筏板基础大体积混凝土扣件式钢管架施工温度控制

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摘要：温度控制是筏板基础大体积混凝土施工的一项重要内容，对混凝土结构的安全可靠性有着较大的影响。本文结合工程应用实例，通过介绍筏板基础大体积混凝土的特点，重点分析了筏板基础大体积混凝土扣件式钢管架的施工温度控制工作，并总结了工程的实施效果，为类似研究工作提供借鉴意义。

关键词：筏板基础；大体积混凝土；钢管架；温度控制

随着我国城市化进程的不断加快，城市建设规模得到进一步扩发，高层、超高层建筑数量日益增加，建筑地下室筏板基础混凝土厚度也越来越厚，这对筏板基础混凝土的施工质量安全也提出了更高的要求。目前，传统的筏板基础大体积混凝土的施工流程较为复杂，需要解决的难题比较多，并且在筏板基础施工过程中扣件式钢管架仅仅起到临时支撑的作用，其内部温度却得不到有效的控制，这容易导致大体积混凝土处理温度裂缝、开裂和渗漏等现象，严重影响到混凝土结构的耐久性和安全性，甚至造成不可换回的损失。因此，建设单位必须重视筏板基础大体积混凝土扣件式钢管架的施工温度控制工作，积极探索出即可以满足筏板基础钢筋的支撑要求，又能够有效控制其内部温度的施工技术。

1 工程概况

某高层建筑，地上2栋24层办公楼和1栋28层住宅楼，设3层地下室，采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，高层塔楼采用筏板基础，筏板基础板面标高为-13.600m，其中主楼1栋、2栋筏板厚2100mm，3栋筏板厚1500mm，局部厚度4800mm，混凝土强度等级C35。

2 筏板大体积混凝土特点

混凝土采用材料：华润P.O42.5R水泥、西江中砂、当地碎石、JC-40W泵送剂、砼辉Ⅰ级粉煤灰、SS-CAS膨胀剂、SS-PP纤维。

坍落度：180±30mm。

筏板混凝土配合比（每立方用量kg）：水180、水泥358、粉煤灰73、膨胀剂32、细骨料729、粗骨料1048、外加剂10.6、纤维0.9。

3 工艺改进及需解决的问题

传统施工方法中，钢管支撑架仅起到临时支撑作用，搭设后需在浇筑混凝土前拆除，增加了施工工序，如果将钢管支撑架取代凳铁、钢筋支架或型钢支撑同时兼作冷却水循环的管网体系，将简化筏板大体积混凝土的施工流程，是一种可行的施工方案，但需解决以下问题：

1）如何合理布置钢管支撑架，满足多层钢筋的承载要求；

2）如何形成可用于冷却水循环的管网体系；

3）如何解决竖向钢管的抗渗问题。

4 循环冷却水管网设置

4.1 混凝土的最大绝热温升值计算

混凝土的绝热温升值按下式计算：

（1）

Tmax=To+T（t）ξ（2）

式（1）中W――每立方米混凝土的水泥用量，取358kg/m3；

Q――每千克水泥的水化热量，取375kJ/kg；

c――混凝土的比热，取0.96kJ/kg・℃；

p――混凝土重力密度，取2400kg/m3；

m――与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，取0.384d-1；

t――混凝土龄期，取30d。

混凝土最大水化热一般出现在浇筑后第3天，浇筑时混凝土入模温度为25℃。

式（2）中To――混凝土入模温度，取25℃；

ξ――不同浇筑厚度、龄期时的降温系数，取0.57。

Tmax=To+T（t）ξ=25+58.27×0.57=58.21（℃）

混凝土内部最高温度为58.21℃。

4.2 混凝土表面保温层的传热系数

筏板表面覆盖0.35mm厚的塑料薄膜，混凝土

表面保温层的传热系数按式（3）计算：

（3）

式中σi――保温层材料的厚度，取0.00035m；

λi――保温层材料的导热系数，取0.04W/（m・K）；

βq――空气层的传热系数，取22W/（m2・K）；

经计算，β=18.45W/（m2・K）。

4.3 混凝土浇筑体内的表层温度

混凝土浇筑体内的表层温度按下式计算：

（4）

式中Tq――施工期间大气平均环境温度，最高气温为27.3℃，最低气温为17.4℃，取22.35℃；

h′――混凝土的虚厚度，h′=kλ/β=0.08m，其中k为折减系数，取2/3，λ为混凝土导热系数，取2.33W/（m・K），β为混凝土表面保温层的传热系数，取18.45W/（m2・K）；

