形成原因
隨著城市建設的不斷發展,
超高層建築層出不窮,超厚大體積
混凝土底板也越來越多。與普通意義上的底板大體積混凝土相比,隨著底板厚度的不斷增加和混凝土體量的增大,當底板厚度超過4米,混凝土一次澆築量超過2萬立方米時,此類超厚大體積混凝土的施工組織及混凝土的質量控制都是難以用常規的方法來實現的。
中國建築股份有限公司通過對中央電視台新台址主樓塔Ⅰ及塔Ⅱ兩個超厚大體積混凝土底板的施工組織技術進行歸納和總結,形成了《超大體積混凝土澆築施工組織工法》。
工法特點
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的工法特點是:
一、能夠有效解決超厚大體積混凝土底板澆築的施工組織難題。
二、混凝土澆築質量好,確保超厚大體積混凝土澆築過程中不出現
冷縫、澆築完成後無有害裂縫產生、混凝土結構實體質量滿足設計及規範要求。
三、施工速度快,CCTV主樓塔Ⅰ底板39000立方米混凝土僅用54小時澆築完成,澆築速度為平均每小時722立方米;塔Ⅱ底板33000立方米混凝土僅用52小時澆築完成,澆築速度為平均每小時635立方米。
四、施工現場井然有序,人員、機械各就其位、各司其職,安全、文明施工能夠得到保證。
五、具有社會及經濟效益,由於施工準備充分、技術措施先進合理,人員機械安排到位、施工速度快,質量有保證,能取得社會及經濟效益。
操作原理
適用範圍
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》適用於混凝土底板長度寬度在50米~100米,厚度在4米~11米,混凝土總澆築量在2萬~4萬立方米的超大體積混凝土澆築的施工策劃及組織實施。
工藝原理
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的工藝原理敘述如下:
在超厚大體積混凝土澆築的施工策劃及施工組織過程中,針對技術方案的確定、人員組織、機械配備、現場規劃、混凝土供應、現場澆築、質量控制等一系列問題,從巨觀的角度進行統籌策劃,對影響施工組織的各要素依次進行確定並有效實施,從而使施工組織工作始終能夠做到忙而不亂,井然有序。
施工工藝
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的工藝流程是:
超大體積混凝土的施工組織工作是一項大型系統工程,包含從技術準備、機具物資準備、人員組織、現場準備、混凝土供應準備、現場組織實施、質量控制要點等一系列問題的解決,施工組織工作流程如下:
確定混凝土供應方式及攪拌站的招標→確定混凝土基準配合比→混凝土澆築速度的確定→混凝土澆築方式及澆築設備數量的確定→現場平面規劃→落實混凝土澆筑前的各項準備工作(包括技術、物資、現場、人員、攪拌站等各方面準備)→進行混凝土澆築實施。
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的操作要點如下:
一、混凝土供應方式及攪拌站的確定
超厚大體積混凝土由於厚度及體量都很大,為保證混凝土的連續供應,往往難以由一家攪拌站來獨立完成,當一家攪拌站無法獨立完成時,可考慮多家攪拌站的聯合供應。
攪拌站的確定需要通過招標的方式來完成,最終選擇出質量好、信譽高、富有合作精神、距離近、價格合理的幾家攪拌站作為聯合供應單位,來共同完成混凝土的聯合供應任務。
在確定多家攪拌站聯合供應方式的同時,還要確定統一混凝土配合比、統一主要原材料的原則,以保證混凝土供應質量的均勻、穩定。
二、配合比的確定
對於超厚大體積混凝土,底板厚度已超出常規,為降低混凝土的水化熱,解決大體積混凝土的溫升及抗裂問題,首先確定合理的混凝土配合比。配合比確定的程式如下:
1.諮詢業內有關專家,對超大體積混凝土配合比提出建議。
