中国电信通信指挥中心工程

底板大体积砼一次性整体浇筑技术

中国电信通信指挥中心项目经理部

一九九九年十一月

目 录

一、概况 1

二、大体积砼温度裂缝分析 1

（一）混凝土温度应力和收缩应力的计算 1

（二）结论 5

三、防止大体积混凝土产生裂缝的措施 6

（一）混凝土原材料的选择 6

（二）施工措施 6

四、施工部署 8

（一）混凝土的供应 8

（二）砼设备和机具的投入 8

（三）劳动力组织 9

（四）现场组织 10

（五）混凝土的浇筑 10

（六）混凝土的测温 11

（七）混凝土的养护 11

五、施工体会 12

一、概况

中国电信通信指挥中心工程位于西城区二环东侧金融街开发C区5号地块，地下3层，地上19层，其中裙房6层，总建筑面积58637 m²，结构类型为框-剪，基础为筏基（上反梁），南北长81.4m，东西长71.2m，基础埋深－14.7m（筏基下皮标高）。底板大部分区域厚度为1m，其中核心筒部位（E－K/3－8轴）为1.6m，C－D/1－2轴区域为1.4m。底板混凝土标号为C35 S8，底板混凝土总量为8500 m³，全部采用商品砼。基础梁（反梁）尺寸为1.5×2m、1.5×1.4m、1.0×2.0m。底板配筋：下层钢筋Φ32@200（双向），上层钢筋Φ25@200（双向），其中核心筒附加钢筋：下层Φ32@400（双向），上层Φ25@200。

本工程设计要求底板一次浇筑，不留施工缝，一次性浇筑8500 m³这么大量的混凝土，我公司尚属首次，技术要求高，现场组织和混凝土供应、调度难度大，为确保底板大体积混凝土的顺利浇筑，我们经过严格的计算，编制了详细的施工方案，精心组织，经过连续作业48h，终于成功的完成了底板混凝土的浇筑，且施工质量一流，赢得了业主、监理、设计的一致的好评，同时为下一步施工奠定了良好的基础。

二、大体积砼温度裂缝分析

（一）混凝土温度应力和收缩应力的计算

大体积混凝土施工的关键是控制裂缝的产生，尤其对于超大体积混凝土，难度较大，为验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力是否超过当时的基础混凝土极限抗拉强度，我们进行了严格的防裂理论计算，以便制定相应的防裂措施，从而确保底板砼质量。

根据C35 S8配合比设计，普425#水泥398kg，水泥发热量335kj/kg， 7月份施工平均气温为25°C，混凝土浇筑温度控制在28°C以内。

1. 砼最终绝热温升

=57.3℃

式中T_h—砼最终绝热温升；

Ｗ—每立方米砼水泥用量；

Q_o—每公斤水泥水化热量；

C—砼比热；

γ—砼密度。

1. 砼内部不同龄期温度
2. 求不同龄期绝热温升

砼块体的实际温升,受到砼块体厚度变化的影响,因此与绝热温升有一定的差异。根据水电科学院资料，算得水化热温升与砼块体厚度有关的系数ξ值，如下表。

不同龄期水化热温升与砼厚度有关系数ξ值：

龄 期厚 度	3d	6d	9d	15d	21d	27d
1.0m	0.36	0.29	0.17	0.05	0.01
1.6m	0.49	0.46	0.38	0.21	0.12	0.05

T_t=T_h·ξ

式中

T_t—砼不同龄期的绝热温升

T_h—砼最高绝热温升

ξ—不同龄期水化热温升与砼厚度有关值

经计算列于下表：

不同龄期的绝热温升（℃）

龄期(d)		3	6	9	15	21	27
绝热温升(Tt)	1.0m	20.63	16.62	9.74	2.87	0.57
	1.6m	28.08	26.36	21.77	12.03	6.88	2.87

1. 不同龄期砼中心最高温度

Ｔ_max＝T_j＋T_t

式中

T_max—不同龄期砼中心最高温度；

T _j—砼浇筑温度；

T_t—不同龄砼绝热温升。

计算结果列于下表：

不同龄期砼中心最高温度

龄期(d)		1	3	6	9	15	21	27
温度(℃)	1m	28	48.63	44.62	37.74	30.87	28.57
	1.6m	28	56.08	54.36	49.77	40.03	34.88	30.87

