(duì)溫差，改善鋼筋的配置，減少混凝土的收縮，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度等，以抵抗溫度收縮變形和約束應(yīng)力。③“放”、“抗”結(jié)合的方法：可以分為“后澆帶”、“條倉(cāng)打”和“水平分層間歇”等方法。二、混凝土溫度應(yīng)力的計(jì)算1、結(jié)構(gòu)中的溫度場(chǎng)

大體積混凝土中心部分的最高溫度，在絕熱條件下是混凝土澆筑溫度與水泥水化熱之和。但實(shí)際的施工條件表明，混凝土內(nèi)部的溫度與外界環(huán)境必然存在著溫差，加上結(jié)構(gòu)的四周又具備一定的散熱條件，因此，在新澆筑的混凝土與其周圍環(huán)境之間必然會(huì)發(fā)生熱量交換。所以在大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度是由澆筑溫度、水泥和水化后產(chǎn)生的水化熱量，全部轉(zhuǎn)化為溫升后的最后溫度，稱為絕熱溫升。2、混凝土最高溫升計(jì)算由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)都處于一定的散熱條件下，故實(shí)際的最高溫升一般都小于絕熱溫升。目前土建工程中的大體積混凝土內(nèi)部最高溫升的計(jì)算公式，尚無精確的資料可供借鑒。三、控制溫度裂縫的技術(shù)措施防止產(chǎn)生溫度裂縫是大體積混凝土研究的重點(diǎn)，我國(guó)自20世紀(jì)60年代開始研究，目前已積累了很多成功地經(jīng)驗(yàn)。工程上常用的防止混凝土產(chǎn)生裂縫的措施主要有：①采用中低熱的水泥品種；②降低水泥用量；③合理分封分塊；④摻加外加料；⑤選擇適宜的骨料；⑥控制混凝土的出機(jī)溫度和入模溫度；⑦預(yù)埋水管、通水冷卻、降低混凝土的最高溫升；⑧表面保護(hù)、保溫隔熱不使表面溫度散熱太快，減少混凝土內(nèi)外溫差；⑨采取防止混凝土裂縫的結(jié)構(gòu)措施等。1、水泥品種選擇和用量控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)引起裂縫的主要原因是：混凝土的導(dǎo)熱性能較差，水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升和后期降溫現(xiàn)象。因此，控制水泥水化熱引起的溫升，即減小降溫溫差，對(duì)降低溫度應(yīng)力，防止產(chǎn)生溫度裂縫能起到釜底抽薪的作用。（1）選用中熱或低熱的水泥品種（2）充分利用混凝土的后期強(qiáng)度2、摻加外加料在混凝土中摻入一些適宜的外加料，可以使混凝土獲得所需的特性，尤其是在泵送混凝土中更為突出。泵送性能良好的混凝土拌合物應(yīng)具備有三種特性：①在輸送管壁形成水泥漿或水泥砂漿的潤(rùn)滑層，使混凝土拌合物具有在管道中順利滑動(dòng)的流動(dòng)性；②為了能在各種形狀和尺寸的輸送管內(nèi)順利輸送，混凝土拌合物要具備適應(yīng)輸送管形狀和尺寸的變化性；③為在泵送混凝土施工過程中不產(chǎn)生離析而造成堵塞，拌合物應(yīng)具備壓力變化和位置變動(dòng)的抗分離性。工程實(shí)踐證明，在施工中優(yōu)化混凝土級(jí)配，摻加適宜的外加料，以改善混凝土的特征，是大體積混凝土施工中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施?；炷林谐Ｓ玫耐饧恿现饕峭鈸絼┖屯鈸搅?。

級(jí)配是集料各級(jí)粒徑顆粒的分配情況，可通過篩析試驗(yàn)確定。粗細(xì)不同的粒徑按照一定的比例組合搭配在一起，以達(dá)到較高的密實(shí)程度，根據(jù)搭配組成的結(jié)果，可得到以下3種不同級(jí)配分類。1、連續(xù)級(jí)配：連續(xù)級(jí)配是某一礦料在標(biāo)準(zhǔn)套篩中進(jìn)行篩分后，礦料的顆粒由大到小連續(xù)分布，每一級(jí)都占有適當(dāng)?shù)谋壤?。這種由大到小逐級(jí)粒徑都有，并按比例互相搭配組成的礦質(zhì)混合料，稱為連續(xù)級(jí)配混合料。2、間斷級(jí)配：在礦料顆粒分布的整個(gè)區(qū)間里，從中間剔除一個(gè)或連續(xù)幾個(gè)粒級(jí)，形成一種不連續(xù)的級(jí)配，成為所謂的間斷級(jí)配。3、連續(xù)開級(jí)配：整個(gè)礦料顆粒分布范圍較窄，從最大粒徑到最小粒徑僅在數(shù)個(gè)粒級(jí)上以連續(xù)的形式出現(xiàn)，形成所謂的連續(xù)開級(jí)配。3、骨料的選擇（1）粗骨料的選擇