2.確定主要原材料產地及質量標準,根據專家建議進行配合比設計,聯合攪拌站進行系列配合比的抗壓強度試驗,初步選定基準配合比。
3.對初步選定的基準配合比進行膨脹性能試驗及絕熱溫升試驗,確定是否需要摻加膨脹劑並檢驗基準配合比的絕熱溫升是否滿足要求。
4.據初步選定的基準配合比進行溫度及應力場分析計算,與絕熱溫升試驗數據進行比對分析,確定混凝土底板保溫養護措施。
5.召開專家論證會,確定超大體積混凝土的基準配合比及相關技術措施。
在中央電視台新台址主樓底板施工中,最終採用了超大摻量粉煤灰混凝土,粉煤灰對水泥的替代量達到近50%,大大降低了混凝土內部溫度。根據溫度及應力場分析計算,確定了保溫覆蓋的養護方式,而不必採用鋪設冷凝水管等降溫措施,最終為底板混凝土的溫升滿足規範要求奠定了堅實的基礎。
三、混凝土澆築順序及澆築速度的確定
底板混凝土澆築採用斜面分層、一次到頂的方法進行。首先根據現場的實際情況及底板的平面形狀確定出底板的澆築順序,一般情況下,底板混凝土的澆築順序為沿底板的長向整體退後澆築。混凝土澆築速度則按照斜面分層澆築時不出現冷縫的混凝土最小供應量為基本原則來確定,具體可按照公式1計算:Q=b×h1×(h×i)/t。
式中Q——混凝土每小時最小供應量,立方米/小時;b——底板澆築寬度,米;h1——底板澆築時混凝土分層厚度,一般為0.5米;h——底板澆築厚度,米;i——底板混凝土流淌坡度,根據混凝土坍落度大小確定;t——凝土緩凝時間,小時。
在實際澆築過程中,有時為避開交通擁堵的尖峰時段,可能根據實際情況確定一個合理的澆築時間,並以此確定混凝土最小供應速度,但該速度要保證分層澆築時混凝土不出現冷縫,即大於公式1計算所得的數值。
四、混凝土澆築方式及設備數量的確定
1.混凝土澆築方式的確定
在2007年前的技術條件下,混凝土澆築可選擇混凝土輸送泵及搭設溜槽兩種方式,二者各自優缺點及適用條件詳見表1。
╱ | 混凝土輸送泵 | 溜槽 |
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| 混凝土輸送距離長、澆築點布置靈活、可移動性強、不受季節限制 | 經濟效益好、澆築速度快(每個溜槽每小時可澆築混凝土約70立方米)、節省場地 |
| | 對溜槽搭設坡度範圍有一定要求、澆築點布置不夠靈活、冬期施工受限制 |
| | 適用於溜槽搭設坡度為15~75°,非冬期施工、場地較小且混凝土澆築速度要求較高的情況 |
在輸送泵及溜槽都適用的情況下,可考慮採用二者結合的方式,既達到澆築速度快的目的,又能彌補溜槽澆築點布置不夠靈活的不足,同時還能取得經濟效益。
2.混凝土輸送泵數量的確定
根據初步確定的混凝土澆築速度以及設備的輸送能力,確定混凝土輸送泵/溜槽的數量。
五、現場平面規劃
根據初步確定的混凝土輸送泵/溜槽的數量及施工現場場地情況,進行現場的平面規劃。在進行現場規劃時需要考慮以下問題:
如果採用多家攪拌站聯合供應混凝土的方式,則需要根據各家攪拌站的供應能力劃分出相對獨立的澆築區域。
各家攪拌站分別設定罐車的停車等待區域。
詳細規划行車路線,各家攪拌站的行車路線儘量減少交叉。
六、澆筑前各項準備工作
1.組織工作
成立超大體積混凝土澆築指揮工作小組,對澆築過程中技術問題解決、現場布置、人員組織、機械物資準備、質量檢查、安全、後勤交通等各項工作作出統一部署安排及分工。
2.技術準備工作
在進行超大體積混凝土澆築之前,需由項目經理組織一次大型技術交底,交底內容包括:工程概況、最終確定的基準配合比、坍落度控制、混凝土緩凝時間、澆築順序、澆築速度、澆築時間、泵管布置方案、現場行車路線、停車等待區域劃分、質量安全保證措施、人員分工等。接受交底的人員包括總包技術、工程、質量等相關部門;各勞務分包單位的項目經理、總工、混凝土工長;各攪拌站經理、總工、調度等。經過技術交底,使全體參戰人員對整個澆築流程和注意事項能夠有全面的了解。
