宁波环球航运广场主楼基础底板大体积混凝土施工技术.pdf

宁波环球航运广场主楼基础底板 大体积混凝土施工技术 Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y f o r M a s s Co n c r e t e F o u n d a t i o n S l a b o f M a i n Bu i l d i n g i n Ni n g b o Gl o b a l S h i p p i n g P l a z a 朱毅敏 龚 剑 z 1 上海市第一建筑有限公司2 0 0 1 2 0 ； 2 上海建工集团股份有限公司 2 0 0 0 8 0 摘 要： 宁波环球航运广场主楼基础大底板混凝 土达 3 8 万 m 3 。为确保大体积混凝土的施工质量和安全 ，采用了聚羧酸系外 加剂和双掺技术配置低水化热混凝土等技术措施 ，实现一次性连续浇捣成型，创造了国内基础混凝土大底板施工的新纪录。 关键词： 宁波环球航运广场 超厚基础底板 大体积混凝土 混凝土配置 低水化热 中图分类号： T U 7 5 5 7 ， 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 0 4 0 4 1 工程概况 宁波环球航运广场工程位于宁波市东部新城 中央商务 区 ， 其地上 5 2 层 ， 地下 3 层 ， 地面以上实体高度为 2 5 6 8 m ， 总建筑面积 为 1 4 1万 m z ， 为多功能超高层建筑( 图 1 ) 。 图 1 宁 波环球 航运广场效果图 本工程 基坑呈矩形 ，尺寸为 1 1 0 m8 0 m，面积 约 8 9 0 0 m z ， 自然地坪标高 一 1 5 5 m ( 相对标高 ) ， 地下室普遍 挖深约 2 l m ， 局部深坑挖深 2 4 3 m 。塔楼底板厚 5 O m ， 南 北裙房区底板厚 为 3 0 m ，底板混凝 土总量约 3 8 0 0 0 m 。 ， R 6 0 混凝土强度等级为 C 4 0 ， 抗渗等级为 P 8 。基础 为桩筏基 础， 桩基为钻孔灌注桩 ， 其中塔楼部位为 1 0 0 0 m m工程 桩 ， 桩底后注浆 ； 周侧裙房部位为 西8 0 0 m m工程桩( 图 2 ) 。 2 超大体积低水化热混凝土配置研究 本工程 底板需一 次连续 浇捣成型 ， 但混凝 土方量 达 作者 简介 ： 朱毅敏 ( 1 9 6 7 - ) ， 男 ， 教 授级高级工程师 ， 公司总工程师 。 作者地址 ： 上海市浦 东新区福 山路 3 3号( 2 0 0 1 2 0 ) 。 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 1 0 7 0 4 l 2 0 l 2 1 B 硼 I拙g o 叫 曲 啊 c d 。 n 图 2 基础底板施 工阶段 平面布置 3 8 0 0 0 m 3 ，其 中就存在大体积混凝土裂缝控制问题。为了 控制混凝土温度、避免出现温度裂缝，我们从材料方面考 虑， 认为进一步优化低水化热混凝土配合比， 是解决大体积 混凝土裂缝问题的最有效途径之一。 2 1原材料选择 根据大体积混凝土对原材料的要求 ，以及 目前通用原 材料的具体情况 ，在保证混凝土体积稳定性和抗裂性能前 提下 ， 选用以下各种原材料进行检测和性能对 比试验。 ( 1 ) 水泥。 