H――混凝土的计算厚度，H=h+2h′=2.1+2×0.08=2.26m，其中h为混凝土的实际厚度，取2.1m；

Tmax――混凝土最大绝热温升值，取58.21℃。

4.4 温差计算

混凝土浇筑体的里表温差按下式（5）计算：

ΔT1（t）=Tm（t）-Tb（t） （5）

式中ΔT1（t）――龄期为t时，混凝土浇筑体的里表温差（℃）；

Tm（t）――龄期为t时，混凝土浇筑体内的最高温度，取58.21℃；

Tb（t）――龄期为t时，混凝土浇筑体内的表层温度（℃）。

ΔT1（t）=Tm（t）-Tb（t）=58.21-27.25=30.96℃>25℃

4.5 须排出的水化热

由上述可知，混凝土内外温差达31.52℃，大于规范允许的25℃范围，温差须降低ΔT=30.96-25=5.96℃，为求安全余量，内外温差控制在24℃范围内，温差须降低6.96℃。

循环水管单层设置，按水平间距1m“蛇形”设置，每1000m2设置1个循环网，每个循环管网管线长1000m，循环网进出口水温差为30℃，循环网内须排出的最大水化热量按式（6）计算：

qmax=ΔT×c×p×V（6）

式中V――循环水管网范围内的混凝土量，取2100m3。

qmax=ΔT×c×p×V=6.96×0.96×2400×2100=33.68×106kJ

4.6 吸收水化热需用水量

吸收水化热需用水量可按式（7）计算：

（7）

式中c水―――水的比热，取4.2kJ/kg・℃；

Δt水―――循环水前后水温差，取30℃。

所需水的体积：V水=0.27×103m3

4.7 循环水的流速

预埋管采用φ48×3.0钢管，内径面积A=0.00139m2，循环水的流速V流=V水/（At）=0.27×103/（0.00139×24×60×60）=2.25m/s。

综上所述，循环冷却水管网循环水管可采用φ48×3.0钢管，单层设置，水平间距按1m“蛇形”设置，每1000m2设置1个循环网，循环网进出口水温差为30℃，水流速度不小于2.25m/s。

5 竖向钢管的抗渗措施

为了避免地下水沿钢管壁向上渗透，在搭设钢管支撑架前，所有立杆均采用掺有膨胀剂的水泥浆进行灌填（膨胀剂掺量与大体积混凝土掺量相同），并对钢管底座一端及钢管中部焊接一块直径为15cm的方形止水钢板，最后再在其端部垫放一块厚度为5cm的同标号混凝土垫块。

6 工程的实施及效果

工程钢筋支撑架体采用扣件式钢管满堂支撑架，φ48×3.0钢管，立杆纵横间距1.0m，水平横杆步距1.0m。同时，利用快速直节和焊接方式使中部钢筋的短向支撑钢管形成一个内部中空的“蛇形”循环管网，从而替代以往单独设置的降温管。循环管网设置如图1所示。

图1 循环水示意

工程以后浇带划分为3个施工区域流水施工，每个施工区域布置8个观测点，筏板表面采用覆盖塑料薄膜养护保温。在筏板混凝土浇筑前，对循环降温管网进行加压试水检测，确保管道完好，同时循环管网在混凝土覆盖后开始使用，直至保温及测温工作结束为止。

根据实际测温监测，混凝土升温阶段最高温出现在混凝土浇筑完毕后2天，各测点温差均小于25℃。降温阶段，温度梯度平缓，降温速率控制在2.0℃/d以内，混凝土表面的保温覆盖层去掉后，温差无明显变化。实际测温曲线如图2所示。

图2 实际测温曲线

工程采用扣件式钢管支撑架作钢筋支撑架及循环降温管网，与常规的施工方法相比，降低了46%的施工成本，缩短工期4天。

7 结语

通过探讨筏板基础大体积混凝土扣件式钢管架的施工温度控制工作可知，在混凝土施工过程中，用扣件式钢管架支撑钢筋的同时又兼作循环降温管网，不仅可以达到筏板基础钢筋的支撑要求，也能够有效控制混凝土内部的温度。同时该项技术降低了施工成本，缩短了施工周期，确保了建筑工程的施工质量。

参考文献：

[1] 韩飞飞.大体积筏板钢管扣件式钢筋支架施工方法探讨[J].西部大开发：中旬刊.2012年第05期

[2] 孟鑫波；林海辰.大体积基础筏板混凝土施工控制[J].科技信息.2012年第13期