大体积混凝土专项方案.docx
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大体积混凝土专项方案
一、编制依据：
1.《现行施工手册》（第四版）
2.《结构计算手册》
3.《混凝土结构设计规范》（GBJ50010-2002）
4.《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
5.《安全技术操作规程》
6.其他有关文件
二、工程简介：
工程名称：
吉瑞泰盛国际生活广场南部地块工程
建设地点：
合肥市机场路与祁门路交口东北角
建设单位：
合肥骅晋达置业有限公司
设计单位：
合肥工业大学建筑设计研究院
勘察单位：
江苏南京地质工程勘察院
施工单位：
安徽建工集团有限公司
监理单位：
合肥南巽建设项目管理咨询有限公司
工期要求：
计划工期790天（五层裙房绝对工期395天）
质量标准：
“黄山杯”标准
本工程建筑面积131911.1㎡，主体建筑属于一类高层建筑，其中地下建筑面积35280㎡。
本工程高层建筑为26层，建筑檐口高度99.6米，其中商业裙房为5层。
地下为二层，主要为地下车库，人防及部分商业。
本工程地基基础设计等级为甲级，桩基础设计等级为甲级，基础形式采用桩基础、筏板基础及独立柱基础的组合基础形式，其基本设防烈度为七度。
该工程项目的特点是工程量较大、基坑较深，东边紧邻望湖南苑小区。
项目部制定的安全生产与文明施工管理目标是：
严格执行现行安全标准规范，全面实施安全质量标准化管理，创建安徽省安全质量标准化工地，树立良好的企业形象和施工现场形象。
大体积混凝土基础位于主楼3#、4#楼核心筒位置，其建筑平面基本上为正方形，工程为26层，地下室二层的框架结构。
基础单个承台总面积约为200m2，共有两个单体承台，承台混凝土厚为2.1-3.9m，其3#楼砼量约为690m3（4#楼约630m3）。
砼设计强度等级为C35P8。
该混凝土属超厚大体积混凝土浇筑，为避免混凝土产生有害结构裂缝，一般措施为砼分层浇筑和优化配合比即采用矿渣水泥，但两种措施均存在问题。
第一种采取分层浇筑存在以下两点：
a.减小了砼整体的抗剪力和冲切力；b.减小砼的自防水能力，有可能造成因混凝土交接面分离而渗漏。
第二种方法因市场上生产矿渣水泥极少无法满足施工需求，因此在工期和质量上无法保证。
为此把混凝土工程施工列为本项目的工作重点并作为课题进行研究攻关，并下设攻关及实施领导小组（见附表一），为此本工程将采用内部预埋循环水降温自测系统。
不仅如此在原材料选用与配合比设计、混凝土供应与浇筑以及混凝土内部温度监测与表面养护等方面采取有效的控制措施并在混凝土掺入高强聚丙烯抗裂抗渗纤维（掺量1.0kg/m3），从而来保证了混凝土工程的施工质量和工程的预期效益。
三、混凝土裂缝成因
混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。
微观裂缝是指那些肉眼看不见的裂缝，主要有三种，一是骨料与水泥石粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝；二是混凝土中自然的裂缝，称为水泥石裂缝；三是骨料本身裂缝，称为骨料裂缝。
微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的。
反之，肉眼看得见的裂缝称为宏观裂缝，这类裂缝的范围一般不小于0.05mm。
宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。
因此在混凝土结构中裂缝是绝对存在的，只是应将其控制在符合规范要求范围内，以不致发展到有害裂缝。
混凝土结构的宏观裂缝产生的原因主要有三种，一是由外荷载引起的，这是发生最为普遍的一种情况，即按常规计算的主要应力引起的；二是结构次应力引起的裂缝，这是由于砼结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到约束应力时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
当混凝土结构物产生变形时，在结构的内部、结构与结构之间，都会受到相互影响、相互制约，这种现象称为约束。
当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。
外约束又可分为自由体、全约束和弹性约束。
建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形，主要是因内约束而产生的。
建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此变形的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。
这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。
