分部分项工程实例五：大体积防水混凝土工程冬季施工方案施工组织设计

分部分项工程实例五【大体积防水混凝土工程冬期施工组织设计实例】1一、工程概况本工程是一座集商业、文娱、餐饮、办公及公寓为一体的现代化建筑，地下3层，地上31层，总建筑面积近15万m2。地下工程和首层至3层结构形式主要为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，局部采用无梁楼盖体系，4层及以上结构形式为现浇钢筋混凝土剪力墙结构。本工程地下2、3层中部为汽车库，四周为机房，地下1层主要为游泳池、电影院、歌厅、保龄球、餐厅及超级市场等商业设施。该工程±0.00以上四周形成4幢8～31层的塔楼，4幢塔楼从转角处向两侧自下而上逐渐收分，中心部位形成一个花园内广场。首层至3层主要为商业及办公用房，4层起为公寓。本工程基础为天然满堂筏板基础，四周基础设计埋深-12.50m，中心部位基础设计埋深-11.7m。基础底板东西长153.766m，南北宽128.606m，基础底板被后浇带划分为5个施工段。基础底板厚度为1.80m和1.00m二种，采用C25、P12防水混凝土，整个基础底板的混凝土量约为30000m3。二、冬期施工准备工作大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别是冬期施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择上、技术措施上等有关环节做好充分的准备工作，才能保证基础底板大体积混凝土顺利施工。（一）材料选择(1)水泥：考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温升过高，与混凝土表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此确定采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥，标号为425号，通过掺加合适的外加剂可以改善疑土的性能，提高混凝土的抗渗能力。(2)粗骨料：采用碎卵石，粒径5～40mm，含泥量不大于1%。选用垃径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可减少用水量及水泥用量，从而使水化热减少，降低混凝土温升。(3)细骨料：采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制混凝土比采用细砂拌制混凝土可减少用水量10%左右，同时可相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土的收缩。(4)粉煤灰：由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对降低水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土其早期抗拉强度及早期极限拉伸值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺加量控制在10%以内，采取外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。每立方米混凝土掺加Ⅱ级粉煤灰35kg。(5)外加剂：根据设计单位提出的二种外加剂，通过分析比较及过去在其他工程上的使用经验，确定采用防裂型FS－H混凝土防水剂，掺量为水泥重量的8%。该防水剂不含氯盐，对钢筋无锈蚀影响，掺入混凝土中能明显提高硬化后的混凝土抗渗性能，同时还具有减水、降低水化热峰值、对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。分部分项工程实例五【大体积防水混凝土工程冬期施工组织设计实例】2（二）混凝土配合比(1)混凝土采用由搅拌站供应的商品混凝土，因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。(2)混凝土配合比应通过试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关要求进行设计。如征得设计单位、建设单位、工程监理的同意，设计配合比时可利用混凝土60d或90d的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。(3)粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂重。另外在进行混凝土试配时考虑到不同厂牌号水泥的供应情况，以满足施工的要求。（三）现场准备工作(1)基础底板钢筋及柱、墙插筋应分段尽快施工完毕，并进行隐蔽工程验收，然后在钢筋上覆盖一层苫布，以防地基土受冻或降雪后不易清除。(2)基础底板上的预留机坑、积水坑及后浇带部位采用组合钢模板支模，不合模数的，部位采用木模板支模。(3)将基础底板上表面标高抄测在柱、墙钢筋上，并作明显标记，供浇筑混凝土时找平用。(4)浇筑混凝土时预埋的测温管及保温所需的塑料薄膜、岩棉被、苫布等应提高准备好。(5)现场准备100kVA的发电机组一台作为备用，以保证突然停电时供钢筋焊接、振捣混凝土及施工照明使用。另外在供应混凝土较大的搅拌站也准备100kVA的发电机组一台作为备用，以维持突然停电时搅拌站的正常运行。(6)管理人员、施工人员、后勤人员、测温人员、保温人员等昼夜排班，紧守岗位，各负其责，保证混凝土连续浇筑的顺利进行。三、大体积混凝土温度和温度应力计算在大体积混凝土施工前，必须进行温度和温度应力的计算，并预先采取相应的技术措施控制温度差值，控制裂缝的开展，做到心中有数，科学指导施工，确保大体积混凝土的施工质量。（一）温度计算搅拌站提供的混凝土每立方米各项原材料用量及温度如下：水泥：367kg，11℃；砂子：730kg，13℃，含水率为3%；石子：1083kg，9℃，含水率为2%；水：195kg，9℃；粉煤灰：35kg，11℃；外加剂：27kg，11℃。1.混凝土拌合物的温度T0＝[0.9(mceTce＋msaTsa＋mgTg)+4.2Tw(mw－ωsamsa－ωgmg)＋c1(ωsamsa＋Tsa＋wgmgTg)－c2(wsamsa＋wgmg)]÷［4.2mw＋0.9(mce＋msa＋mg)］式中T0——混凝土拌合物的温度(℃)；分部分项工程实例五【大体积防水混凝土工程冬期施工组织设计实例】3mw、mce、msa、mg——水、水泥、砂、石的用量(kg)；Tw、Tce、Tsa、Tg——水、水泥、砂、石的温度(℃)；wsa、wg——砂、石的含水率(%)；c1、c2——水的比热容(kJ/kg·K)及溶解热(kJ／kg)。