在选用配置大体积混凝土所用水泥时， 主要 考虑选用水化热较低的 4 2 5 普通硅酸盐水泥 ， 同时兼顾水 泥的需水性、 与外加剂的适应性 ， 其质量指标符合 通用硅 酸盐水泥 ( G B 1 7 5 2 0 0 7 ) 的规定。 ( 2 ) 砂。采用中砂 ， 类 ， 细度模数 2 3 3 0 ， 含泥量小 于 3 。砂的质量指标符合 普通混凝 土用砂 、 石质量及检 验方法标准 ( J 5 2 2 0 0 6 ) 的规定。 ( 3 ) 碎石。 用质地坚硬、 级配良好、 石粉含量低、 针片状 颗粒含量少、 孔隙率小的 5 m m N 2 5 m m碎石。 碎石的质量指 标 符合 普通 混 凝土 用 砂 、石 质 量及 检 验方 法 标 准 ( J G J 5 2 2 0 0 6 ) 的规定。 ( 4 ) 掺合料。 活性指数高、 细度适中、 流动性大、 烧失量 小 的 级粉煤灰 、 S 9 5 矿渣微粉 ， 其质量指标符合 用于水 泥和混凝土中的粉煤灰 ( G B 1 5 9 6 2 0 0 5 ) 和 用于水泥和混 凝土中的粒化高炉矿渣粉 ( G B _ r 1 8 0 4 6 2 0 0 8 ) 的规定。 ( 5 ) 外加剂。 选 用巴斯夫 R P 3 2 5 聚羧酸外加剂 ， 其质量 指标符合 混凝土外加 剂 ( G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ) 和 聚羧酸 系高 性能减水剂 ( J G _r 2 2 3 - 2 0 0 7 ) 的规定。 ( 6 ) 水。 采用自来水作为混凝土拌合用水 ， 其质量指标 符合 混凝土用水标准 ( J G J 6 3 - 2 0 0 6 ) 的规定。 2 2 配合比试配 2 2 I试 配 方案 该 方 案 混 凝 土 设 计 强 度 等 级 为 C 4 0 ，塌 落 度 为 1 8 0 fi l m 3 0 m il l 。通过前面对原材料的初 步选择和试验结 果 ， 选用水泥、 砂、 石、 外掺料 、 巴斯夫 R P 3 2 5 聚羧酸外加剂、 水的配合比试验 ，首先根据以往试配经验和工程实践选用 一 个合适的配合比，试验此配合比在使用工程 当地材料的 情况下的表现 ； 然后在上次试验的基础上 ， 调整混凝土各成 分含量 ， 进行试配 ； 重复此步骤 ， 直至试配出符合工程需要 的混凝土。 2 2 2 搅拌 站 试验 根据试验方案 ， 在搅拌站进行混凝土配合比优化试验。 ( 1 ) 初始配合 比详见表 1 。 表 1 C4 0 P 8配合 比 k g m。 名称I水 水泥旷粉 粉煤灰 砂 石 t, m剂 考核指标 规 格 自 来 P 0 4 2 5 l 9 5 级 * e l 5 m , 3 1 5 m m I聚 羧 酸R P 3 2 5 l塌 落 度 (初 始 1 h ) l终 凝 时 间 旧 量 1 7 0 2 5 O f 9 0 7 0 8 1 0 1 0 0 0 4 0 f P x 8 1 1 8 5 ， 9 0 f l 5 h 此次试验中， 混凝土包裹性差 ， 混凝土较黏， 塌落度损 失较大 ， 且终凝时间为 l 5 h ， 不满足设计提出的 2 0 h 终凝 的时间要求 ， 但混凝土强度能满足要求。 ( 2 ) 配合比详见表 2 。 表 2 C 4 0 P 8配合 比k g m。 ；j： 水 水 泥矿 粉 粉 煤 灰 砂 石 外 加 剂 考 核 指 标 I规 格 自 来 P 0 4 2 5 I 9 5 级 中 砂 l5 m m 3 1 5 m m I 聚 羧 酸 R P 3 2 5 塌 落 度 ( 初 始 l h ) l终 凝 时 间 l用 量 1 7 5 2 5 0 9 0 7 0 7 9 0 l 0 2 5 4 O f N B 2 1 1 9 0 1 7 5 2 1 h 此次试验中， 混凝土状态较好 ， 包裹性得到改善， 塌落 度损失较小 ， 且终凝时间为 2 1 h ， 满足设计提 出的 2 0 h 终 凝的时间要求 ， 混凝土强度也能满足要求但外加剂减水性 能需要改善。 ( 3 ) 配合 比详见表 3 。 表 3 C4 0 P 8配合 比k g m。 ijj水 水 泥 l矿 粉 粉 煤 灰 砂 石 外 加 剂 考 核 指 标 l l _规 自 来 P m 2j I 9 5 级 中 砂 5 m m 3 15 m m l聚 羧 酸 R P 3 2 5 塌 落 度 (初 始 1 h )I终 凝 时 间 l用 1 7 2 2 5 0 l 8 0 7 0 7 6 0 l 0 2 5 4 0 # l B 2 1 1 8 0 1 7 0 l 2 0 h 此次试验 中， 混凝土流动性较好 ， 塌落度损失较小 ， 包 裹性得到改善， 混凝土强度能满足要求 ， 但混凝土较黏 。 ( 4 )配合 比详见表 4 。 表 4 C 4 0 P 8配合比 k g m。 此次试验 中， 混凝土流动性较好 ， 塌落度损失较小 ， 包 裹性得到进一步改善， 基本能满足现场施工的要求 ， 混凝土 强度也满足要求。 2 2 3 试配结果分析 综合分析混凝土塌落度和强度指标 ，选定初步配合比 见表 4 。 为验证混凝土性能的复现性 ， 在搅拌站试验的基础上 ， 在工地现场进行了实地模拟验证试验 ， 结果见表 5 。 表 5 混凝 土塌落度 、 凝 结时间及含气 量 设计 初始 间隔时 塌落度 扩展度 初凝时 终凝时 含气 要求 ram 间 m i n 间 l l 间 Il 量 3 0 2 0 5 4 6 5 X1 6 0 C 4 0 6 ( 】 l 9 5 4 6 OX 45 5 l 8 0mm 2 0 5 l 3 2 1 5 3 1 9 0 1 8 5 4 5 04 4 0 3 0mm 1 2 O 1 7 5 4 3 0 X 4 3 5 表 6 混凝土各龄期抗压 强度 设计要求 龄期 ， d 破坏荷载 k N 强度代表值 ， M P a 达到设计强度 ， 3 2 4 5 2 6 9 2 8 7 2 5 4 6 3 5 C4 0 7 4 0 1 3 8 5 3 8 0 3 6 9 9 2 2 1 8 Omm 1 4 4 4 2 4 5 8 4 4 8 4 27 1 o 6 8 土3 0mm 2 8 5 9 7 6 O 3 6 3 1 5 8 1 4 5 O 6 0 7 3 9 7 2 0 7 2 6 6 9 2 1 7 3 0 ( 1) 从 表 5 、 表 6 可知 ， 初步配合比在混凝土强度 、 塌 落度 、 终凝时间方面均能满足设计要求。 ( 2 ) 在保 证混凝土强度的条件下 ， 在配合 比中加入 了 粉煤灰和矿粉 ， 减少 了单方混凝土中水泥用量， 且加入聚羧 酸 R P 3 2 5 减水 剂， 进一步减少了水泥的单方用量 ， 极大地减 小了混凝土水化热。 ( 3 ) 从表 6 可知 ， 在标准养护条件下 ， 水泥硬化 2 8 d ， 矿粉 、 粉煤灰仍在继续水化 ， 发挥强度效应 ， 使混凝土进一 步致密， 孔径细化， 连通孔减少 ， 提高 了混凝土质量。 