房屋筏板基础大体积砼热工分析及裂缝控制技术

房屋筏板基础大体积砼热工分析及裂缝控制技术

梁孟信

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，广西 柳州 545007）

摘 要：大体积砼结构在浇筑后，经常出现有害裂缝。对于地下结构而言，有害裂缝的渗漏水不仅严重影响结构物的使用功能，且渗漏水对钢筋及砼的腐蚀、破坏更是对结构带来安全隐患，降低建筑物的耐久性。本项目对房屋筏板基础的大体积砼展开热工计算，分析筏板结构的抗裂能力。并在此基础上采取了一系列的综合处理措施，避免了筏板基础砼结构产生温度裂缝。文中进行了经验总结，期望对大体积砼防温度裂缝的实际施工带来借鉴作用。

关键词：筏板基础 大体积砼 热工计算 防裂缝措施

1工程概况

地铁壹号城项目处于南宁市，地块位于佛子岭路北侧、高坡岭路东侧，拟建项目由4栋高层住宅楼（编号为6#～9#楼）、商业裙楼和地下车库组成，其中6#～9#楼为34F，场地西侧及南侧设有2F商业裙楼。全场地普设地下车库2层。总建筑面积132280.04m²，其中地上93907m²，地下38373.04m²。

本工程6#～9#楼主体采用剪力墙结构，基础为筏板基础。筏板厚度为1.4m，采用C35 P8砼。根据《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018里的规定，本项目筏板基础属于大体积混凝土结构。预计砼水化热引起温度的大幅度变化及砼凝固后的干缩、冷缩将使筏板产生有害裂缝。

2工程重难点分析及应对方案

本项目筏板基础符合大体积混凝土的定义，预计砼结构会出现有害裂缝。且地勘报告表明该处地下水丰富，且地下水水位较高，一旦筏板砼结构出现有害裂缝，将出现严重的渗漏水现象。渗漏水不仅严重影响观感、使地下室使用环境变得恶劣，且长时间渗漏对结构内钢筋、砼造成腐蚀，影响到房屋结构安全及缩短房屋的使用年限。

为了确保本项目筏板基础结构砼不渗、不漏，需对筏板基础进行砼热工分析，并采取针对性的工程技术措施，避免水化热的危害造成筏板结构出现裂缝。

3砼在不同龄期时的降温应力分析

在施工前，对筏板基础的温度场展开分析，根据现场施工条件、环境气温及水泥、掺入料等材料的特性进行热工计算，评估筏板基础出现温度裂缝的可能性。根据评估结果，制定材料使用、砼浇筑顺序、降温措施、保温隔热措施、养护方法等技术方案，以避免筏板基础产生裂缝。

3.1砼及现场施工条件

筏板基础采用C35 P8砼，以减少水化热为目标进行了配合比的优化。采用低水化热的水泥（P.O.42.5）306kg/m³，其水化热为375kj/kg；施工期间为6月～9月，南宁市的外部环境最高气温预计为37℃，砼入模温度控制在不超过28℃。

3.2筏板砼温度应力分析

筏板基础厚度为1.4m，本项目对筏板进行了热工计算及温度应力分析。热工计算方法及分析过程如下。

（1）计算筏板最高绝热温升

筏板最高绝热温升计算式如下：

（1）

式中：T_h为砼筏板最高绝热温升，单位℃；m_c为每立方砼水泥用量，单位kg/m³；Q为水泥凝固释放的热量，单位kJ/kg；c为砼比热，单位kJ/（kg·K），按0.97；ρ为砼密度，单位kg/m³，按2400kg/m³；е为数学常数，2.718；t为砼龄期，单位d；m为与砼温度有关的调整系数，查表取m=0.406。

（2）计算砼筏板中心在各龄期的温度

砼筏板中心各龄期的温度受水化热释放量、散热情况及砼入模温度等的影响而不同，计算式如下：

T_1（t）=T_j+T_h·ξ_（t） （2）

式中：T_1（t）为龄期t天时砼筏板中心温度；T_j为浇筑筏板时砼温度，按28℃；ξ_（t）为跟龄期有着的降温调整系数，见表1。

表1 不同龄期的降温调整系数ξ值

按（1）、（2）式计算所得砼筏板中心不同龄期的温度列于表2。

表2 各龄期砼筏板中心温度（℃）

（3）砼温度拉应力及砼抗拉极限强度计算

进行砼温度拉应力及砼砼抗拉极限强度计算如表3所列。

表3 不同龄期砼温度应力、抗拉强度及抗裂安全系数计算表

规范规定大体积砼抗裂安全系数需≥1.15才能确保不出现温度裂缝。从表3的计算数据可得知，在龄期12d以内的期间，存在砼的抗拉极限强度不足情况，在温度拉应力的作用下，筏板将出现温度裂缝。需采取技术措施，以控制筏板不产生温度裂缝。