3.物資準備工作
進行物資準備工作,明確責任人及落實時間,準備工作內容見表2。
項目 | 落實時間 |
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進行抗壓試模、抗滲試模、振動台、標養室濕溫度、自動溫控儀、坍落度筒等試驗設備準備、操作間準備及溫度保證 | |
4.機械準備工作
進行機械準備工作,明確責任人及落實時間,準備工作內容見表3。
項目 | 落實時間 |
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檢查地泵(包括備用泵)、泵管等完好情況,準備易損件,落實泵工數量及熟練程度 | |
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備用柴油發電機,檢查,維修,保養,備用足夠柴油,發電機試運行1小時,做好停電準備工作 | |
5.現場準備工作
進行現場準備工作,明確責任人及落實時間,準備工作內容見表4。
項目 | 內容 | 落實時間 |
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| 檢查電源線,電箱,明確各配電箱線路走向,供應部位;檢測電箱,用電設備的電阻情況;混凝土地泵控制信號燈開關和擴音設備 | |
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| 檢查罐車停放及行使道路,保證暢通,路面堅實平整,軟弱地面進行硬化處理 | |
| 進行泵管搭設;現場用電情況;清理基坑邊物料,防止物體墜落傷人;檢查工人勞保用品安全帽準備等 | |
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6.後勤準備工作
進行後勤準備工作,明確責任人及落實時間,準備工作內容見表5。
項目 | 落實實時 |
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收集並公布一周內的天氣預報,便於混凝土澆築的統一安排 | |
7.攪拌站準備工作
對各攪拌站的準備工作進行部署安排及檢查,明確責任人及落實時間,準備內容見表6。
項目 | 落實時間 |
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各攪拌站成立專門協調組,明確分工,聯繫人及聯繫方式,制定配合流程 | |
檢查攪拌站材料準備情況,水泥、砂石、粉煤灰、外加劑,並落實連續供應情況,保證及時複試 | |
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檢查攪拌站設備保養狀況、易損件準備情況、計量設備是否經過校核 | |
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檢查攪拌站水源、電源準備情況,是否有備用,如果是冬期施工則需檢查熱水供應情況 | |
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《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的人員組織如下:
在混凝土澆築時現場管理人員及勞動力均按照兩個大班換班作業。作業時間為第一班8:00~20:00,第二班20:00~8:00。
一、管理人員組織安排
1.作業面管理人員:
共分兩大班,每班每人負責兩條泵管,並設總負責。工作內容包括:按照方案進行混凝土澆築順序的控制、進泵退泵的安排;檢查入模混凝土是否離析、溫度是否符合要求;監督混凝土振搗、攤鋪、收面及保溫覆蓋情況。
