淺談鋼筋混凝土厚筏板基礎(chǔ)裂縫控制的技術(shù)措施
鋼筋混凝土厚筏板基礎(chǔ)是高層建成筑中常見的基礎(chǔ)形式。由于其結(jié)構(gòu)截面較厚,內(nèi)部溫度和濕度分布不均勻,形成溫度梯度和混凝土的收縮變形,使混凝土產(chǎn)生裂縫—表面裂縫和貫通裂縫,造成筏基損毀。所以監(jiān)理工程師應(yīng)將其列為鋼筋混凝土厚板基礎(chǔ)施工的控制重點(diǎn)和難點(diǎn)。
一、鋼筋混凝土厚筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫的主要原因
鋼筋混凝土厚筏板基礎(chǔ)由于結(jié)構(gòu)截面大水泥用量多,水泥釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用,由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致鋼筋混凝土厚筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫的主要原因。
表面裂縫:是由于混凝土表面和內(nèi)部散熱條件不同,溫度內(nèi)高外低,形成溫度梯度使混? 凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度而引起的。
貫通裂縫:是由于厚筏板基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度發(fā)展到一定的程度,混凝土逐漸降溫,降溫的梯度引起的變形,加上混凝土失水引起的體積收縮變形,并受到地基和其他結(jié)構(gòu)邊界條件的約束,引起的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,由此可能產(chǎn)生貫通整個(gè)截面的裂縫。
二、針對(duì)混凝土厚筏板基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫的原因采取的技術(shù)控制措施
(一)事前控制措施
1、對(duì)施工單位的要求:
?、僖笫┕挝蛔龀鍪┕し桨?,方案應(yīng)包括以下內(nèi)容:a、提出混凝土的試驗(yàn)室配合比;b、混凝土的澆筑方案;c、混凝土的保溫保濕措施;d、人員的組織措施;e、施工機(jī)械的質(zhì)量數(shù)量的保證措施;f、材料的儲(chǔ)備;g、應(yīng)急措施(停電、停水、暴雨)。
?、谝笫┕?、監(jiān)理人員采用頭腦風(fēng)暴法預(yù)測(cè)施工中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn),提出相應(yīng)的對(duì)策。
?、圻M(jìn)行多方案論證、比選,選取最優(yōu)方案(注意結(jié)合地方材料、適用、可行)。
④要求施工單位根據(jù)試驗(yàn)室混凝土配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試配,測(cè)試混凝土的緩凝時(shí)間,以便指導(dǎo)施工。
2、對(duì)混凝土試驗(yàn)室配合比的要求:
?、俳档退嗟乃療幔蟛捎弥?、低熱水泥,如粉煤灰水泥、火山灰水泥、礦碴硅酸鹽水泥或其他低熱水泥 。
?、诔浞掷盟嗟暮笃趶?qiáng)度,如60天強(qiáng)度進(jìn)行配合比試配,減少水泥用量(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每減少10kg水泥 ,可使混凝土的絕熱溫升值下降1℃)。混凝土的絕熱溫升值按下式計(jì)算:
Th=mc×Q/C×ρ×(1-e-mt)
mc——混凝土中的水泥用量(kg);
Q ——水泥的水化熱(KJ/kg);
ρ ——混凝土的密度,取ρ=2400 kg;
C ——混凝土的比熱(取值0.97);
m -——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(一般取0.3—0.4);
t ——混凝土的齡期(天);
e ——常數(shù)(取2.178)。
③摻入粉煤灰代替部分水泥,減少水化熱,同時(shí)提高混凝土的和易性。
④摻入高效緩凝減水劑(要注意外加劑與水泥的相適性),降低水灰比,延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間,提高和易性。
?、荼M可能使用粒徑較大、級(jí)配良好的粗骨料,并要求砂、石的含泥量小于2%,提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度,減小收縮變形。
3、改善約束條件,削減溫度應(yīng)力:
?、賹?duì)混凝土的墊層要求:混凝土的墊層要求壓實(shí)趕光,盡可能的搓壓光滑。
?、谠诨炷翂|層面做一層滑移層,如干鋪油氈 ,減少磨擦阻力產(chǎn)生的熱量。
?、墼诜ぐ褰孛嫱蛔兲幒娃D(zhuǎn)折處,如集水坑、電梯井的位置、頂板與剪力墻轉(zhuǎn)折處、孔洞的轉(zhuǎn)角及周邊增設(shè)構(gòu)造鋼筋,以改善應(yīng)力集中。
4、根據(jù)混凝土的供應(yīng)量(可預(yù)測(cè))和緩凝時(shí)間,用鋼絲網(wǎng)將筏基分成數(shù)段,以防新拌的混凝土流淌的距離太長(zhǎng),出現(xiàn)冷縫。
5、設(shè)置溫度控制點(diǎn)。要求能控制整個(gè)筏板基礎(chǔ)(測(cè)溫點(diǎn)的布置數(shù)量),預(yù)埋測(cè)溫管(采用薄鐵皮管,下端封閉,上端與筏板的上層鋼筋網(wǎng)片焊接。每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)設(shè)上、中、下三根測(cè)溫管如圖示(芒市賓館筏板基礎(chǔ)測(cè)溫管預(yù)埋示意圖):