由上表可知，混凝土到3~6d左右，内部温度最高。

1. 砼温度应力

本底板面积大，按外约束为二维时的温度应力(包括收缩)来考虑计算。

1. 各龄期砼的收缩变形值及收缩当量温差

①各龄期收缩变形

_y(t)＝⁰_y(1-e^-0.01t)×M₁×M2×……×Mn

式中

_y(t)—龄期t时砼的收缩变形值；

⁰_y—砼的最终收缩值,取3.24×10^-4/℃；

M₁．M₂……Mn各种非标准条件下的修正系数。

本工程根据用料及施工方式修正系数取值如下表：

修正系数取值

M1	M2	M3	M4	M5	M6	M7	M8	M9	M10	积M
1.25	0.93	1.00	1.21	1.20	1.09	1.04	1.40	1.00	0.90	2.41

经计算得出收缩变形见下表：

各龄期砼收缩变形值

龄期(d)	3	6	9	15	21	27
收缩变形值y(t)×10-6	23	45.5	67.1	108.6	147.7	184.6

②各龄期收缩当量温差

将砼的收缩变形换算成当量温差

y(t)/

式中

—各龄期砼收缩当量温差(℃)；

_y(t)—各龄期砼收缩变形；

—砼的线膨胀系数，取10×10^-6/℃。

计算结果列于下表：

各龄期收缩当量温差

龄期(d)	3	6	9	15	21	27
当量温差Ty(t)	2.30	4.55	6.71	10.86	14.77	18.46

1. 各龄期砼的最大综合温度差

ΔT(t)＝T_j＋T(t)＋T_y(t)-T_q

式中

ΔT(t)—各龄期砼最大综合温差；

T_j—砼浇筑温度,取28℃；

T(t)—龄期t时的绝热温升；

T_y(t)—龄期t时的收缩当量温差；

T_q—砼浇筑后达到稳定时的温度,取平均气温25℃。

计算结果列下表：

各龄期砼最大综合温度差

龄期(d)		3	6	9	15	21	27
综合温差ΔT(t)	1.0m	19.05	18.63	16.20	15.77	18.15
	1.6m	24.02	25.12	24.22	21.88	22.36	23.37

1. 各龄期砼弹性模量

E(t)＝E_h(1-e^-0.09t)

式中

E(t)—砼龄期t时的弹性模量(MPa)；

E_h—砼最终弹性模量(MPa)，C₃₅砼取3.3×10⁴(MPa)。

计算结果见下表：

砼龄期t时的弹性模量

龄期(d)	3	6	9	15	21	27
弹性模量E(t) ×104	0.78	1.37	1.83	2.44	2.80	3.01

1. 砼徐变松驰系数、外约束系数、泊桑比及线膨胀系数

①松驰系数,根据有关资料取值见下表：

砼龄期t时的松驰系数

龄期(d)	3	6	9	15	21	27
松驰系数Sh(t)	0.570	0.519	0.462	0.411	0.374	0.336

②外约束系数(R_k)，取R_k=0.4。

③砼泊桑比(μ)，取0.15。

④砼线膨胀系数(α)，α取10×10-6/℃。

1. 不同龄期砼的温度应力

σ_(t)=-

式中

σ_(t)—龄期t时砼温度(包括收缩)应力；

E_(t)—龄期t时砼弹性模量；

α—砼线膨胀系数；

ΔT(t)—龄期t时砼综合温差；

μ—砼泊桑比；

S_h(t)—龄期t时砼松驰系数；

R_k—外约束系数。

计算结果见下表：

不同龄期砼温度(包括收缩)应力

龄期(d)	3	6	9	15	21	27
温度应力σ(MPa) 1.0m	-0.400	-0.623	0.644	0.745	0.895
温度应力σ(MPa) 1.6m	-0.503	-0.840	0.963	1.033	1.102	1.112

（二）结论

根据经验资料，我们把混凝土浇筑后的15d作为砼开裂的危险期。

C35砼：28d RL=1.6(MPa)

而现在15d砼温度应力：底板厚1.0m处，

底板厚1.6m处，

因为同龄期砼 RL(15d)=0.75RL=1.2(MPa)

所以:

1.16>1.15（抗裂安全度）

1.61>1.15（抗裂安全度）

 

结论：由上述结果可知，对于1.0m的底板，只要能满足混凝土内外温差不大于25℃，混凝土底板内不会产生贯穿性裂缝；对于1.6m厚的底板，尽管能满足抗裂安全度，但富余量不大，所以应相应采取一定措施，做到万无一失。

