福建省东霖建设工程有限公司总工室福建泉州362121
摘要：在工业与民用建筑中，超长、超厚的大体积砼筏板基础已愈来愈多，其裂缝的产生时有发生，大体积砼一旦出现裂缝，其整体性、耐久性、承载力、使用功能、使用寿命、结构安全均会受到影响，如何控制大体积砼裂缝的产生，是一项国际性的技术问题。
本文通过泉州“恒大都市广场”综合大厦筏板基础工程实践，分析、总结了大体积砼裂缝的成因及有效的控制措施，在此概述以供同行参考指正。
关键词：大体积砼筏板施工裂缝控制措施
一、工程概况
地下3层；地上30层；地上高度145.3m；建筑面积14.8252万m2；框剪结构，冲孔灌注柱基础；基础筏板厚度：裙楼0.5m；主楼核心筒7.9m；核心筒周围3m。筏板体积1.853万m3；筏板砼强度等级C35P10。
二、大体积砼筏板裂缝的成因分析
2.1、升温裂缝（也叫膨胀裂缝）：大体积砼浇筑后，水化热聚积在内部不易散发，砼内部温度逐渐增高，而表面散热很快，形成较大的内外温差，内部产生压应力，外部产生拉应力。若在砼表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，由于此时的砼的龄期很短，抗拉强度很低，如果温差产生的拉应力超过此时砼的极限抗拉强度，就会在砼表面形成裂缝，这种裂缝一般多发生在砼浇筑后的升温阶段。
2.2、降温裂缝（也叫收缩裂缝）：它产生在砼的降温阶段，由于砼散热而产生收缩，在收缩时受到桩头（本工程冲孔灌注桩头锚入筏板底100mm）或筏板内部钢筋的约束，会产生很大的收缩应力（拉应力），如果产生的收缩应力超过当时的砼极限抗拉强度，就会在砼中产生收缩裂缝，这种裂缝有时会贯穿全断面而成为结构性裂缝。
2.3、干缩裂缝：砼中的水分80%要蒸发，20%水份是硬化所需，随着水份蒸发以及胶质体的胶凝等作用下就会出现干燥收缩，表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，表面收缩应力受到中心收缩应力的约束，表面产生拉应力而出现裂缝。干燥收缩变形的塑性裂缝与水化热的变形裂缝叠加起来，会对混凝土结构造成更不利的影响，甚至出现贯通性的裂缝。
2.4砼匀质性差产生裂缝：砼在拌制中其坍落度，外加剂，骨料粒径不同及振捣密实度不均匀，造成砼的弹性模量不同，形成收缩变形不均匀，导致应力集中而引起裂缝。
2.5、筏板设计厚度变化较大产生裂缝：因筏板厚度变化较大，所产生的温度应力（包括升温和降温）和砼收缩应力在交界处产生较大的集中应力，导致砼裂缝;或留坑，留槽使筏板砼截面缩小产生应力集中而造成裂缝。
2.6养护不及时不到位引起裂：
①砼二次振捣抹压后未及时覆盖进行保湿或未按规定进行洒水保湿养护，表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，表面收缩应力受到中心收缩应力的约束，表面产生拉应力而出现裂缝。
②砼二次振捣抹压后未及时覆盖进行保温养护或覆盖厚度不足，此时砼正处在升温阶段，砼表面散热快，内部散热慢，使外层砼与内部砼产生温差梯度和温差应力，使大体积砼产生裂缝。
③大体积砼在降温阶段由于表面保温层覆盖厚度不足或提前揭开保温层，使温度急剧下降，中心产生较大拉应力，此时砼抗拉强度低于温度产生拉应力时，砼出现垂直裂缝。
三、大体积砼筏板裂缝控制对策
3.1精心设计混凝土配合比：大体积砼配合比设计的原则：在保证砼强度及坍落度要求的前提下，提高掺合料和骨料的含量，以降低每立方米砼的水泥用量和用水量，并应在配合比确定后进行水化热的验算和测定。
3.2选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥：降低砼中水泥在水化过程中的水化热，减少砼在施工过程中由于温差过大产生膨胀与收缩裂缝。
3.3添加缓凝型减水剂作用有二：一是减慢混凝土的凝结速度，为混凝土的搅拌和施工过程创造时间空间；二是减少混凝土的用水量（混凝土掺入减水剂后，虽然用水量减少，但塌落度并不降低，而用水量少了，混凝土的收缩变形量少了，从而达到减少塑性裂缝的目的），可推迟水化热的峰值期、减少混凝土的塑性裂缝。