測(cè)溫管在澆筑混凝土的前一天裝滿自來(lái)水或盡可能地使用傳熱性能好的材料。溫差控制范圍:混凝土表面與內(nèi)部中心溫度差≤25℃;混凝土表面與底層的溫度差≤20℃。
?。ǘ?、事中控制措施
1、降低新拌制混凝土的入模溫度:
?、賹?duì)骨料進(jìn)行遮蓋或采取其他致冷措施;
②對(duì)輸送管降溫(草席遮蓋);
③對(duì)筏基鋼筋網(wǎng)片在澆混凝土前做降溫處理;
?、芗颖柚苹炷?。
2、加強(qiáng)施工中的溫度濕度的控制,嚴(yán)禁急劇的溫度梯度的發(fā)生,為筏基混凝土創(chuàng)造一個(gè)溫暖潮濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境。
在整個(gè)工作面上搭設(shè)塑料大棚,其目的是:a、提高新澆灌混凝土的表面溫度,減小混凝土表面與底部、混凝土表面與內(nèi)部中心溫度的溫差,避免急劇的溫度梯度的發(fā)生;b、調(diào)節(jié)晝夜溫差,避免較大的日溫差對(duì)混凝土表面帶來(lái)的影響;c、避免新澆灌的混凝土被暴曬及風(fēng)雨襲擊。
混凝土找平壓實(shí)后(初凝)隨即覆蓋預(yù)先浸泡濕透的草席,剪力墻、框架柱及剪力墻根部用濕潤(rùn)的鋸沫覆蓋,厚度約30mm左右, 然后再覆蓋一層塑料薄膜并封嚴(yán)。
3、先澆灌筏基內(nèi)的地坑、集水井的底板混凝土,坑壁與筏板一起澆筑,待坑壁混凝土終凝即可蓄水養(yǎng)護(hù),坑內(nèi)的水因坑壁內(nèi)中心溫度和底面散發(fā)的水化熱使之溫度較高(約30℃左右),用之養(yǎng)護(hù)、補(bǔ)充混凝土的濕度是很有益的。
上述所采取的養(yǎng)護(hù)措施可使筏基混凝土內(nèi)外的溫度、濕度分布均勻,減少溫度梯度,并使之緩緩降溫,充分發(fā)揮混凝土的徐變,減小溫度應(yīng)力和塑性收縮。
采用斜面分層澆筑法,每一工作面嚴(yán)禁一次堆積過多的混凝土,加強(qiáng)混凝土的振搗,提高密實(shí)度,減少收縮變形。
?。ㄈ?、事后控制
1、嚴(yán)格控溫、保濕、長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù),充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng):
?、倩炷翝仓?2小時(shí)開始測(cè)溫,前三天每隔2小時(shí)測(cè)溫一次,第四至七天(混凝土已開始降溫)4小時(shí)測(cè)溫一次,以后每天測(cè)溫一次,直至中心溫度與表層溫度、底面溫度與表層溫度相平衡時(shí),方可停止測(cè)溫和養(yǎng)護(hù)。
?、谌缜笆觯炷帘砻媾c內(nèi)部中心溫度差≤25℃;混凝土表面與底層的溫度差≤20℃。如果超出控制范圍,應(yīng)立即采取澆灌熱水或其他增加表層混凝土的溫度,減小溫差的措施。
2、筏基混凝土終凝后及時(shí)拆除邊模,并回填松軟的回填土(粘土),避免筏基側(cè)面暴曬,解除邊界約束。長(zhǎng)時(shí)間保濕保溫養(yǎng)護(hù),夏天應(yīng)以保濕為主。
在混凝土養(yǎng)護(hù)期間,盡量避免在筏基上堆放重物。
三、實(shí)例:云南省德宏州賓館筏板基礎(chǔ)
賓館建筑面積25278.6m2,20層(地下一層,地上十九層)總高71.4m??蚣芗舨柿Y(jié)構(gòu),8度抗震設(shè)防。主樓基礎(chǔ)采用長(zhǎng)54.2 m,寬23.7 m,厚1.5 m的鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)(采用強(qiáng)度為C35、S8抗?jié)B混凝土)。
本地氣象特征:該地區(qū)屬熱帶雨林氣候,炎熱多雨,晝夜溫差較大?;炷练ぐ寤A(chǔ)澆筑時(shí)間為2005年5月初,日溫差15℃。
混凝土的配合比:水泥采用滇西水泥廠的P42.5中熱水泥409kg,水灰比為0.45;砂為芒市帕底河砂(中砂,粒型系數(shù)為2.5左右),碎石的粒徑為5—35㎜,砂、石的含泥量控制在2%以下。每立方米混凝土摻入34kg冰,摻入1%的高效緩凝減水劑,坍落度控制在90㎜—140㎜之間。入模溫度控制在10℃—15℃。
設(shè)專人監(jiān)督混凝土的拌制,防止各種投料少投、漏投或多投。對(duì)新拌制的混凝土的均勻性(拌合物)進(jìn)行抽查,從卸料流出的四分之一—四分之三之間的部位采樣檢查,包括砂的密度、碎石的含量、混凝土的稠度、保水性等,全面地評(píng)定拌合物的和易性。
在工作面上搭設(shè)塑料大棚,澆筑的方法和養(yǎng)護(hù)的方法均如前所述。整個(gè)筏板基礎(chǔ)面設(shè)置了七個(gè)溫度控制點(diǎn),溫度測(cè)試的結(jié)果為混凝土表層溫度與混凝土中心溫度的最大差值為11℃,混凝土表層與底層的最大溫度差值為8℃(見下表:筏基①號(hào)點(diǎn)測(cè)溫記錄),有效地避免了急劇的溫度梯度的產(chǎn)生和過大的干縮變形,從面達(dá)到了控制裂縫產(chǎn)生的目的。
筏基①號(hào)點(diǎn)測(cè)溫記錄(略)
到目前為止,筏基已澆筑完工三個(gè)多月,上部結(jié)構(gòu)已完成四層,經(jīng)當(dāng)?shù)刭|(zhì)檢部門檢查,筏板無(wú)任何細(xì)小的裂紋,混凝土的強(qiáng)度平均值為C40,最小值為C37,滿足了設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。
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