浅谈高层建筑基础大体积混凝土施工质量事故分析

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摘 要：本文主要针对高层建筑基础大体积积混凝土施工过程中易发生的质量事故进行分析研究，并通过工程实例，详细分析了质量事故产生的原因及事故的类型，以此作为高层建筑基础大体积混凝土施工的参考。

关键词：高层建筑基础；大体积混凝土；质量事故

中图分类号：TU75 文献标识码：A

一、前言

近年来通过大量的工程实践，我国的高层建筑施工技术得到快速的发展。在基础工程方面，高层建筑多采用桩基础、筏式基础、箱形基础或桩基与箱形基础的复合基础，涉及深基坑支护、桩基施工、大体积混凝土浇筑、深层降水等施工技术。本文重点分析在基础工程大体积混凝土施工中常见的质量事故。

二、大体积混凝土常见质量事故。我国最新的《普通混凝土配合比设计规程》中规定：“混凝土结构实体最小尺寸≥1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土”，定义为大体积混凝土。大体积混凝土具有结构厚、钢筋密、混凝土数量大、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。大体积混凝土结构的截面尺寸较大，由外荷载引起裂缝的可能性很小，但水泥在水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，是大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。

在大体积混凝土施工中，施工不当引起的温度裂缝主要有表面裂缝和贯穿裂缝两种。大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。产生裂缝的主要原因：

（1）没有选用矿渣硅酸盐水泥和低热水泥，水泥用量过大，没有充分利用掺入粉煤灰等掺和料来减少水泥的用量。

（2）没有注意好原材料的选择。如骨料级配差、含泥量大、水灰比偏大等。

（3）混凝土振捣不密实，影响了混凝土的抗裂性能。

（4）没有严格加强混凝土的养护，加强温度监测。

（5）发现混凝土温度变化异常，没有及时采取有效的技术措施。

（6）没有有效减少边界约束作用。

（7）没有选择合理的混凝土浇筑方案。

（8）原大体积基础拆模后，没有及时回填土，以保温保湿，使混凝土长期暴露。

（9）混凝土掺用UEA等外加剂时，品种、用量的使用不合理，没有达到预期效果。

三、工程实例。1、[背景资料]广东省湛江市某工程有两块厚2.5m，平面尺寸分别为27.2m×34.5m和29.2m34.5m的板；两块厚2m，平面尺寸分别为30m×10m和20m×10m的板。

设计中规定把上述大块板分成小块，间歇施工。其中2.5m厚板每大块分成6小块，2m厚板分成10m×10m小块。

混凝土所用材料为：P42.5抗硫酸盐水泥，中砂，花岗岩碎石，其最大粒径100mm,人工级配5～20mm、20～50mm、50～100mm共三级。

混凝土强度等级:厚2.5m板为C20,抗渗等级为S6，抗冻为D150,其配合比为：水泥：砂：石=1：2.48:5.04。水灰比为0.51，单方水泥用量为262kg/m3，三级级配石子的比例是大：中：小=0.56:0.21:0.23；厚2m板为C20混凝土，B=6，M=300，配合比为：水泥：砂：石=1:2.02:4.71，水灰比为0.46，水泥用量为294kg/m3，石子级配大：中：小=0.55:0.23:0.22。

混凝土中掺入0.006%～0.01%的松香热聚物加气剂，含气量控制在3%～5%（用含气量测定仪控制）。

配筋情况：在距离板的上、下表面50mm处配置，双向螺纹钢筋Φ28～36@300。

地基情况：钢筋混凝土板直接浇筑在微风化的软质岩石地基上，浇筑混凝土前用钢丝刷及高压水冲刷干净。

大块板分成小块时，临时施工缝采用键槽形施工缝（图1）。缝面用人工凿毛，并设插筋Φ16@500。块体内配置的螺纹钢筋网在接缝处拉通。

为了进行温度观测，在混凝土板中埋设了28个电阻温度计和87个测温管，进行了4个多月的温度观测。裂缝观测时用5倍的放大镜建筑裂缝，用20倍带刻度的放大镜测读裂缝宽度。裂缝情况：