3 超大体积混凝土施工绝热温升计算 根据表 4的混凝土配合 比， 混凝土绝热温升可按下式 计算 ： = 1 一 e ) ( 1) 式中： 卜混凝土龄期为 t 时的绝热温升 ： 混凝土的胶凝材料 用量， 为( 2 5 0 + 1 5 0 ) k g l m 3 ； lll l l ll i ：l： 第3 4 卷第1 期f 0 5 0 一水泥水化热 ， P 0 4 2 5 为 4 6 1 k J k g ： C 一混凝土 比热 ， 取 O 9 7 k J ( k g o c) ： P 混凝土的重 力密度 ， 取 2 4 0 0 k g m 。 ： 7 7 一与水泥品种、 浇筑温度等有关的系数 ， 0 3 0 5 ( d 一 ) ： 一 混凝土龄期( d ) 。 国内外大量试验研究和工程实践表明， 粉煤灰的加入 可 以降低混凝土中的水化热 ， 减少绝热条件下的温度升高 随着粉煤灰掺量的增加， 水化热逐渐下降， 见表 7 。 表 7不同粉煤灰掺量水化 热降低率 水泥 粉煤灰 水化热降低率， l 2 3 4 5 6 7 1 0 0 0 O O O O 0 O O 7 0 3 0 2 2 8 1 8 0 1 3 I 2 1 1 6 1 1 1 8 9 6 5 6 0 4 0 3 5 2 2 8 3 2 5 0 2 2 4 2 0 2 1 7 8 1 5-3 5 0 5 0 3 7 0 31 7 3 0 7 2 9 9 2 9 4 2 7 5 2 5-3 4 0 6 0 4 5 7 4 2 - 4 41 2 41 1 41 3 4 0 7 3 8 7 3 0 7 0 5 5 6 51 7 5 2 2 5 2 3 5 2 4 51 9 5 1 0 本次粉煤灰与矿粉掺量近 4 0 ， 根据表 7 可大致算出 温升比单用水泥的绝热温升下降 2 5 。 所 以， 混凝土最大绝热温升 为 ： = ( 卜 0 2 5 )= 5 9 4 o c ( 2) - ， 混凝土内部实际最大温度为 ： 丁 = + 孝 ( 3) 式 中 ： 了 ：一混凝土内部最大温度 ； 一 混凝土浇筑温度 2 5 c C ； 不 同龄期水化热温升与浇筑块厚度的关系值 ， 取 0 7 9 。 则该 工程 基础 底板 混 凝土 内部 实 际最 高温 度 7 I 为 7 1 9 c C 。 4 超大体积混凝土浇捣及养护 ( 1 ) 为减少深基坑底部暴露 时间， 保证深基坑 的安全 与稳定 ， 底板混凝土分 2 次浇捣 ， 深坑部位底板混凝土在大 底板底部钢筋施工前浇捣。 ( 2 ) 第 1次浇捣主楼深基坑的混凝土方量近 1 6 0 0 m 。 ， 采用了 2台汽车泵布料 ；对围护支撑下的深基坑混凝土浇 筑以固定泵接泵管下料。 ( 3 ) 底板 钢筋施工完成后 ， 第 2 次 浇捣底板大面积混 凝土 ， 最大的一次连续 浇筑方量约为 3 8 0 0 0 m ， 本次混凝 土浇捣时间为 6 4 h 。 ( 4 ) 底板混凝土浇筑采用 “ 分段定点、 一个坡度、 分层 浇筑、 循序推进、 一次到顶 ” 向前退捣施工方法 ， 各泵做到浇 捣速度基本相同， 自北向南沿同向退出， 最终在基坑东南角 收头。 ( 5 ) 各台泵车 间隔布置在基坑 四周的施工便道及南面 0 6 l 2 0 1 2 l B 砷 I曲g c 咖 1 t 帕 c d 。 血 的惊驾路北侧机动车道上( 事前做 了临时 占路 申请 ) ， 东、 西 道路上的 3 台汽车泵随浇捣流向的推进 ，在现场做局部平 移 ， 每台泵 负责浇筑跨度 8 m左右范围 ， 混凝土浇筑时依靠 混凝土的流动性 自流平( 图 3 ) 。 