為了達(dá)到預(yù)定的要求，同時(shí)又要發(fā)揮水泥最有效的作用，粗骨料有一個(gè)最佳的最大的粒徑。但對(duì)于結(jié)構(gòu)工程的大體積混凝土，粗骨料的規(guī)格往往與結(jié)構(gòu)物的配筋間距、模板形狀以及混凝土的澆筑工藝等因素有關(guān)。（2）細(xì)骨料的選擇大體積混凝土中的細(xì)骨料，以采用中、粗砂為宜，細(xì)度模數(shù)宜在2.6~2.9范圍內(nèi)。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料證明，當(dāng)采用細(xì)度模數(shù)為2.79，平均粒徑為0.381的中粗砂，比采用細(xì)度模數(shù)為2.12、平均粒徑為0.336的細(xì)砂，每立方米混凝土可減少水泥用量28~35Kg，這樣就降低了混凝土的溫升和減小了混凝土的收縮。細(xì)度模數(shù)表征天然砂粒徑的粗細(xì)程度及類別的指標(biāo)。（3）骨料質(zhì)量的要求骨料的質(zhì)量如何，直接關(guān)系到混凝土的質(zhì)量，所以，骨料中不應(yīng)含有超量的黏土、淤泥、粉屑、有機(jī)物及其他有害物質(zhì)，其含量不能超過規(guī)定的數(shù)值?；炷猎囼?yàn)表明，骨料的含泥量是影響混凝土質(zhì)量的最主要因素。因此，在大體積混凝土施工中，石子的含泥量控制在不大于1%，砂的含量控制在不大于2%。4、控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度為了降低大體積混凝土的總溫升，減少結(jié)構(gòu)物的內(nèi)外溫差，控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度非常重要。（1）混凝土出機(jī)溫度計(jì)算（2）控制混凝土澆筑溫度5、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，延緩混凝土降溫速率大體積混凝土澆筑后，加強(qiáng)表面的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生裂縫具有重大作用。保溫、保濕養(yǎng)護(hù)的目的有三個(gè)：①減少混凝土的內(nèi)外溫差，防止出現(xiàn)表面裂縫；②防止混凝土過冷，避免產(chǎn)生貫穿裂縫；③延緩混凝土的冷卻速度，以減小新老混凝土的上下層約束。6、減少混凝土收縮提高混凝土的極限拉伸值混凝土的收縮值和極限拉伸值，除與水泥用量、骨料品種和級(jí)配、水灰比、骨料含泥量等有關(guān)外，還與施工工藝和施工質(zhì)量密切相關(guān)。因此，通過改善混凝土的配合比和施工工藝，可以在一定程度上減少混凝土的收縮和提高混凝土的極限拉伸值，這對(duì)防止產(chǎn)生溫度裂縫也可起到一定作用。大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，對(duì)澆筑后的混凝土進(jìn)行兩次振搗，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，減小混凝土內(nèi)部微裂，增加混凝土的密實(shí)度，使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高10%~20%，從而可提高混凝土的抗裂性。7、改善邊界約束和構(gòu)造設(shè)計(jì)防止大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，除可采取以上施工技術(shù)措施外，在改善邊界約束和構(gòu)造設(shè)計(jì)方面也可采取一些技術(shù)措施，例如合理分段澆筑，合理配筋設(shè)置滑動(dòng)層，設(shè)置應(yīng)力緩和溝，設(shè)置緩沖層，避免應(yīng)力集中等。（1）合理分段澆筑當(dāng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸過大，通過計(jì)算證明整體一次澆筑會(huì)產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力，有可能產(chǎn)生溫度裂縫，則可與設(shè)計(jì)單位協(xié)商，采用合理的分段澆筑，即增設(shè)“后澆帶”進(jìn)行澆筑。（2）合理配筋

在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面進(jìn)行合理配筋，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂有很大作用。工程實(shí)踐證明，當(dāng)混凝土墻板的厚度為400~600mm時(shí)，采取增加配置構(gòu)造鋼筋的方法，可使構(gòu)造筋起到溫度筋的作用，能有效提高混凝土的抗裂性能。

對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，構(gòu)造筋對(duì)控制貫穿性裂縫作用不太明顯，但沿混凝土表面配置鋼筋，可提高面層表面降溫的影響和干縮。（3）設(shè)置滑動(dòng)層

由于邊界存在約束才會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在與外約束的接觸面上全部設(shè)置滑動(dòng)層，則可大大減弱外約束。在外約束的兩端1/4~1/5的范圍內(nèi)設(shè)置滑動(dòng)層，則結(jié)構(gòu)的計(jì)算長(zhǎng)度可折減一半，為此，遇有約束強(qiáng)的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時(shí)，可在接觸面上設(shè)置滑動(dòng)層，對(duì)減少溫度應(yīng)力將起到顯著作用。（4）設(shè)置應(yīng)力緩和溝設(shè)置應(yīng)力緩和溝，即在結(jié)構(gòu)的表面，每隔一定距離（一般約為結(jié)構(gòu)厚度的1/5）設(shè)一條溝，設(shè)置應(yīng)力緩和溝后，可將結(jié)構(gòu)表面的拉應(yīng)力減少20%~50%，可有效地防止表面裂縫。（5）設(shè)置緩沖層

設(shè)置緩沖層，即在高、低板交接處，底板地梁處等，用30~50mm厚的聚苯乙烯泡板作垂直隔離，以緩沖基礎(chǔ)收縮時(shí)的側(cè)向壓力。（6）避免應(yīng)力集中在孔洞周圍，變斷面轉(zhuǎn)角部位，轉(zhuǎn)角處等，由于溫度變化和混凝土收縮，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中