表面裂缝。在大部分板的表面都发现程度不同的裂缝，裂缝宽度为0.1～0.25mm，长度短的仅几厘米，长的达160cm。裂缝出现时间是拆模后的第1～2d。

临时施工缝（即小块板接缝处）裂开。在一小块板浇筑后的第6～17d，再浇筑相邻的另一块板。当后浇的一块板达23～42d期间，两块板之间的临时施工缝全部裂开，裂缝宽度为0.1mm～0.35mm。

裂缝的开展。裂缝是逐渐开展的。如一块板的第一条裂缝出现拆模后的第一天，裂缝长15cm，最大宽度0.15mm。隔一天裂缝发展为长40cm，宽0.2mm。临时施工缝也是由局部的、分段的表面裂缝逐步发展成为通长的表面裂缝，随着时间的推移，裂缝向深处发展，以致全部裂开。

2、原因分析。（1）温差引起裂缝

由于该工程属于大体积混凝土，因此水泥水化热大量积聚，又散发很慢，造成混凝土内部温度高，表面温度低，形成内外温差；在拆模前后或受寒潮袭击，使表面温度降低很快，造成了温度陡降（骤冷）；混凝土内达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差。这三种温差都可能导致混凝土裂缝。

1）内外温差、温度陡降引起的表面裂缝图2所示为2.5m厚板混凝土浇筑后6d的板内温度分布曲线。这条温度曲线是用埋入混凝土内的电阻温度计（共5只）测得的。测温时的气温为6℃。从图中可见，内部温度与表面温度差值为23℃左右，内部温度与气温差达26℃左右。混凝土内部温度高，体积膨胀大，表面温度低，体积膨胀较小，它约束了内部膨胀，在表面产生了拉应力，内部产生压应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就产生了裂缝。

在有裂缝的板中，多数受到8℃～10℃的温度骤降作用。因此，表面温度陡降是引起表面裂缝的重要原因。温度骤降通常出现在拆模前后或寒潮袭击时，由这种温差所造成的温度应力形成较快，徐变影响较小，产生表面裂缝的危险性更大。

2）内部温差引起的裂缝：本例中的板浇灌在岩石地基上，水泥水化热使内部温度升高，在基岩的约束下产生压应力，然后经过恒温阶段后，开始降温如图3所示，混凝土收缩（除了降温收缩外，还有干缩）在基岩的约束下产生拉应力。由于升温较快，此时混凝土的弹性模量较低，徐变影响又较大，因此压应力较小。但经过恒温阶段到降温时，混凝土的弹性模量较高，降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力外，在板内形成了较高的拉应力，导致混凝土裂缝。这种拉应力靠近基岩面最大，裂缝靠近基岩处较宽，如图4所示。当板厚较小，基岩约束较大时，拉应力分布较均匀，产生贯穿全断面的裂缝。

从图4中可见板内部温差值为37℃。从施工记录中可见，施工缝会全部裂开时的内部温差仅12℃～19℃（两块大的板温差12℃左右，一块小的板温差19℃），实际温差都大大超出裂开时的温差。值得指出的是，尺寸小的板，约束相对减小，其裂缝的温差相应就增大。

（2）干缩裂缝

混凝土表面干缩快，内部干缩慢，表面的干缩受到内部混凝土的约束，在表面产生了拉应力，是造成表面裂缝的重要原因之一。

内外温差、温度陡降与干缩引起的拉应力可能同时产生，几种应力叠加后，造成裂缝的危险性更大。当表面裂缝与内部裂缝的位置接近时，可能导致贯穿裂缝，将影响结构安全。

结束语

高层建筑基础大体积混凝土施工，一定要从材料品质的选用（含外加剂的选用）、施工工艺和方法等严格把关，才能减少或避免质量事故的产生。

参考文献

[1]（GB50202-2002）2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[2]西安建筑科技大学.高层建筑地基与基础[M].北京：中国建筑工业出版社出版，2000.