大体积混凝土基础中高精度预埋件的施工控制方法
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摘要：某抗震实验室振动台基础为大体积混凝土，其预埋件的定位精度要求很高。为了满足后续工作要求，有针对性的采取了混凝土收缩变形控制措施，对原设计的预埋件钢支架做了优化，提出了可对预埋件进行三维微调的新施工方案。结果表明，新方案的实际施工控制效果很好，预埋件的安装精度达到了预定精度要求。
Abstract: The base of shaking table in an earthquake-resistant laboratory is mass concrete with high precision embedded components.In order to make the installation of embedded parts in mass concrete meet the requirements of following processing work,measures to control deformation shrinkage of concrete were adopted.The supported steel brackets of embedded parts were optimized and a scheme for 3D fine-adjustment on embedded parts was proposed.The results show that the new scheme of supported steel brackets for embedded parts is effective for construction control and the installation precision of embedded parts can satisfied the designed requirements.
关键词：大体积混凝土；钢支架；预埋件；安装精度
Key words: mass concrete；steel bracket；embedded parts；installation precision
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）23-0083-02
0引言
某抗震实验室的地震模拟振动台基础为大体积混凝土基础。大体积混凝土施工时由于存在温度应力和较明显的收缩[1]，容易在施工阶段出现裂缝；而振动台基础属于动力基础，需要承受振动荷载，所以不允许其混凝土出现任何受拉裂缝。因此采取有效措施控制混凝土的温度应力和收缩应力从而防止混凝土开裂，成为该振动台基础施工的一个难点。同时该振动台基础中需要预埋安装精度要求很高的作动器基础钢板，而为了固定预埋件，需要在混凝土基础中设置支撑所用的钢支架，钢支架在混凝土浇捣过程中容易产生变形，从而使预埋件及其支撑钢支架的施工控制成为该振动台基础施工的又一个难点。在施工中提出了大体积混凝土收缩变形控制措施，并对预埋件钢支架方案进行了优化，使其可对预埋件实施三维动态微调。所采取的相关施工措施和优化方案经工程实践证明是有效的。
1大体积混凝土施工控制措施
1.1 工程背景前述振动台基础及其预埋件情况如图1、图2所示。基础的底面积为12.5m×12.5m，基础总高度为6.5m，混凝土总用量约为1000m3。根据原设计方案，固定振动台基础预埋件的钢结构支架如图3所示，钢支架主要由6个钢桁架组成，各个桁架之间用水平系杆连接形成一个整体结构。原设计方案的总用钢量在20吨左右。
根据振动台设备供应商的要求，振动台的垂直作动器和水平作动器在基础中的预埋件安装精度需要达到以下要求：①标高精度要求：各预埋件中心位置垂直向的精度达到±0.5mm；②平面位置精度要求：在平面内两个方向的精度各达到±0.5mm；③倾斜度要求：各预埋件面板倾斜率1.5‰ 。可以看出，预埋件的施工精度要求很高，需要采取有效措施方能满足要求。
1.2 施工控制措施
1.2.1 优化基础配筋和砼强度减少砼收缩钢筋混凝土中的钢筋是一种内约束[2]，它可以有效约束混凝土的收缩变形。工程经验表明，混凝土的收缩变形会随着钢筋密度的增加而减少。因此，加密钢筋可有效控制混凝土的收缩变形并且可降低混凝土开裂的可能性。在本工程中，在原有钢筋总用量基本不变的情况下，通过将钢筋的截面面积和间距同时减小的办法来加密钢筋。具体做法是，将基础顶部的双向配筋从Φ22mm@200mm调整为Φ14mm@150mm，基础底部和中部的双向配筋从Φ20mm@500mm调整为Φ14mm@300mm，钢筋层之间的距离则由1500mm改为800mm；同时在作动器预埋件周边采用Φ14mm@150mm的三向加强筋。优化后的配筋方案提高了钢筋的使用效率，使钢筋间距变小和钢筋层之间的间距都减小，这样的空间钢筋网格可对混凝土形成更有效的约束，从而减小混凝土的收缩变形。