3.4添加UEA微膨胀剂在砼中的作用机理：干缩和温差收缩是大体积砼裂缝的主要原因之一，为此，比较有效的措施是掺配以补偿收缩为主要功能的砼微膨胀剂来控制混凝土裂缝。微膨胀剂加入到砼中，拌水后生成大量膨胀性结晶水化物—水化硫铝酸（C3A•3CaSO4•32H2O，既钙矾石），使砼产生适度膨胀，在钢筋和邻位的约束下，在结构中建立0.2～0.7MPa预压力，这预压应力可大致抵消砼在硬化过程中产生的收缩拉应力，从而防止或减少砼收缩开裂，并使砼致密化，达到结构自防水能力。
3.5添加粉煤灰：它是一种活性材料，可以代替部分水泥，减少水泥用量，降低水化热，加强了粉末效应，提高砼和易性，减少水灰比，增加混凝土的密实性和提高砼抗拉强度，减少干缩。
3.6严格控制水灰比：水是影响砼收缩主要因素，因砼中水分大部分蒸发引起砼内部形成很多毛细孔，降低砼抗拉强度、收缩变形也同时发生，因此采用减水剂、减少水灰比，改善砼和易性，从而提高砼的抗拉强度，减少内约束应力产生裂缝。
3.7合理选用砼粗细骨料：提高粗骨料的含量，细骨料选用中砂，在相同水灰比的情况下降低每立方米砼的水泥和水用量，从而达到减少水化热、减少温度裂缝。
3.8严格控制粗细骨料含泥量：实验证明，砼的收缩随着粗细骨料的含泥量的增加而增加，同时砂石含泥量还影响到砼的抗拉强度，对砼的抗裂十分不利。所以要严格控制砂、石料的含泥量，并根据现场砂石的实际含水量进行配合比设计和投料。
3.9在筏板厚度变化较大的交界处设置后浇带：因为筏板砼厚度不同，水泥水化热所产生的温度应力不同，在交界处设置后浇带，杜绝因厚度娈化较大、温度应力相差较大交界处裂缝的产生。
3.10、增设抗温度筋：结构设计时，在筏板厚度变化较大的交界处增设抗温度筋，使砼在变截面交界处由突变改为缓变，以改善大体积砼中应力集中的现象，提高砼内部的抗拉强度，达到控制厚度变化交界处砼裂缝的目的。
3.11、设置冷却水降温系统：原理是通过高压水泵将温度较低的水注入预埋在砼中的冷却水管中，砼内部水化热通过钢管热交换导入水中，再通过水的循环使砼中心温度降低，从而达到降低砼里表温差的目的。
核心筒位置的大体积砼筏板厚度7.9米，依据《GB50496-2009大体积混凝土施工规范》要求，大体积砼内外温差不得大于25℃，采用表面覆盖保温的办法提高表面温度效果有限，里表温差控制在的25℃的安全范围内不保险，因此必须采用预埋冷却管通过水循环冷却，来强制降低砼内部水化温度。
3.12、采取分层、连续浇筑法：大体积砼厚度越大，产生的水化热越多，内表温差越大、越容易出现裂缝；同时不容易振捣密实，砼容易产生离析；分层浇筑的目的有二：1）、根据砼初凝时间约8-10h，在两层砼之间的浇筑时间差不得大于8h、在保证砼不出现施工冷缝的情况下，给大体积砼有充分的间隔时间、使水化热峰值错开，减少裂缝的产生。2）、在前层砼有一定强度后再浇后一层，砼不会产生离析又容易振捣密实、保证砼施工质量。
3.13、加强砼的二次振捣以增加砼的密实度、排除砼因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水分和空隙，提高砼与钢筋的握裹力、和驱赶泌水：由于用低热矿渣硅酸盐水泥拌制的砼有沁水的特点，砼硬化后，沁水位置形成空隙，其密度降低，混凝土与钢筋的握裹力削弱；同时沁水还是砼塑性开裂的主要原因。通过二次振捣，砼内部骨料和水泥浆的界面上溢出沁水，并通过重力的作用（混凝土比重大而水比重小）上升在混凝土表面形成沁水；以此来排除沁水以增强砼的密实度和避免混凝土内部塑性裂缝的产生。
3.14、加强砼表面的二、三次抹压：砼收缩裂缝是大体砼裂缝的原因之一，而从砼表面收缩裂缝的形成时间看，裂缝往往发生在砼初凝到终凝这段时间内，所以在施工过程中采取在砼初凝至终凝这时段内进行二次至三次搓平、抹压，以消除砼干缩、沉缩和塑性收缩产生的表面裂缝，增加砼内部的密实度。但是，二次抹压时间必须掌握恰当，过早抹压没有效果；过晚抹压砼已进入初凝状态，失去塑性，消除不了砼表面已出现的裂缝。