表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。
贯通裂缝是由大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。
这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝。
四、施工实际情况介绍
基础承台混凝土强度高，厚度和体积大，施工时为秋季天气多变（秋雨季节），突出难度如下：
降低大体积混凝土内部最高温度和控制混凝土内外温度差在规定限值（25℃）以内，存在3个极不利因素：
①承台混凝土超厚，要一次性浇筑，混凝土内部温度不易散发；②混凝土强度等级高（强度为C35P8），需用普通硅酸盐水泥（PO42.5），水化热高；③大气温度变化大，环境温度温差大，混凝土内表温差大；④砼降温期间温差难以控制。
在这些因素综合作用下，混凝土内部则会形成较高的温度梯度，存在着产生结构裂缝的危险。
为防止混凝土结构产生裂缝（表面裂缝和贯穿裂缝），就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能这两方面综合考虑。
为此，针对此情况我项目部把本砼列为重点控制分项并作为课题进行研究攻关。
五、混凝土施工措施
（一）C35大体积混凝土配合比设计及试配（由商品砼公司实施）。
为降低C35大体积混凝土的最高温度，最主要的措施是降低混凝土的水化热。
因此，必须做好混凝土配合比设计及试配工作。
1原材料选用：
水泥：
C35大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，并尽可能减少水泥用量。
因合肥市地区矿渣水泥极难采购，为了保证工程结构施工的质量和工期，因此本工程选用了普通硅酸盐水泥即PO42.5水泥。
细骨料：
根据试验采用Ⅱ区中砂。
粗骨料：
在可泵送情况下，选用粒径5-32.5连续级配石子，以减少水泥用量和混凝土收缩变形。
含泥量：
在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。
因此骨料必须现场取样实测，石子的含泥量控制在1％以内，砂的含泥量控制在2％以内。
掺合料：
应用添加粉煤灰技术，因此进行试验选定二级粉煤灰。
在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，从而减小了3天的水化热。
外加剂：
采用外加膨胀剂（AEA）技术。
在混凝土中添加占胶凝采用的10％AEA。
经验证明在混凝土添加了AEA之后，混凝土内部产生的膨胀应力可以抵消一部分混凝土的收缩应力，从而提高了提高混凝土抗裂强度和抗渗性能。
抗裂纤维：
为了增强混凝土的抗渗抗裂的性能，在混凝土掺入分散性较好的高强聚丙烯抗裂抗渗纤维，其掺入量为1.0kg/m3,由此抵消了部分混凝土的收缩应力造成的裂缝。
2施工配合比确定：
根据类似工程的经验每立方米混凝土配合比为PO42.5号水泥375kg，砂（中砂）725kg、连续级配碎石（粒径5—31.5mm）1095kg，掺合料25kg，外加剂6.8kg，外加剂（AEA）40kg，1.0kg,水183kg，坍落度130士20mm，其最后配合根据试验室进行试验后确定。
（二）混凝土温度验算及措施：
假若承台周边没有任何散热和热损失条件（现场为砖地模且在砼施工时周边分层回填夯实），水化热全部转化成温升后的温度值，在混凝土表覆盖1层麻袋和塑料膜作为保温层，则混凝土水化热绝热温升值为（混凝土在3～3.5d的水化热为峰值，则取3d砼温度）：
计算参数：
混凝土为C35P8、普硅水泥为P.O42.5
mc=375kg/m3（每立方砼水泥用量375kg按考虑）、水泥水化热Q=377KJ/kg、混凝土的比热容c=0.96KJ/kg.K、混凝土的质量密度ρ=2400kg/m3、由于混凝土虽采取饮用水拌制，虽运输路线近5Km，但混凝土浇筑温度仍按大体温度最高T0=25℃考虑。
混凝土温度计算：
1.3d最大水化热绝热温升值
Tmax=mc.Q/（c.ρ）=375*377/（0.96*2400）=61.36℃
2.3d混凝土内部实际最高温度
Tmax=TO+T（t）ξ
查表，得ξ=0.57
3d水化热温升：
T（3）ξ=64.73*0.57=36.9℃
混凝土内部最高温度为：
T3=TO+T（3）ξ=25+36.9=61.9℃
3.混凝土表面温度
Tb（t）=Ta+（4/H2）h’（H-h’）△T（t）
混凝土表面采用麻袋保温养护，则
传热系数β=1/[δ/λ+1/βa]=1/[0.005/0.14+1/23]=12.7W/（m2.k）
混凝土导热系数λ取2.33W/m.k
K取0.666
混凝土的虚厚度h’=Kλ/β=0.666*2.33/12.7=0.12m
混凝土计算高度H=h+2h’=2.1+2*0.12=2.34m
大气温度Ta按22℃考虑
△T（t）=T3-Ta=61.9-22=39.9℃