2.放灰下料處管理人員:
共分兩大班,每班每人負責兩台泵,並設總負責。工作內容包括:收集並核對混凝土小票;檢查並記錄人泵混凝土的溫度及坍落度,有質量問題及時與攪拌站駐站工程師聯繫。
3.水泥廠、攪拌站駐站工程師:
共分兩大班,每班每站各1人。負責檢查出站混凝土質量,以及原材料供應和補給情況。
4.攪拌站駐現場工程師及調度:
共分兩大班,每班每站派工程師及調度各1人,解決現場混凝土供應質量問題、控制攪拌站供灰速度並協助現場車輛指揮。
二、勞動力計畫安排
1.操作人員分配
混凝土泵操作工:每泵每班1人,共兩班;
混凝土泵維修人員:2~3人/班,共兩班;
混凝土放灰下料:每班每台泵2人,共兩班;
測溫、測坍落度:2人1組,1組/2台泵,共兩班;
混凝土現場取樣、試件製作:2~6人/班,共兩班;
出泵管口操作人員:5人/台泵,共兩班;
振搗手:根據澆築混凝土流淌面長度確定,共兩班;
抹面收光:根據混凝土澆築量確定,共兩班;
接拆泵管、搶修組:10~15人/班,共兩班;
保溫覆蓋人員:4~6人/班,共兩班。
2.配合工種人員分配
鋼筋工:5~10人/班,共兩班;
木工:10~15人/班,共兩班。
材料設備
一、施工機具
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》需要的施工機具見表7。
二、主要材料
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》需要投入的材料見表8。
質量控制
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的質量控制要求如下:
一、質量保證措施
1.澆築流程安排
在同一塊底板中,由於底板厚薄不一,板底標高往往高低不平。在澆築板底高低錯台處時,為保證高台處混凝土不會自由流淌至坑底,同時也不會由於坑底混凝土過早澆築導致高低錯台處出現冷縫,需事先根據混凝土澆築量及坡茬流淌情況計算泵管出灰口移動的時間和位置,即對泵管的進泵和退泵進行總體安排,劃分不同的澆築階段,形成整體的澆築流程,並以圖示表示(以CCTV主樓塔Ⅰ底板澆築的某一階段為例,如圖1所示),使所有參加澆築的施工人員知曉。
2.串筒設定
如果底板厚大於2米,且板面鋼筋密集,在底板初始澆築時,需要採用串筒將混凝土自泵管出口送至作業面,以減小自由落差,防止混凝土離析、分層。串筒架設見圖2。
3.混凝土振搗
由於底板超厚造成混凝土流淌坡面長,為保證混凝土振搗密實,不漏振,可沿混凝土流淌坡面每隔5米距離設定一台振搗棒,每隔10米距離設定一個振搗手,每個振搗手負責兩台振搗棒,以避免頻繁移動振搗設備,混凝土振搗手設定情況詳見圖3。
如果底板厚度超過4米,且板中設定溫度鋼筋,在板面振搗混凝土有很大困難,此時,可派人到板面鋼筋以下進行混凝土振搗,以保證混凝土分層振搗到位。人員進入到板面鋼筋以下時,需設定下人孔、人行通道及安全標誌,並進行人員的出入登記,以確保進人人員的安全。
4.底板面抗裂鋼筋
在底板頂面鋼筋保護層內設定8@200網片,或設定定型的鋼筋焊接網片,以減少面層混凝土細微裂縫的產生。
5.混凝土養護
混凝土採用保溫養護的措施以降低底板內外溫度差和減慢降溫速度來達到降低混凝土塊體自約束應力和提高混凝土抗拉強度,以防止混凝土產生有害裂縫。
混凝土保溫層厚度需要通過熱工計算得出,保溫材料可採用塑膠布+保溫被+苫苦布的組合形式。其中塑膠布主要起到密封保濕的作用,保溫被起到保溫的作用,苦布則可以防風、防雨雪,並增強保溫被的保溫效果。
對底板面不能連續覆蓋的部位,如牆、柱插筋部位、鋼柱等採用豎向掛保溫被防風、平面覆蓋保溫被卷等方式,儘可能進行覆蓋,避免出現“冷橋”現象。
6.冬期施工中入模溫度的控制