当骨料温度＞0℃时，C1=4.2，C2=0；≤0℃时，c1=2.1，c2=335。为计算简便，粉煤灰和外加剂的重量均计算在水泥的重量内。T0＝[0.9(429×11＋730×13＋1083×9)＋4.2×9(195－3%×730－2%×1083)＋4.2(3%×730×13＋2%×1083×9)－0]÷[4.2×195＋0.9(429＋730＋1083)]=10.3℃2.混凝土拌合物的出机温度T1=T0－0.16(T0－Ti)式中T1——混凝土拌合物的出机温度(℃)；Ti——搅拌棚内温度(℃)。T1=10.3－0.16(10.3－14)＝10.9℃3.混凝土拌合物浇筑完成对的温度T2＝T1－(att＋0.032n)(T1－Ta)式中T2——混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度(℃)；a——温度损失系数(h-1)；tt——混凝土自运输至浇筑完成时的时间(h)；n——混凝土转运次数；Ta——运输时的环境气温(℃)。T2＝10.9－(0.25×0.7＋0.032×3)[10.9－(－4)]=6.9℃混凝土拌合物浇筑完成时的温度计算中略去了模板和钢筋的吸热影响。有关的计算可以参照《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5024-2002中的附录三。4.混凝土最高温升值Tmax＝T2＋mce/10＋F/50式中Tmax——混凝土最高温升值(℃)；mce——水泥用量(kg)；F——粉煤灰用量(kg)。Tmax＝6.9＋367/10＋35/50＝44.3℃该温度为基础底板混凝土内部中心点的温升高峰值，该温升值一般都略小于绝热温升值，一般在混凝土浇筑后3d左右产生，以后趋于稳定不再升温，并且开始逐步降温。5.混凝土表面温度规范规定：对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取控温措施，并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围以内；当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃。分部分项工程实例五【大体积防水混凝土工程冬期施工组织设计实例】4由于混凝土内部最高温升值理论计算为44.3℃，因此将混凝土表面的温度控制在20℃左右，这样混凝土内部温度与表面温度，以及表面温度与环境温度之差均不超过25℃。表面温度的控制可采取调整保温层的厚度。6.保温材料厚度计算保温材料采用岩棉被，基础底板的厚度按1.8m计算，保温用的岩棉被厚度计算如下：δ＝0.5Hλ(Ta－Tb)·K/λ1（Tmax－Ta）式中δ——养护材料所需的厚度(m)；H——结构物的厚度(m)；λ——养护材料的导热系数(W／m·K)；λ1——混凝土的导热系数(W／m·K)，取2.3W／m·K；Tmax——混凝土中的最高温度(C)；Ta——混凝土与养护材料接触面处的温度(℃)，当内外温差控制在25℃时，则取Ta＝Tmax－25℃；Tb——混凝土达到最高温度时的大气平均温度(℃)；K——传热系数的修正值。δ＝0.5×1.8×0.05×[20－(－4)]×1.3/2.3×(44.3－20)＝0.025(m)保温材料采用一层3cm厚的岩棉被。1m厚的基础底板由于表面至中心点的距离更近，其表面的温度会更高一些，保温层的厚度可相应减薄些。（二）温度应力计算混凝土浇筑后18d左右，水化热量值基本达到最大，所以计算此时由温差和收缩差引起的温度应力。1.混凝土收缩变形值计算εy(t)＝ε0y(1－e-0.01t)×M1×M2×M3×……×M10式中εy(t)——各龄期混凝土的收缩变形值；ε0y——标准状态下的混凝土最终收缩值，取值3.24×10-4;e——常数，为2.718；t——从混凝土浇筑后至计算时的天数；M1、M2、M3……M10——考虑各种非标准条件的修正系数，按《简明施工计算手册》表5-55取用。根据已知条件和查表5－55，取值如下：M1＝1.25，M2、M3、M5、M8、M9均为1，M4＝1.21，M6＝0.93，M7＝0.77,M8=0.90εy(18)＝3.24×10-4(1－2.718-0.01×18)×1.25×1×1.21×O.93×0.77×0.90=0.520×10-42.混凝土收缩当量温差计算Ty(t)＝－εy(t)／α式中Ty(t)——各龄期混凝土收缩当量温差(℃)，负号表示降温；εy(t)——各龄期混凝土的收缩变形值；α——混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5。分部分项工程实例五【大体积防水混凝土工程冬期施工组织设计实例】5Ty(18)＝－0.520×10-4/1.0×10-5＝－5.2℃3.混凝土的最大综合温度差△T＝T2＋2Tmax/3＋Ty(t)－Th式中△T——混凝土的最大综合温度差(℃)；T2——混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度(℃)；Tmax——混凝土最高温升值(℃)；Ty(t)——各龄期混凝土收缩当量温差(℃)；Th——混凝土浇筑后达到稳定时的温度，一般根据历年气象资料取当地年平均气温(℃)。△T＝－6.9－2×44.3/3－5.2＋12＝－29.6℃4.混凝土弹性模量计算E(t)＝Ee(1-e-0.09t)式中E(t)——混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量(N／mm2)；Ee——混凝土的最终弹性模量(N／mm2)，可近似取28d的弹性模量;t——混凝土从浇筑后到计算时的天数。E(18)＝2.80×104(1-e-0.09×18)＝2.246×104N／mm25.混凝土温度收缩应力计算由于基础底板两个方向的尺寸都比较大，所以需考虑两个方向所受的外约束来进行计算σ＝－E(t)·α·△T·H(t)·R/（1－ν）式中σ——混凝土的温度应力(N／mm2)；H(t)——考虑徐变影响的松弛系数，按《简明施工计算手册》中表5-57取用；R——混凝土的外约束系数，当为岩石地基时，R=l；当为可滑动的垫层时，R=0；一般土地基取0.25～0.5；ν——混凝土的泊松比，取0.15。σ＝－2.246×104×10×10-6×29.6×0.389×0.3/(1－0.15)＝－0.913N／mm2采用425号矿渣水泥拌制的混凝土，在养护温度20℃左右，龄期18d时的强度可达到设计