另一个减少混凝土收缩的措施是优化基础混凝土的强度设计。在保证基础强度和刚度满足要求的前提下，在征得设备供应商和设计单位同意后，将原设计的振动台基础混凝土强度由C40降为C30，在一定程度上减少了水泥用量，降低水灰比，从而也可以减少大体积混凝土的温度应力和收缩应力。
1.2.2 优化钢支架及分批浇筑混凝土预埋件钢支架是为安装作动器预埋件提供支撑的辅助结构，它只是为预埋件提供一个安装平台。在基础混凝土浇筑完毕以后，作动器传来的力全部由基础混凝土承担，故对钢支架没有受力方面的要求。在原设计方案中（图3），钢支架固定于基础底面，垂直作动器预埋件钢支架的高度为2870mm，水平作动器预埋件钢支架的高度则高达6050mm。一方面，钢支架高度太高导致其抗侧刚度不足[3]，在混凝土浇捣过程中很容易受到扰动而产生水平方向的位移；另一方面，钢支架高度太高，混凝土在硬化过程中的收缩变形也会带动钢支架发生变形。所以按原设计方案施工很难将预埋件的安装精度控制在设计要求范围之内。为此，本工程提出钢支架的优化设计方案，如图4所示，将钢支架的尺寸和高度都明显减小，使其固定在混凝土中部。预埋件的整体高度减少为500mm左右。经过优化后，钢支架的用钢量不足1吨，不仅大量节约了钢材，而且有效的减少了混凝土浇捣对钢支架可能造成的扰动，显著降低了混凝土收缩对钢支架变形的影响。此外对混凝土浇筑方案也做了相应优化，将原方案的2次浇筑改为5次浇筑。
具体施工步骤如下：①第一次混凝土浇灌至标高-4.200m；② 安装垂直作动器支架的固定钢板，进行第二次混凝土浇灌至标高 -3.902m；③安装完成垂直作动器支架和预埋件后，进行第三次混凝土浇灌至标高-3.174m；④安装水平作动器支架的固定钢板，进行第四次混凝土浇灌至标高-0.930m；⑤安装完成水平作动器支架和预埋件后，进行第五次混凝土浇灌至标高±0.000m。
通过将混凝土分多次浇筑，一方面可以使混凝土的收缩分批完成，显著降低混凝土的水化热，减少混凝土开裂的可能性；另一方面，使钢支架以下的混凝土先完成大部分收缩，先浇混凝土通过混凝土交界面可限制后浇混凝土的收缩，进一步减小了混凝土的总收缩量。
1.2.3 设置调节装置控制预埋件精度由于振动台设备安装对预埋件精度要求很高，通过以上措施只能保证作动器预埋件中心的水平向距离偏差控制在±5mm内、标高偏差控制在±3mm内。为将预埋件安装精度控制在设计要求的范围之内，本工程设计了如图5所示的调节装置，通过设置三个方向的调节螺栓可对预埋件进行三维微调。其具体施工及调节步骤如下：①就位作动器钢支架部件，利用支架中的螺栓调平各支架，通过精确的测量控制，使钢支架上平面中心与各轴线水平向距离偏差控制在±3mm内，标高为负公差，偏差控制在-1.0～-3.0mm内，支架上端四角相对标高差±1.0mm；② 电焊固定螺栓在钢板上并采取加强措施固定钢支架，防止在振捣混凝土时钢支架变形；③按图5组装预埋件调节件，吊装预埋件到位，对相关的零件焊接、配备到位；④用各方向调节螺栓对预埋件进行三维调节，使预埋件中心位置垂直向精度达到±0.5mm、平面内两个方向的精度各达到0.5mm、中心位置面板倾斜度1.5‰；⑤调整预埋件使其安装精度满足要求后，对预埋件与支架件间隙用铁填片塞焊，使预埋件固定于支架上。
经过上述施工方案的优化，本工程成功地减少了振动台基础大体积混凝土的收缩变形，避免了大体积混凝土的收缩开裂，并将振动台的作动器预埋件安置精度控制在指标范围之内，满足了设计要求。
2结语
通过一系列的施工优化措施和控制措施，本工程成功进行了振动台大体积混凝土基础的施工并达到了预期的效果。实践结果表明，所提出的优化施工方案的实际施工控制效果很好，预埋件的安装精度达到了预定精度要求。从中可得出以下结论：
①在配筋率基本不变的条件下，通过同时减小钢筋面积和钢筋间距的方法，可以有效控制大体积混凝土的收缩变形，降低混凝土开裂的可能性。
②通过多次分层浇筑混凝土，可进一步有效减少大体积混凝土的收缩变形总量。
③所提出的钢支架优化方案既降低了用钢量，又可很好地控制钢支架的变形，提高了预埋件的安装控制精度；而所提出的预埋件三维微调装置，进一步实现了对高精度预埋件安装的有效控制。
参考文献：
[1]梁寿兴.大体积混凝土结构收缩变形裂缝机理及计算[J].工业技术， 2008（12）:8.
[2]王纪跃，钱晓倩.钢筋对混凝土收缩应力的影响[J].混凝土，2004（12）:3-4，18，31.
[3]GB 50017-2003钢结构设计规范.