4筏板设置冷却管散热方案

砼内产生温升的主要原因是水化热不能及时传导至外界环境，而聚集在筏板砼内，使筏板中心出现较高的温升。本项目采取在1.4m厚的筏板砼内预埋冷却管通水排出水化热的技术措施进行散热，以降低各龄期时的砼温，进而减少温度应力，确保砼筏板不出现温度裂缝。

本项目在厚1.4m筏板内设置2层冷却管。管水平间距为1m，上下层管的设置按底管与筏板垫层、顶管与顶面间距均为0.4m控制，即层间距为0.6m。具体布设如图1、图2所示：

图1 冷却管安装平面布置示意图

图2 冷却管安装立面布置示意图

底层钢筋绑扎完毕后，先安装马凳筋，再安装上层钢筋网片的龙骨，等龙骨安装完毕后再进行冷却管的安装，要防止在上层钢筋安装时折断或损坏冷却管，导致后期冷却管进浆，无法水循环。

冷却管采用Ф50×2mm的薄壁钢管，管与管的连接采用承插接口连接，利用管钳将接口压实，防止混凝土浇筑时漏浆进入管内，造成管内堵塞，而导致后期冷却水无法循环。现场冷却管埋设如图3所示。

图3 现场冷却管埋设图

冷却管通过焊接“U”型卡扣，固定在马凳筋或竖向拉钩筋上，“U”型卡扣采用HPB300Ф10钢筋制作，纵向冷却管上每2m一道卡扣，在横向连接管（长度为1m）设置2道，以防止混凝土浇筑时，泵送料的冲击力折断冷却管。“U”型卡扣与马凳筋、竖向钢筋间采用点焊焊接。

因冷却管后期需要压浆封闭，为保证后期的压浆密实质量，冷却用水需选用清洁水。为此，冷却水采用自来水，并在现场设置水箱。根据板块冷却管的体积计算得出水箱的体积不宜小于3m³，放置在相邻板块上。

根据分析温测仪测出的筏板中心温度、筏板表面温度及水箱水的温度，计算各部位间温差，根据分析、计算结果进行冷却管运行参数的调整，确保筏板各部位温度及各部位间温差符合规范要求。当测温仪测出的筏板砼中心温度与表面温度差持续小于10℃时，可以停止冷却水循环。

5控制裂缝采取的其它技术措施

本项目还通过采取合理配筋，优化施工配合比，制定合理、科学的砼浇筑方案，加强砼表面处理及养护等技术措施提高砼浇筑质量和抗裂性能。以达到避免砼筏板产生裂缝的目的

5.1进一步优化施工配合比

（1）造成砼结构温升的热源为水泥凝固释放的热量。故采用42.5级矿渣硅酸盐水泥，其水化热为334kJ/kg，较P.O.42.5水泥而言，水化热降幅超10%，有效降低了筏板的温升幅度。

（2）在筏板砼中掺入阴离子表面活性剂（木质素磺酸钙），其能对水泥颗粒产生分散作用，使水份子表面张力得到降低，即产生加气效果。起到明显改善砼和易性，减少约10%的水泥用量。

（3）本项目按48kg/m³掺入Ⅰ级优质的粉煤灰。粉煤灰不仅能够增强砼的抗渗性能，且能改善砼拌和料的工作性能。具有减少水泥、拌和水用量的作用。

（4）砼粗集料选用了良好连续级配的碎石及河砂，良好连续级配的集料不仅能使砼具有更好的和易性，减少了拌和用水和水泥用量，且使砼具有更高的抗拉、压强度，增强抗裂缝性能；施工实践表明，较大粒径的粗骨料能减少拌和用水，降低砼的泌水量及收缩量，故本项目选用了规格为5～40mm，且良好连续级配的碎石。与使用5～25mm规格的碎石相比较，每立方砼可降低水泥用量约20kg左右，用水量也降低了15kg，可将最高砼温降低2℃。

