分析地下室混凝土施工中产生的温度应力及裂缝处理措施

分析地下室混凝土施工中产生的温度应力及裂缝处理措施张生洪摘要：本文就地下室大体积混凝土产生的温度应力以及由此产生裂缝的原因进行了分析，并从施工方面提出裂缝的控制措施。关键词：混凝土、温度应力、裂缝分析、裂缝控制一、前言混凝土裂缝，一直是困扰我们建筑界的一大难题。混凝土裂缝的出现，有很多方面的原因，但从实践中来看，施工不当（包括材料的选用、施工工艺的选择、成品的保护等）是造成混凝土出现裂缝的主要原因。混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。二、工程概况本工程为地上28层，地下2层的大型商业办公综合楼，地下室基础底板均为大体积混凝土浇筑，混凝土强度按设计采用C35P8抗渗混凝土，坍落度为90～150mm，由后浇带分隔成15块底板分别浇筑。最多一次连续浇筑2500m3，混凝土底板最深厚度达1.6m。三、混凝土内应力的分析1、温度应力的形成过程根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。（3）晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。2、温度应力产生的原因温度应力引起的原因可分为两类：（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，基础底板的结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。（2）、约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如基础底板混凝土和楼板混凝土。这两种内应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用，在混凝土表面产生不利的裂缝。三、大体积基础混凝土底板、地下室外墙及楼板1、国内外大量实践证明，各种大体积混凝土裂缝主要是温度变化引起。大体积混凝土浇筑后在升温阶段由于体积大，集聚在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，这样在混凝土内部产生压应力，在外表面产生拉应力，由于此时混凝土的强度低，有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇混凝土收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快，混凝土弹性模量低，徐变的影响大，所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时，将在混凝土内部产生裂缝，最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题，必须进行合理的温度控制。可采用合理选用材料，降低水泥水化热，优化混凝土集料的配合比，控制水灰比，减少混凝土的干缩。大体积混凝土浇筑本工程基础底板混凝土掺加粉煤灰和缓凝高效减水剂来减少混凝土产生的水化热，降低温度应力的产生，有效地控制混凝土表面裂缝的生成。2、地下室混凝土墙及楼板地下室混凝土墙的裂缝产生与基础底板大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处，即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变，在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点：一是墙受到基础、外围楼板受到地下室外墙的极大约束，这种约束远大于桩基对基础的约束，产生贯穿裂缝的机率大。二是墙及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小，产生表面裂缝的机率小。四是养护困难，散热快、降温速率大，混凝土的松驰徐变优势难以利用，在气温骤变季节尤应注意。四、温度的控制和防止裂缝的措施为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。1、控制温度的措施如下：（1）、采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；（2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；（3）热天浇筑大体积混凝土时减少分层浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；（6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；2、改善约束条件的措施是：（1）、合理地分缝分块；（2）、避免基础过大起伏；（3）、合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。3、施工措施（1）、严格控制混凝土原材料的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少(1%～1.5%以下)。（2）、细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减水剂。（3）、浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求商品砼搅拌站在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。（4）、加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。（5）、混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。（6）、采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。（7）、根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。