根據《建築工程冬季施工規程》JGJ 104一97,分層澆築厚大的整體式結構混凝土時,已澆築層的混凝土溫度在未被上一層混凝土覆蓋前不應低於2℃。所以,在確定混凝土出機溫度時,除滿足人模溫度不低於5℃的要求外,還需要對已澆築層的混凝土在未被上一層混凝土覆蓋前的溫度進行驗算,使其滿足不低於2℃的要求。計算步驟如下:
首先根據公式2進行入模溫度的計算,入模溫度:T2=T1-(at1+0.032n)(T1-Ta)。
中國建築股份有限公司考慮混凝土澆築完畢後熱量散失主要有兩部分,一部分熱量被鋼筋吸收,另一部分熱量散失到空氣中。
根據公式3進行考慮鋼筋吸熱影響計算已澆築混凝土被上層混凝土覆蓋之前的溫度:
。
最後根據公式4進行考慮熱量在空氣中散失的影響計算已澆築混凝土被上層混凝土覆蓋之前的溫度:T4=T3-at1(T3-Ta)。
7.對混凝土攪拌物的質量控制內容
(1)對攪拌站工作的質量控制
混凝土澆築時,向攪拌站派駐站工程師,隨時對攪拌站的工作進行監督,以保證出站的混凝土滿足質量要求。駐站工程師的工作內容包括:
進行開盤鑑定,合格後放行。
隨時檢查原材料是否符合要求,砂石含水率變化情況、施工配合比調整情況、原材料連續供應情況、及時複試情況。
隨時檢查攪拌樓計量稱量狀況,確保混凝土嚴格按照施工配合比進行攪拌。
隨時檢查混凝土的出機坍落度和出機溫度,不符合要求的混凝土不允許出站。
隨時檢查混凝土罐車裝載數量,是否與額定裝載數量及混凝土小票相符。
隨時接受現場傳來的指令,如調整坍落度或其他工作性能、混凝土供應速度等,及時轉達攪拌站按照前方命令適當調整。
(2)現場對混凝土攪拌物的質量控制
在每個混凝土地泵處設管理人員,對進入現場的混凝土進行質量檢查,檢查工作內容如下:
檢查、核對、收集混凝土小票,確保混凝土出機120分鐘之內澆築入泵。
檢查混凝土的和易性。
監督試驗人員進行混凝土溫度及坍落度測量,並進行記錄。溫度及坍落度測量頻率為每2~3車實測一次,其他為目測。如連續三車以上不合格,及時與駐站工程師進行聯繫,要求攪拌站進行調整。
二、混凝土質量要求
1.混凝土強度、抗滲等級達到設計及規範要求。
2.混凝土入泵前坍落度、溫度達到方案要求,和易性能保證達到泵送要求。
3.混凝土澆築完成後按照方案要求進行保溫覆蓋。
4.混凝土結構尺寸偏差符合表9要求。
安全措施
採用《超大體積混凝土澆築施工組織工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
一、各單位所有進入施工現場的人員均需佩戴安全帽。
二、進場車輛有專人調度,保證交通安全。
三、泵管的質量應符合要求,對已經磨損嚴重及局部穿孔現象的泵管不準使用,以防爆管傷人。
四、泵管架設的支架要牢固,轉彎處必須設定井字式固定架。泵管轉彎宜緩,接頭密封要嚴。
五、泵車料斗內的混凝土保持一定的高度,防止吸入空氣造成堵管或管中氣錘聲和造成管尾甩傷人的現象。
六、泵車安全閥必須完好,泵送時先試送,注意觀察泵的液壓表和各部位工作正常後加大行程。在混凝土坍落度較小和開始啟動時使用短行程。檢修時必須卸壓後進行。
七、當發生堵管現象時,立即將泵機反轉把混凝土退回料斗,然後正轉小行程泵送,如仍然堵管,則必須經拆管排堵處理後開車,不得強行加壓泵送,以防發生炸管等事故。
八、泵車下料膠管,料斗都應設牽繩。使用溜槽時,人員不得站在槽幫上操作。
九、當泵機運行聲音變化、油壓增大、管道振動是堵管的先兆,應該採取措施排除。
十、拆除管道接頭時,應先進行多次反抽,卸除管道內混凝土壓混凝土壓力,以防混凝土噴出傷人。
十一、混凝土澆築結束前用壓力水清管時,管端應設定擋板或安全罩,並嚴禁管端站立人員,以防噴射傷人。
十二、在澆築過程中進入底板內部實施振搗作業的人員,進出底板內部均須登記,並沿規劃好的安全通道進行作業,其操作工作面必須距離正在澆築的混凝土施工面10米以上。