（5）满足砼可泵性的基础上，尽量将砂率降低，并选用细度模数偏大的中、粗砂（细度模数在2.6～2.9间），在降低砼干缩率的同时还可减少水泥用量，利于筏板抗裂缝。

（6）以对施工配合比进行优化及采取降低水泥用量的技术措施，最终施工配合比的水泥用量为235kg/m³，大幅度减少了水化热的产生。

5.2控制砼的出机温度及入模温度

为了降低大体积砼筏板中心的总温升及其内外温差，降低砼出机温度是关键环节。拌和水及碎石、河砂对砼出机温度影响最大。故在施工时，控制拌和水的温度。设置遮阳棚防止太阳照射碎石、河砂，必要时用冷水冲洗骨料进行降温。

当入模砼温过高时，会使砼产生过大干缩。因此，在高温天气时，采取夜间浇筑、精选砼运输车线路、覆盖等措施，尽量降低砼的入模温度。

5.3延迟砼降温速率，减少内外温差

完成砼的浇筑后，为了避免砼表面产生裂缝，需降低升温阶段的结构物内外温差。采取潮湿养护，避免砼表面脱水出现干缩裂缝。

进行结构内外温度的监测，根据监测数据，在必要时候，于砼表面覆盖麻袋、薄膜等保湿、保温材料，控制筏板中心与表面的温差在20℃内，以免筏板出现温差裂缝。

5.4避免结构砼应力集中

在筏板的孔洞周边、尺寸变化处及线形转折处，受砼冷缩及干缩的影响，会产生应力集中的现象，过大应力使砼拉裂而产生裂缝。

本项目采取在孔洞周边、尺寸变化处及线形转折处增设钢筋网、斜向抗拉钢筋。增强该薄弱部位的砼抗裂能力。同时对截面尺寸突变处实施局部处理，使截面变化逐渐过渡，避免出现集中应力。

5.5改善钢筋配置

因筏板基础较厚，为了提高砼抗裂性能，本项目还增配了构造配筋，构造配筋可起到温度筋的作用，提高大体积砼的抗裂性能。

以往研究表明，配筋尽可能使用小直径钢筋，并采用小间距，按全断面对称布设较为合理，能够提高结构抵抗贯穿性裂缝的性能。本项目经与设计方进行了沟通，在配筋率不变的基础上，将原主筋Ф22主筋换成Ф18，调整间距及优化布设。

5.6进行温度监测

为了掌握筏板实际砼水化热的释放量及筏板不同深度处的温度场变化规律，在砼结构的不同部位设置了铜热传器，用砼温度测量记录仪，全过程监测砼内温度变化情况，以便采取针对性的技术措施，以确保大体积砼不产生温度裂缝。现场测温管埋设及测温如图4所示。

图4 现场测温管埋设及测温图

5.7砼分层浇筑及泌水处理方案

根据筏板不同部位及外形尺寸，采用如图5所示的砼分层浇筑方案。

图5 砼分层浇筑方案

砼分层浇筑的厚度根据振捣器的长度及振动力的大小，并考虑砼的供应情况及一次浇筑砼量多小而定，通常控制在200～300mm。

由于泵送混凝土的泌水量大，斜向分层浇筑时聚集于坑底。本项目在进行砼垫层施做时，在垫层表面设置排水横坡，在侧模的底部设置排水孔，使泌水自动流出。无泌水自动流出条件时，设置集浆坑，用泥浆泵排出泌水。完成砼浇筑后的顶部泌水也通过设置预留孔排出。

泵送砼的表面浆液较厚，不仅会导致砼表面干缩开裂，且会影响表面砼强度，采取二次抹面收缝的措施。完成筏板砼浇筑4～5h后，按设计标高用长刮尺把筏板砼刮平。然后在筏板砼初凝之前，用钢筒碾压砼面数次，最后用木抹压实抹平，以闭合砼面收水裂缝。

6结束语

大体积砼出现有害裂缝，一直是工程技术人员亟需解决的难题。在地铁壹号城项目筏板基础的大体积砼施工时，通过按施工实际条件进行砼热工计算及抗裂性能分析，然后根据分析结果采用埋设冷却管散热的同时，还采取了一系列的综合技术措施减少水化热、提高砼质量、增强砼抗拉能力。施工结果表明，有效地控制了筏板砼结构裂缝的产生，取得了良好的应用效果。

参考文献

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作者简介：姓名：梁孟信，1980年出生，男，柳州市人，现任中铁二十五局集团第四工程有限公司南宁营业线项目部总经济师，大学本科，工程师。籍贯：广西柳州。 研究方向：建筑工程。

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