图 3 大体 积混凝土浇捣场面 ( 6 ) 每台泵车配置 6 根振动棒进行振捣 ， 施工 时应特 别重视坡顶和坡脚的振捣 ， 确保上 、 下部钢筋密集部位的混 凝土振捣密实。 ( 7 ) 混凝土表面处理做到“ 三压三平 ” 。首先按面标高 用工具拍板压实 ， 长刮尺刮平 ； 其次在初凝前用铁滚筒碾压 数遍 、 滚平 ； 最后用木蟹和打磨机打磨压 实、 整平 ， 以闭合混 凝土收水裂缝。 ( 8 ) 保温措施采用 2 层塑料薄膜和 2 层麻袋覆盖 ， 即在 混凝土表面先覆盖 塑料薄膜 1 层 ， 以封 闭混凝土 内水分蒸 发的途径，使混凝土能在潮湿条件下进行养护以控制干缩 裂缝产生 ， 在这之上再盖 1层麻袋 ， 以减少 混凝土 表面热 量的散发 ； 其上再覆盖 1层 塑料薄膜 ， 以达 防止雨 水渗透 的目的。 最后再覆盖 1层麻袋。 覆盖工作必须严格认真贴实 ， 薄膜边幅之间搭接宽度不少于 1 0 c m ， 麻袋之间边 口拼 紧。 5 超大体积混凝土测温方案与结果 混凝土测温测点布置见图4 ，基础底板 内部设测点 7 3 个 ， 在 1 E测轴处设薄膜温度测点 1 个 ，另设大气温度测 点 1个 ， 共计 7 5 个温度测点。 ， 、 ， ： 5 ； 一一 黟 ， j ， 2 C - X 巳 ； 一 、 | j 一 2 ， ， 、 。 ： 一 ，1 尹 甘 r 9 5 8 2 J 贮 一 ， 4 5 酊 疑 ： = ： 1 I ； 一 - 一 J 一 饔自 曰 l I j ； 翎 茄r 图 4 底板混凝土测温 测点布置 混凝 土 浇 捣 时 间 为 2 0 1 0年 l 1月 1 3日 1 5 ： 0 0至 2 0 1 0 年 1 1月 l 6日 8 ： 。 0 止 。测温系统从 2 0 1 0年 1 1月 1 3日开始实时测试到 1 2 月 9日结束 ， 历时 2 6 d 。 测温情况显示 ： 混凝土入模温度视各个测点的入模时 间的气温不同而稍有不同， 基本在 2 2 c c 2 5 o c 之间。 本工 程混凝土的浇捣是按从基坑 中心向四周扩散的先后顺序 ， 整个浇捣的过程延续 了 6 0 h 多 ， 中心区域混凝土在浇捣施 工中已完成了其大部份的水化热过程 ， 但 由于四周混凝土 还没有浇捣完成， 更为其散热提拱了良好的环境 ， 并且四周 新浇捣的温度较底的混凝土又吸收了部份热量，因此有效 地降低了中心区域的水化热温度 ，从而降低 了整个混凝土 的温度峰值。本工程混凝土并没有出现以往传统方式浇捣 大体积混凝土时的温度场呈中心向四周下降梯度分布的现 象 ， 而是呈 M 形梯度分布 ， 如图 5 。 现的时间基本上是在 l 1月 1 6日 l 1 月 2 3日之间 ， 随后 开始逐步降温。 6 结语 ( 1 ) 本工程实践 证明 ： 通过添加外加剂和掺合料可配 置低水化热混凝土。 ( 2 ) 在大体积混凝土中掺入粉煤灰和矿粉等活性掺合 料 ， 充分利用活性掺合料的后期强度 ， 可减小水泥用量 ， 并 改善混凝土性能。 ( 3 ) 大体积混凝土中水泥用量减少 ， 可 以显著降低混 凝土水化热 ， 并延迟水化热峰值 出现的时间 ， 有利于混凝土 底板里表温差的控制 ， 以防止温度裂缝的出现。 ( 4 ) 宁波环球航运广场基础底板大体积低水化热混凝 土的施工实践， 以及在施工组织、 设备配备、 材料供应和预 拌混凝土运输与泵送等方面的技术集成 ， 使约 3 8 0 0 0 Il l 。 