混凝土表面温度为：
Tb（3）=22+（4/2.342）*0.12*（2.34-0.12）*39.9=29.76℃
4.温度差计算
混凝土内部温度与表面温度之差：
Tmax-Tb=61.9-29.76=32.14>25℃
混凝土表面温度与大气温度之差：
Tb-TO=29.76-22=7.76<25℃
虽表面温差能满足要求，但混凝土温度梯度不能满足防裂要求，因此内部混凝土温度需要采取有效降温措施。
5.降温措施
根据最大混凝土内部温度计算，在砼内部预埋降温钢管（间距为Φ48@1500*1500，分为四层），布置图详附图。
钢管内灌水并根据监测的温度，降温管采用循环换水和保温处理。
对其砼降温后进行计算砼温度,验算参数：
混凝土最大间距厚度根据钢管间距其厚度取1100、钢管厚度为0.002、水厚取0.044
a.混凝土最大水化热温度为：
Tmax=TO+T（t）ξ
查表，得ξ=0.36
3d水化热温升：
T（3）ξ=64.73*0.36=23.30℃
混凝土内部最高温度为：
T3=TO+T（3）ξ=25+23.30=48.30℃
b.温度差计算：
降温后混凝土内部温度与表面温度之差：
Tmax-Tb=48.30-29.76=18.54<25℃
混凝土结构满足抗裂要求
c.因降温管内采用整体循环水系统，因此管内温度可不用验算，但根据出水口的温度和监测的温度及时调整出水流量的大小来控制其砼内部温度（循环水降温测温系统详见附图）。
6.温度预测：
根据现场混凝土配合比和施工中的气候情况及养护方案，在每栋砼预埋4组测温探头（预埋深度分别为3.5m、2.8m、1.9m和1.1m），利用测温主机通过测温线对砼内部进行监测测温，超过规定值则立即采取保温措施，其测点详见测温控制点布置图。
为了掌握混凝土内部的实际最高温升值及混凝土中心至表面的温度梯度，以便对表面的保温措施（加减麻袋和塑料薄膜）加以调整，保证混凝土内部梯度及混凝土表面温差小于25℃，因此应加强混凝土内部温度监测工作。
混凝土从浇灌到硬化有一个升温和降温的过程，特别降温至大气温度的过程比较缓慢，为此，测温从混凝土浇筑后12h开始，升温阶段每2h测一次，降温阶段每2h测一次，根据温度变化情况3～5天后，每8h测一次，7～10天后，每天测一次，当内部温度基本稳定且与最低大气温度差小于25℃时，整个监测阶段告一段落。
所有监测工作都有专人控制，现场温度监测数据采集并用电脑进行整理分析，并打印输出每次每个测点的温升值和各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整和控温措施的依据，以防止混凝土出现温度裂缝。
该工程施工由于承台砼较厚，混凝土浇筑后预计内部温度较高，且持续时间较长。
因此应注意加强温度的跟踪监测，及时调整养护方案和加强降温措施。
7.应急措施：
当通过测温砼内部的温度与表面温度的内外温度差超过23℃，发出警报，加强钢管内水的循环换出并在砼面加设塑料膜保温层一层和麻袋等，以至保证混凝土内外温度差保证在25℃以内。
8.大体积砼施工措施构造：
a.降温管为四层Φ48焊接管@1500*1500（由下向上分别在500mm、700mm、900mm、800mm各设置一道）；b.保温层第一层采用塑料膜，第二层采用麻袋覆盖；c.其余构造详见附图。
六、混凝土浇筑方法
1.混凝土浇筑情况：
由于承台混凝土厚达到2.1m（最厚处达到3.9m），内部水化热温升偏高，内表温差和降温速率不易控制，因此承台砼采用两台泵车分别由南北两侧自东向西同时斜面分层浇筑，浇筑层厚度不得大于500。
在砼在初凝前必须浇筑上一层砼，层与层之间不得留冷施工缝。
2.混凝土浇筑实施：
为了使混凝土浇筑不出现冷缝，要求前后浇筑混凝土搭接时间控制在4小时内（初凝时间>8小时），因此，混凝土浇筑经详细计算安排浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度及前后浇筑的搭接时间，实施了以下浇筑方案：
2.1.第一阶段：
现场用两台混凝土输送泵，14辆罐车进行运输。
2.2.第二阶段：
两台泵车南北对浇，自东向西采用斜面分层（分四层）浇筑，用“一个坡度（斜坡）、薄层浇筑”的方法。
2.3.第三阶段：
混凝土振捣棒准备十台（另备用2台）和两台平板振动器。
混凝土振捣时振动棒的操作要做到快插慢拔，在振捣过程中，应将振动棒上下略作抽动，以便上下振动均匀，每点振动应为20~30s。
以砼表面呈水平，不显著下沉，不再出现气泡，表面泛浆为宜。
分层振捣时，振动棒应插入下层5cm，以消除两层间的接缝。
浇筑时，每隔半小时，即采取在混凝土初凝时间内，对已浇筑的混凝土进行一次重复振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋之间的握裹力，增强密实度，提高抗裂性。
大体积混凝土表面水泥浆较厚，浇筑后3~4h内初步用水平刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂，并按规定覆盖养护。