環保措施
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的環保措施如下:
一、混凝土泵、混凝土罐車噪聲排放的控制:加強對混凝土泵、混凝土罐車操作人員的培訓及責任心教育,保證混凝土泵、混凝土罐車平穩運行、協調一致,禁止高速運行。加強對混凝土泵的維修保養,及時進行監控,對超過噪聲限制的混凝土泵及時進行更換。
二、水的循環利用:現場設定洗車池和沉澱池、污水井,罐車在出現場前均要用水沖洗,以保證市內交通道路的清潔,減少粉塵的污染。沉澱後的清水再用做洗車水重複使用。
三、防止光污染:由於連續澆築大體積混凝土,不可避免夜間施工,夜間照明設備要照向施工現場內,避免照射居民樓。
效益分析
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的效益分析如下:
一、經濟效益
在進行超大體積混凝土配合比最佳化過程中,通過進行一系列試驗並進行專家論證最終確定採用超大摻量粉煤灰配合比並取消膨脹劑,可降低工程造價,平均每立方米混凝土節約成本約40元。由於採用了超大摻量粉煤灰,降低了混凝土水化熱及溫升而無需採用循環冷卻水管降溫的方法,也降低了工程造價。
二、社會效益
通過科學合理的施工組織,不僅使混凝土澆築速度快,施工現場井然有序,且澆築完成後混凝土內部的最高溫升能夠滿足規範要求,受到了業主單位、監理單位和業內專家的好評,同時也提升了企業的知名度,創造良好的社會效益。
註:施工費用以2007-2008年施工材料價格計算
套用實例
《超大體積混凝土澆築施工組織工法》的套用實例如下:
中央電視台新台址主樓的塔Ⅰ底板厚度為4.5米、6.0米、7.0米、10.8米不等,平面尺寸82米×95米,混凝土澆築量約為3.9萬立方米,澆築持續時間54小時;塔Ⅱ底板厚度為4.5米、6.0米、10.9米不等,平面尺寸89米×71米,混凝土澆築量約為3.3萬立方米,混凝土澆築持續時間為52小時。底板混凝土設計強度為C40P8,混凝土澆築時間為2005年12月下旬,兩塊超大底板混凝土澆築間隔時間為5天。
在底板混凝土澆築時,採用了多家攪拌站聯合供應混凝土的方式,經多方考察比較,最終選定了3家攪拌站共8個攪拌機組來共同完成聯合供應任務。
經過一系列試驗,並經專家論證,最終確定的基準配合比詳見表10。
由於採用了超大摻量粉煤灰的配合比,降低了混凝土的水化熱,同時用ANSYS軟體進行溫度及應力場的模擬計算,最終採用了1層塑膠布+3層草簾被+1層苦布的方式進行保溫。經電腦一線通系統自動連續測溫,混凝土澆築完成後底板內部最高溫度為61℃,底板內外溫差不超過25℃,滿足規範要求。
在進行中央電視台新台址主樓底板施工時,由於時值冬季,所以採用泵送的方式進行混凝土澆築。其中塔1底板澆築時布置了20台HBT80-105地泵,1台汽車泵;塔Ⅱ底板澆築時布置了17台HBT80-105地泵,1台汽車泵。
在超大體積混凝土澆築過程中,共投入管理人員116人,分為兩個大班,每班58人;投入勞動力728人,分為兩個大班,每班364人。
由於針對配合比進行最佳化,並採取相應的技術措施,施工組織得當、實施順利,使底板施工中產生經濟效益約1070萬元。
中央電視台新台址主樓底板澆築成型的混凝土觀感質量良好,混凝土試塊強度全部滿足設計及規範要求,到2007年為止,沒有發現任何有害裂縫產生,達到預期質量目標。
註:施工費用以2007-2008年施工材料價格計算
榮譽表彰
2009年10月19日,中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》,《超大體積混凝土澆築施工組織工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。