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做的試算分析工作。并對大體積混凝土筏基在澆筑前進行溫度、溫度應力的驗算進行分析，其目的是為了確定溫控指標及制訂溫控施工的技術措施，以預防或控制混凝土裂縫的發生，確保大體積混凝土筏基的施工質量。

　　關鍵詞：高層建筑,筏板基礎,大體積混凝土,裂縫,溫度應力計算,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，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215根直徑為1.0m的挖孔短樁。混凝土為C35，S8泵送商品混凝土，設計要求筏板沿高度一次澆筑，水平方向不設后澆帶。筏板混凝土澆筑量超過4500m3，屬于大體積混凝土結構施工。

　　2主要技術措施

　　2.1混凝土原材料

　　水泥選用525號硅酸鹽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級磨細粉煤灰。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，5～40mm碎石的含泥量控制在1%以內。

　　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、連續逐層推移、一次到頂的方法進行。澆筑方向沿橫向(短向)進行，每次澆筑工作面不超過3m，混凝土分4層澆筑，厚550mm。

　　在混凝土澆筑至高程時，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。收頭時間控制在1.5h內，然后再實施保溫保濕養護措施。

　　2.4混凝土筏基測溫控制

　　筏基底板均勻布置15個測溫點，每個測溫點沿垂直方向有1組4個測溫數據(見圖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)。混凝土澆筑后，溫度上升階段每2h測溫1次，持續測溫3～4d，待溫度下降后，每8h測溫1次。根據事先確定的溫控指標和監測數據指導養護工作。

　　3筏基養護措施的溫控分析

　　3.1筏基的貯水蓄熱養護措施

　　經綜合分析比較，本筏基采用混凝土表面貯水蓄熱保溫保濕養護措施，如圖2所示。較之草袋養護等其它養護方法，具有施工簡單、保溫材料水資源豐富等優點，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混凝土進行養護和蓄熱，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貯水池水溫的直接影響。最后養護14d。14d后，繼續保持混凝土表面濕潤。

　　3.2貯水蓄熱養護措施的溫控分析

　　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)為混凝土內部最高絕熱升溫值，其中，水泥用量W=298kg/m3，525號水泥水化熱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為大氣環境溫度，取22℃，則ΔT(t)=Tmax-Tq=41.18℃;H為計算厚度(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為混凝土的導熱系數，取2.33W/(m·K);折減系數K取0.67;β為保溫層的放熱系數[W/(m2·K)]，β值按下式計算：

　　β=1/(Σδi/λi+1/βq)

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

　　3.2.3混凝土筏基溫控分析及結論(表1)

　　4溫度應力計算

　　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

　　預計筏基中心在第三天溫度升到最高值(63.18℃)，推算出30d各齡期(臺階步距為3d)的降溫曲線圖，各齡期降溫差的增量ΔTm(t)見圖3。

　　4.1.2各齡期混凝土的收縮當量溫差增量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為考慮各種非標準條件的修正系數，由表2求得 Mi=0.45。由此，混凝土的收縮當量溫差Ty(t)=εy(t)/α=14.58(1-e-0.01t)，混凝土的線膨脹系數α=1.0×10-5/℃。

　　注:Es，Fs分別為鋼筋的彈性模量和橫截面面積;Ec，Fc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)

　　可求得臺階步距為3d的混凝土綜合降溫差增量(見表3)。

　　4.2溫度應力σx計算

　　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%時所對應的彈性模量調整系數，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)為各齡期混凝土應力松弛系數，可查有關文獻(見表3)。

　　4.2.1混凝土外約束的約束系數Ri(t)

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

　　4.2.2混凝土溫度應力計算(表3)

　　總降溫產生的最大拉應力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混凝土的抗拉強度標準值ftk=2.20MPa，摻20%粉煤灰的強度影響系數λ'=1.03;其實際抗裂安全系數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”的抗裂設計要求。

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

　　5結語

　　以上對大體積混凝土基礎施工[中的溫度計算方法及控制措施進行了初步探討。通過工程實踐可以看出,大體積混凝土裂縫并不是不可控制的,只要制定相關的技術措施,加強施工管理,并將防裂措施落實到位,就能控制大體積混凝土裂縫的產生。

　　參考文獻

　　[1]中華人民共和國建設部.GB50496—2009大體積混凝土施工規范[S].北京:中國計劃出版社， 2009.

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