三、防止大体积混凝土产生裂缝的措施

由于底板砼施工在7月份，当时的气温比较高，平均气温25℃，最高气温达37℃，这对大体积浇筑不利，为防止大体积砼产生裂缝，控制砼内部温度与外界温度之差不大于25℃，我们针对本工程特点特采取以下技术措施：

混凝土原材料的选择

1. 选择良好级配的骨料，严格控制砂、石的含泥量，砂、石含泥量超标的禁止使用。
2. 水泥：普通硅酸盐425#；
3. 砂子：中砂，含泥量≤3%；
4. 石子：采用5~20卵石，含泥量≤1%。
5. 外加剂的选择

对于大体积砼，尤其是超大体积砼，外加剂的选用至关重要，我们经过反复研究，对几种膨胀剂如UEA－M、HEA、FS等外加剂的性能进行对比，并根据搅拌站以往施工经验，决定采用HEA砼防水剂（缓凝型）。掺量为水泥用量的12.5%，缓凝时间8h。这种外加剂，具有抗渗、补偿收缩、缓凝、延迟水化热峰值等功效，有效的防止混凝土内部裂缝的产生。实践证明，使用这种外加剂是很成功的。

1. 掺入一定配比的粉煤灰

掺用Ⅱ级粉煤灰（河北三河市中和煤灰厂），掺为水泥用量的16.7%，这不但降低砼内部水化热，改善混凝土的和易性，增加可泵性，而且节约水泥用量。

施工措施

1. 混凝土采用分层浇筑。混凝土采用自然流淌分层浇筑，每层砼浇筑厚度控制在50cm左右，在上层混凝土浇筑前，使其尽可能多的向外界散发热量，降低混凝土的温升值，缩小混凝土的内外温差及温度应力。
2. 严格控制混凝土的坍落度（14~16cm），进行混凝土的二次振捣，减少混凝土的收缩值，增加混凝土的密实度，提高混凝土的抗裂性能。
3. 及时排除混凝土在振捣过程中产生的泌水，消除泌水对混凝土层间粘结能力的影响，提高混凝土的密实度及抗裂性能。
4. 混凝土的表面处理：由于泵送混凝土表面的水泥浆较厚，在混凝土浇到顶面后，及时把浮浆赶跑，浇筑2~3h后，用刮杆初步按标高刮平，用木抹子反复（至少3次）搓平压实，使混凝土在硬化过程初期产生的收缩裂缝在塑性阶段就予以封闭填补，以控制混凝土表面龟裂。
5. 混凝土的养护
6. 对于1.0m厚底板，T_b=T_max-25℃=48.63℃-25℃=23.63℃，由T_b-T_q=23.63-25=-1.37可知，砼即使不采取措施，混凝土内外温差都不会大于25℃，这部分底板的养护方法为直接浇水，使砼表面始终保持湿润。
7. 对于1.6m厚底板，T_b =Tmax-25℃=56.08℃-25℃=31.08℃，这部分砼采用蓄水养护。由于为带反梁结构，蓄水养护很方便。

蓄水深度的计算：

式中:

R—混凝土表面的热阻系数(K/W)；

X—混凝土维持到指定温度的延续时间(h)，X=10×24=240h；

M—混凝土构筑物的表面系数 (1/m)；

T_b—砼表面温度（℃）；

T_max—砼中心平均最高温度（℃）；

k—传热系数修正值，取1.3；

T_j—混凝土浇筑振捣完毕开始养护的温度（℃）；

W—混凝土每m³中的水泥用量（kg）， W=398kg；

Q_(τ)—混凝土在指定的龄期内水泥的水化热（KJ/kg），Q_(τ)=335KJ/kg。

M=

T_max- T_b =25℃

所以R=240×25×1.3/（700×25+0.28×398×335）=0.142K/W

蓄水深度：

h_s=Rλ_S

式中

h_s ：混凝土表面的蓄水深度（m）；

λ_S ：水的导热系数，取0.58W/m·k。

∴ h_s =0.142×0.58≈0.09m=9cm

所以施工时混凝土表面的蓄水深度为9cm。

采用蓄水养护，能保证水泥的水化用水，从而充分保证混凝土质量，尤其是在强度和密实性方面，可以有效的防止混凝土裂缝的产生，同时，利用顶面的蓄水来减缓表层混凝土与外界环境温度进行热交换的速度，降低混凝土内外温差，避免混凝土温度应力的产生。