混 凝土基础底板一次 6 4 h 连续浇筑成功 ， 创造 了国内建筑工 程大体积混凝土一次浇筑 的新纪录。 经实测 ， 基础底板内部 最高温度 只有 7 2 6 c 1： ， 水泥用量仅为 2 5 0 k g l m 。 ， 工程成品 的高质量体现 了现代混凝土施工技术的领先水平 ，为大体 积基础底板工程积累了新的经验。 2 C4 2 1 , 4 2 E 4 2 F 4 2 2 H4 2 1 4 2 J 4 2 K4 图5 5 m区半高处测点温度峰值分布 参 考 文 献 ： 从测温得知 ，混凝土水化热快速发展 主要集中在初凝 1 1 龚 剑、 张 越、 袁勇上海 环球 金融中 心主 楼深 基 础混 凝土大 底板 施工 研究 后约 5 0 h内， 随后放慢速度升温。混凝土内部温度峰值出 j t i,2 o o 6 , 2 8 ( 4 ) ： 一 ( 上接 第 3页 ) 地设置了泵送缓 中 弯管段 ， 攻克了泵管内混凝土向下 中 击 力的控制问题 ， 解决了高性能混凝土超高泵送施工难题。 采 用混凝土水洗泵送新技术 ， 最大限度地利用 了管道中的混 凝土，减少了混凝土浪费和对施工环境的污染。工程实践 中， 世界第 1 高塔( 6 1 0 m ) 广州新电视塔工程成功地将 C 4 5 混凝土泵送至 4 5 4 m 、 江苏第 1 高楼( 4 5 0 Il 1 ) 南京紫峰大厦 工程将 C 4 0 混凝土泵送至 3 8 1 r il 、 沈阳茂业工程将 C 6 0 混凝 土泵送至3 1 0 3 5 m ，工程实践中也成功地 将 C 4 0 、 C 6 0 、 C 8 0 混凝土一次性泵送到 4 9 2 Il l 的高度 ，创造 了 C 8 0 混凝土超 高泵送高度的世界记录。 3 4 混凝土结构施工期性能演化控制 研究了现代( 高性能 ) 混凝土结构成型过程中环境条件 变化对性能演化的作用， 引入多维 一多场机理状态方程描 述温度、 湿度场和应力场的复杂耦合作用， 对混凝土结构施 工期性能演化分析 ， 实现 了混凝土结构施工期性 能设计 ， 解 决了传统混凝土结构设计理论无法考虑施工期结构历经的 直接或间接作用的动态变化过程、影响结构安全性和耐久 性的难题。 4 结语 从超大型工程的混凝土材料性能设计、混凝土结构性 能设计 、 混凝土结构施工等方面进行了技术创新 ， 确保 了超 大型混凝土工程的顺利实施。该项 目研究成果已获授权发 明专利 8 项 ， 授权实用新型 专利 4项 ， 软件著作权 1 项 ， 发 表论文 3 9 篇 ， 主编或参编规范 9 部 ， 出版专著 4 部 ， 国家级 工法 l 项 ， 完成上海市高新技术成果转化项 目 2 项。 研究成 果有 1 项获得上海市科学技术一等奖 1 项、 二等奖 3 项 、 三 等奖 2 项。研究成果获得一批具有 自主知识产权的原创性 技术成果，为提升我国混凝土科学与技术领域的国际学术 地位、推动我国现代混凝土结构的技术进步作出了重大贡 献。 现代混凝土配制技术还节约 了大量水泥 ， 最大限度的利 用工业废弃物作为胶凝材料组分， 减少了环境污染； 研制出 的高强混凝土有效地减小了结构构件尺寸，节约了工程材 料 ， 同时增加 了结构使用空间； 混凝土泵水顶升施工新工艺 充分回收利用混凝土材料 ， 减少 了固体废弃物排放的环境 污染。 研究成果符合绿色建造的“ 四节一环保” 要求， 其社会 效益和经济效益非常显著。 童 筑 施 工第 3 4 卷第1 期f 0 7