3.降温管处理方法：
对内部循环水降温管采用高一等级膨胀细石混凝土（可采用自流平混凝土）进行高压注浆，在外露降温管处将降温管周遍砼保护层凿除，再将该外露管割除，用高等一级的膨胀细石砼修补完整。
七、混凝土养护措施
1.混凝土浇捣后4~5h内（根据实践表明，在混凝土初凝前及时覆盖，效果更好），表面抹面后，表面及时铺覆盖1层塑料膜和麻袋并备好一层塑料膜和一层麻袋。
在养护期间，随时检查混凝土表面的干湿情况及温差（内表温差达23℃时就发警报），及时浇水保持混凝土温润。
其间大承台温差大于25℃时，采取加速钢管内循环换水并在表面在覆盖一层塑料膜和一层麻袋或温水养护，将温差控制在25℃内。
2.现场混凝土浇筑温度考虑为25℃，混凝土浇捣及养护期间环境温度日平均考虑为22℃（夜间温度过底砼表面温度下降时采取热水养护法确保温差符合要求）。
3.随着混凝土厚度、体积的增大，其内部热峰值出现龄期也相应延长。
承台（混凝土厚度为2.1-3.9m）中心热峰出现龄期为3～3.5天，因此此间混凝土的养护和监测工作尤为重要。
不仅如此在降温期间，因温差而产生的有害裂缝更为危险，因此要认真监测砼内部温度及时调整养护措施。
4.健全施工组织管理：
在制订技术措施和质量控制措施的同时，还落实了组织指挥系统，逐级进行了技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。
八、施工中应注意的问题
1.混凝土浇筑不应留冷缝，保证浇筑的交接时间，应控制在初凝前。
2.保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振。
3.及时发出温控警报，做好覆盖保温及保湿工作，但覆盖层也不应过热，必要时应揭开保温层，以利于散热。
4.夜间温度较低，因此应加强夜间混凝土温度的监测工作和养护工作，确保混凝土内部梯度。
5.保证混凝土供应，连续浇捣，确保不留冷缝。
6.做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行。
九、技术要求
1.内部预埋降温管整体循环水降温自测系统应在降温管预埋和丝接时由专人负责，丝接应牢固密实以保证钢管内不会因漏浆而堵塞。
钢管丝接完毕时对钢管内进行灌水试验以保证钢管接头的严密。
为了保证混凝土在浇筑时的侧压力而对钢管造成破坏，因此在钢管水平方向应采用二级直径12的钢筋加固（每2m加固一道）。
2.混凝土降温过程成中对承台内部温度的监测采用预埋不同深度测温探头和测温主机，对其砼内部温度按要求进行监测测温，再利用计算机分析技术对其采集的数据进行分析，以确保砼内部温度梯度与砼表面温度的差值在25℃以内，从而对其砼采取相应的保温降温应急措施。
十.经济分析
1.在施工过程中降温系统需钢管1297.2m；供水所需的管材及配件费用费4000元；
降温用水：
Q=0.0152*3.14*2.0*1000/4=0.35L/s即0.35*3600/1000=1.26m3/h
每根降温管流水量q=1.26*24*7=211.68m3/根
即降温总用水量q总=211.68*20*（1+10%）=4233.6m3
2.结构中间的内部温度采用预埋温度探头和温度主机测温（两个一组，分别放置不同的深度，详见布置图），对其砼内部的温度进行测量和监测。
3.大体积混凝土测温保温降温系统费用详见下表。
序号
费用名称
单位
数量
单价
金额（元）
备注
1
降温管安装
m
1337.2
9.5元/m
12703
2
降温管
m
1337.2
24.2元/m
32360
3
供水管材、配件
项
1
4000元/项
4000
4
降温用水
T
4233.6
7.5元/T
31752
5
测温主机
套
2
2400元/套
4800
6
测温探头
套
16
30元/套
480
7
测温线
m
56
13元/m
728
8
测温及报警
工日
42
200元/工日
8400
1*3*7*2
9
降温管处理费
项
1
15000元/项
15000
高压注浆
10
砼表面保温费
项
1
16000元/项
16000
含人工费
11
降温管加固费
T
0.748
4800元/T
3590
Φ12
12
降温水外排
台班
42
120元/台班
5040
污水泵
13
排水人工费
工日
42
80元/工日
3360
14
其他
项
1
5000元/项
5000
零星材料及用工
15
小计
16
综合费
30.95%
44324
17
税金
3.475%
6517
18
合计
194054
注：
本分析表仅为降温及测温费用分析。
循环水降温测温系统费用分析表
大体积混凝土攻关、实施及应急领导小组：
组长：
梁华新
副组长：
吴业宽、张大鹏
成员：
吴大军、杨震、陈先海、姚圣旭、徐国清、周健、姚怀标、刘兼备、张兢兢、董龙梅
附图一：
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