四、施工部署

混凝土的供应

由于混凝土量很大，我们选择了公司中心搅拌站和中建一局搅拌站这两家商品混凝土搅拌站来集中供料。由公司中心搅拌站统一协调、调度砼的供应，且直接对项目负责，从而避免了多头对外。为了确保混凝土的质量，两家搅拌站使用同一品牌、同一标号的水泥，外加剂(HEA)和粉煤灰掺和料也使用同一品牌。

底板砼的施工时间为98年7月25日（星期五）晚8：00开始，到27日晚8：00结束，历时48h。

砼设备和机具的投入

1. 混凝土泵的平均泵送量Q₁的计算

根据有关经验公式，砼输送泵的平均输出量Q₁的计算如下：

Q^­­­­­­­­­­­­­­­₁---砼泵的平均输出量（m³/h）；

α---配管系数，0.8~0.9；

e---作业效率，0.5~0.7。

本工程采用的砼泵的平均输送能力为60 m³/h，α=0.85，e取0.7。

∴ Q₁=60×0.85×0.7≈35m³/h。

1. 混凝土泵的布置

现场布置6台混凝土泵（其中两台汽车泵）。理论上浇筑所需时间为：8500/（6×35）≈41h，实际浇筑时间为48h。

混凝土泵布置详见附图。

1. 混凝土运输车辆的配置

每台混凝土泵所需配备的混凝土搅拌运输车辆数:

N=

式中N：混凝土罐车台数（台）；

Q1：每台混凝土泵的实际平均输出量（m³/h）;

S：混凝土搅拌运输车平均行驶速度（km/h）；

L：混凝土搅拌运输车往返距离（km）；

T1：每台混凝土搅拌运输车总计停歇时间（min）。

所以 N==10台

砼机械设备投入见下表：

序号	机械名称	规格、型号	单位	数量	备注
	混凝土地泵	大象牌，60m3/h	台	6	其中两台为汽车泵
	混凝土运输车	6m3/辆	辆	60	准备3辆机动
	振捣棒	Φ50 Φ30	根 根	18 4	另准备3根备用

劳动力组织

将劳动力分白班和夜班两大班，每班按地泵的数量分成小组，每班劳动力安排见下表：

序号	工种	每组人数	共计人数	备注
1	混凝土工	5	30	包括下料、平仓、振捣
2	架子工	2	12	安拆泵管和拆架子
3	抹灰工	3	18	混凝土表面搓光
4	木工		3	看模
5	钢筋工		2	混凝土浇筑时看筋
6	测量工		2	控制标高和核对尺寸
7	养护		4	养护、测温等
7	指挥		2	指挥车辆
8	下灰	2	12	砼泵处下灰
9	试验工		2	作砼试块
10	其他		5
	合计		92

现场组织

本工程底板混凝土量大，地处金融街、二环以内，这给混凝土运输和现场组织带来了难度，又由于是超大体积混凝土施工，技术要求高，为了确保第一块底板大体积混凝土的顺利浇筑和浇筑质量，项目经理部专门成立了以项目经理为首的大体积混凝土领导小组，浇筑之前召开了专题交底会和动员大会。由于充分的准备工作，为大体积砼的成功浇筑奠定了良好的基础。

混凝土的浇筑

1. 砼浇筑前的准备工作：
2. 底板钢筋内必须彻底清理干净，不得有渣土、杂物及积水。
3. 墙、柱插筋位置和底板标高的控制

墙、柱插筋位置的控制：为了保证墙、柱插筋的绝对准确，把墙、柱边线放出来，用红油漆标注在基础梁或底板的钢筋上，柱根部保证有一道定位箍筋、墙根部保证有一道定位水平筋和底板钢筋焊接牢固，同时柱、墙钢筋上部至少绑扎一道定位箍筋和水平筋。在浇筑混凝土过程中，测量工和看筋人员随时复查墙、柱插筋位置，以防发生偏位。

底板标高的控制：在底板钢筋上焊设立筋，在立筋上统一用红油漆标注+0.3m线，用刮杠找平标高，找平过程中随时用水平仪进行复测，严格控制板面标高。

1. 浇筑之前，先用与混凝土成分相同的砂浆湿润泵管。
2. 现场备用一部分减水剂，当混凝土坍落度达不到要求时，可以掺入适量的减水剂，经搅拌车搅拌后，再进行浇筑。
3. 混凝土浇筑方法