（8）、对于高强混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰，掺量15%～50%。五、结束语虽然现在混凝土裂缝控制措施越来越多，效果也越来越好，但与其事后补过还不如事前做好预防工作。通过现场实践，总结出几点预防混凝土裂缝的体会：（1）设计单位应该提出混凝土施工温度控制的具体要求和混凝土施工养护的基本要求，确定外加剂的品种和掺量，确保混凝土收缩与膨胀相抵消；（2）混凝土配合比控制要严格，计量要准确，坍落度抽检工作要加强，不能流于形式；（3）混凝土振捣要密实，拆模后须挂草帘或麻布浇水养护保持湿润状态两天；（4）施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况，不能漏振、过振，且在第一次振捣后要进行第二次振捣；（5）配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥，如矿渣水泥，此外可掺加膨胀剂，同时要采用塑料薄膜和草袋覆盖以确保混凝土内外温差小于25℃；（6）对于商品混凝土，则要在满足其可泵性、和易性的其那体下尽量减小出机时的塌落度、降低砂率、并严格控制骨料的含泥量等。总之，只要工程参建各方认真负责，严格按规定要求施工，正确选用施工材料，合理选择施工工艺，适时做好成品保护，就能最大限度地降低混凝土裂缝的产生。论述国际商贸中心基坑支护施工技术张生洪（龙岩市兰天建筑工程有限公司）摘要：本文结合了实例，全面介绍了基坑支护在施工中的应用，以及在深基坑进行地下室工程施工过程中所要注意的方法。关键词：基坑支护、施工、地下室。一、前言近年来，我国的经济在不断的发展与壮大，高楼大厦林立而起，于是，对基坑的支护在工程施工中的作用更是越来越重要，由于基坑工程风险性较大，基坑失效、失稳的事故时有发生，究其原因除设计不完善外，主要是基坑支护结构施工质量达不到设计的要求、土方开挖不合理以及降排水处理不当等造成的。本工程基坑严格按设计和规范规定要求进行施工，在土方开挖及降排水施工的处理上，取得不少好的经验，基坑支护取得圆满成功。二、工程概况国际商贸中心项目为1幢地上28层、地下2层的建筑物，建筑出让用地面积：31111.3平方米，规划用地面积：31254平方米，总建筑面积：196916.72平方米（六层商业裙房和两层地下室建筑面积为123252.43平方米，两幢高层办公主楼建筑面积为73664.29平方米）。本基坑工程侧壁的安全等级为一级，侧壁重要系数取1.1。三、基坑支护本工程设计标高±0.00m相当于绝对标高330.950m，地下室底板顶标高为-9.95m，基坑长约为177m，宽约124m,原有地面标高约为329.85～330.25m，基坑开挖深度10.4～10.6m。本工程的基坑大部分采用土钉墙喷锚支护，其中1-3/G1-D1轴区段的存在淤泥质粘土，且基坑边为车辆进出通道，土方运输车进出频繁，载重大，容易对土层施加较大的持续荷载，极易导致边坡土层失稳，故采用钢筋混凝土排桩结合冠梁支护，桩间土挂钢筋网喷射混凝土护面。基坑四周采用明沟与集水井排水方式，在开挖基坑的一侧，设置排水明沟，每隔10～15m设一集水井，使地下水流汇集于集水井内，再用水泵将地下水排出基坑外。根据地层条件和周边情况，共分为6个区段。基坑支护区段划分的平面示意如下图所示：基坑支护区段划分的平面示意图四、前期施工准备工作1、技术准备（1）、施工前组织各专业人员学习图纸，了解设计意图、对图纸进行会审及交底。（2）、对选定的技术工人进行技术交底和培训，要求所有人员对各自的责任有清晰的了解，对各自责任范围内的设计要求、规范要求有清楚的认识，明确施工组织设计对工程施工的布署和对工期、质量、安全、成本控制及现场管理等方面的要求。（3）、加强质量管理，全面贯彻GB/T19001－2000的质量管理标准，正确处理好“安全、质量、工期、成本”四者的关系。（4）、做好与设计单位、建设单位的协调工作。（5）、备好规范和验收标准，严格按照现行国家规定的工程质量标准检查、验收。2、现场准备认真做好施工平面的总体布置，其中包括施工临时用水及用电、施工道路及场地排水、施工上生产及生活设施等。本工程基坑面积广，开挖深度大，进行土方开挖时，严格按设计放坡，做到分层分段均衡开挖，开挖一层支护一层，上层未支护完，不得开挖下一层。同时不允许大雨天开挖施工，每层开挖深度不超过2m，每段开挖长度小于15m，且间隔开挖。基坑主要施工程序及各项目施工方法：测量放线→开挖至工作面→修整边坡并埋设喷射混凝土厚度控制标志→喷射第一层混凝土→钻孔安设土钉、注浆、安设连接件→绑扎钢筋网→喷射第二层混凝土→开挖底板承台及排水沟土方→基坑验收→进入底板施工。施工人员正在喷射混凝土护面五、施工测量1、本工程采用全站仪、经纬仪、水准仪、钢尺进行测量放线。2、进场后首先对建设单位提供的施工测量控制点进行复测，复测无误后并办理移交验收手续。3、在建筑物邻近的坐标控制点摆设全站仪，首先观测邻近两个坐标控制点，经复核无误后再测出建筑物外围轴线交点的控制点，对于该建筑物的其余轴线交点同样采用全站仪进行测量定位。4、在土方开挖前要对基坑定位轴线和水准点进行校核，复核无误后，放出基坑上部边线和底部边线，把控制轴线引出基坑后方可进行基坑开挖。5、施工前，根据基坑面埋设的轴线控制点，将相应的轴线引测至基坑底，并做好引测桩、标志的埋设、保护工作，并定期对引测标志（桩）进行校验。6、施工场地的平面控制桩和高程控制桩选择在不会受到损坏的地块进行牢固埋设，并做好埋设地点的标志记载。六、基坑支护的安全监测在深基坑进行地下室工程施工的风险性较大，因此，在地下室施工过程中，施工单位提请业主委托有专业资质的单位开展深基坑的变形监测。同时施工管理人员做好现场各项施工监测，监控其对周围环境的影响，做好位移、沉降、水位及裂缝监测，以确保施工安全，并制定切实可行的防护措施。为确保基坑的顺利施工，做到发现情况及时处理，在基坑开挖及地下室施工过程中，所有监测安排均应以确保基坑支护及周边环境安全为宗旨，若基坑开挖过程中出现位移速率异常情况时，将适当加密监测次数，并且每次监测完毕后及时整理分析测试数据，向业主和监理单位提供监测简报。若发现异常情况及时报警。基坑工程监测报警值以监测项目的累计变化量和变化速度两个值控制，监控预警指标为：监控预警指标1坡顶水平位移