混凝土采取分层浇筑的方法，每层浇筑的厚度控制在50cm左右。厚1.6m的底板分三层浇筑，厚1.0m的底板分两层浇筑。浇筑方向：六台泵并肩从东往西进行，所有泵尽量共同推进，步骤基本一致。为不使上下两层产生施工冷缝，要在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层混凝土，并采取二次振捣法，在振捣上一层时，应插入下层中5cm左右，以消除两层之间的接缝。

1. 混凝土的振捣

根据混凝土泵送时自然形成的坡度，在每个浇筑带的前后、中部布置三道振动器，这样通过混凝土的振动流淌达到均匀铺坍的要求。振动器的振捣要做到快插慢拔。快插是为了防止先将表面混凝土振实而与下面混凝土发生分层、离析现象；慢拔是为了使混凝土填满振动棒抽出时所造成的空洞。

振动器插点要均匀排列，可采用“行列式”或“交错式”的次序移动，不应混用，以免造成混乱而发生漏振，一般插棒间距40cm~50cm。每一插点要掌握好振捣时间，过短不易捣实，过长可能引起混凝土产生离析现象。每点振捣时间应视混凝土表面呈水平不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为准，一般每点振捣时间为15~30s。

混凝土的测温

为了有效的控制混凝土内外温差，使混凝土内外温差不大于25°C，防止混凝土裂缝的产生，砼必须测温。本工程测温管采用镀锌铁皮卷制而成，直径φ15，长度按测温埋设详图加工。测温管下端封口，上端露10cm，管内装入机油，塞紧管口密封，混凝土浇筑6~10h后开始测温，采用100℃玻璃温度计进行测温。测温管布置详见附图。其中4、6测温点要埋三根测温管，测三处温度，即表面、1/2处、底部。

混凝土的测温频率：

1. 龄期5d内，每2h测温一次；
2. 龄期6~14d内，每4h测温一次；
3. 龄期15~28d内，每8h测温一次。

现场派专人负责测温，测定的温度随时记录，并把数据及时反馈给技术负责人，以便检查砼内外温差是否超过25℃。测温时同时测量混凝土体内、体表、大气和混凝土的入模（浇筑）温度。砼的浇筑温度是指砼浇筑振捣后，在砼50~100mm深处的温度。

混凝土的养护

混凝土表面压光后12~18h内进行养护。厚1.0m的底板直接采用浇水养护，现场派专人进行浇水，使砼表面始终保持潮湿。厚1.6m的底板采用蓄水养护，蓄水深度为9cm。进行蓄水养护时一定要注意水温，防止因水温过低而使砼内外温差大于25℃，采用分次灌水，直至达到蓄水深度。养护时间持续28d。

五、施工体会

电信工程大体积砼成功浇筑的技术及经验，值得很好的借鉴和推广。目前，大多数工程的基础底板面积和厚度都较大，按常规或从设计上考虑应留设施工后浇带（待两边砼达到设计强度后浇筑）和永久性后浇带（待主体结构施工完且结构稳定后浇筑），通常后浇带处的处理比较困难，既要采取加设钢板止水带等防水措施，模板支设、清理、保护、钢筋除锈等工作不易进行，后浇带处的砼不能马上浇筑，给施工带来不便，同时后浇带处的砼要采用比原设计高一个等级的微膨胀砼浇筑，增加额外费用，如果后浇筑带处理不当，给底板防水抗渗带来隐患，且结构整体性不太好，这是结构师所不希望的。电信工程底下3层，地上19层，其中裙楼5层，原初步设计主楼与裙楼之间留设1m宽的后浇带，结构整体性不太好，后经设计院和业主的反复论证，决定取消后浇带，这无疑是对施工方的一次考验，我们无论从理论计算还是到实践操作，都经过周密细致的准备，精心部署，有针对性的采取措施。本工程基础底板施工完毕后经一年的观察未发现任何裂缝，总结其原因：

（1）砼防水剂HEA（缓凝型）的使用，推迟了水化热峰值，降低砼内部温度，同时由于它的微膨胀性，补偿砼内部收缩，提高了砼的防裂抗渗性能。（2）外掺和料粉煤灰的使用，减少水泥用量，降低水化热，改善混凝土的和易性。（3）采用蓄水养护，既经济又方便，砼顶面的蓄水减缓了表层混凝土与外界环境温度进行热交换的速度，降低混凝土内外温差，避免混凝土温度应力的产生，同时蓄水养护保证了水泥的水化用水，从而充分保证混凝土质量，尤其是在强度和密实性方面，有效的防止混凝土裂缝的产生。（4）充分的前期准备，施工中精心组织、严格管理，为砼的抗裂提供了组织保证。

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