3.15、做好砼测温工作：为了及时掌握砼内部不同部位温度分布情况及变化规律，监视砼内外温差的波动，用以指导养护工作、控制温差和降温速率（尤其降温阶段的测温工作更为重要），如温差超标或出现异常情况，立即警报。并根据实测情况，及时调整保温养护措施，使砼的温度梯度不致过大，有效控制有害裂缝的出现。
3.16、加强砼保温保湿养护：要针对工程实况，按照施工季节、环境条件、施工方法，及时掌握不同位置、不同厚度的温度变化和湿度情况，随时调整养护措施。
①保湿养护：砼表面经过二、三次抹压后，要立即覆盖，防止表面水分蒸发，保持砼处于潮湿状态下养护。特别是对于掺入UEA膨胀剂的砼，在最初14d内，必须潮湿养护，方能促使膨胀剂充分发挥膨胀作用。
②保温养护：是减少砼表面热扩散，减小内外温差，延缓散热时间，控制降温速率，使混凝土中心与表面温差小于25℃，使表面与大气温差小于20℃，使用砼的降温速率小于2℃/d。
要根据砼绝热温升计算，确定中心最高温度，按温控技术措施，确定养护材料及覆盖厚度和养护时间，保温养护不少于15d。
四、本工程控制大体积砼筏板裂缝的实际做法
4.1、选择水泥品种和粗细骨料：
①水泥：选用水化热低、凝结时间长的低热矿渣硅酸盐水泥（永安万年牌P.O42.5R）。
②粗骨料：采用连续级配，选用花岗岩石子粒径5～31.5mm，含泥量小于1%，并符合《普通砼所用碎石质量标准及检验方法》。
③细骨料采用天然中沙，细度模数Mx=2.6～2.8，含泥量小于3％，并符合《普通混凝土用砂质量标准及验评方法》。
④砂、石料的含泥量控制：为了控制砂石的含泥量，项目部事前通知商品砼厂在采购砂石时必须严格控制含泥量，并派专人到商品砼厂进行全程跟踪监督。
4.2、掺入外加剂和掺合料：
①掺入缓凝高效减水剂（HWR-R型、维固得品牌）
②捅入UEA砼微膨胀剂（超越品牌）
③掺合料：用F类II级粉煤灰（鸿山品牌）。
4.3、砼配合比设计：配合比设计根据实际情况掺外加剂（高效缓凝型减水剂、UEA微膨胀剂）和掺合料（粉煤灰）。
每立方米C35P10抗渗混凝土的配料比如下表：
4.4、在筏板厚度变化较大的交界处设置后浇带：在主楼与裙楼（主楼筏板厚度3米、裙楼筏板厚度0.5米）交界处设置宽度1.0米的后浇带，既用于预防温度裂缝又用于预防主楼与裙楼的沉降差裂缝。
4.5、增设抗温度钢筋：在大体积砼筏板厚度变化较大（3米接7.9米）交界处增设￠12＠150、长2米抗温度钢筋；在7.9米厚筏板中部自下至上增设4层￠14＠200双向抗温度筋。
4.6、在7.9米厚筏板内部设置冷却水降温系统：只在核心筒位置（厚度7.9米）的大体积砼内部设置￠48mm、壁厚3.5mm的焊接钢管并采用丝扣连接，做循环冷却水管，水平向、竖向间距均为800mm，水管设置完先通水试验，确认无渗漏后浇筑砼，砼终凝后开始不间断地通水循环降温至砼内表温差小于10℃停止降温，再对冷却管进行高压注水泥浆填孔。
4.7、采用全面分层、斜面分层浇筑法：
因基础筏板呈上大下小的阶梯形，所以浇筑机械和劳动力的投入数量根据浇筑平面的大小分两次进行合理布置：
第一次从负20.9米浇筑至负16.4米（即从核心筒筏板底浇筑至负16.4米标高），因核心筒第一次浇筑虽然厚度大，但浇筑面积不大，砼方量不多，所以只布置一台地泵并采用全面分层浇筑法（每层厚度400～500mm）。
第二次浇筑，从负16.4米浇筑至负13.0米（筏板面），因本次浇筑面积大，混凝土方数多，考虑砼的初凝时间约8-10h，两层砼之间的浇筑时间差不得大于8h。为了保证每一处的砼在初凝前就被上一层新的砼覆盖，整个施工现场共布置6台砼地泵，每台地泵负责一个区域，采用斜面分层浇筑法，使大体积混凝土水化热峰值错开。
斜面分层浇筑法剖面图
4.8、加强砼的二次振捣以增加砼的密实度和驱赶泌水：本工程筏板砼面积大、浇筑小组多、浇筑工期长，为了控制振捣时间、预防漏振、过振，项目部安排专职施工员到施工现场专职负责督促一次和二次振捣，插入式振捣器移动间距30~40cm，振捣时振捣棒插入下层砼内深度约5～10Cm，使上下层砼充分吻合形成整体，振捣至砼表面呈现浮浆不再下沉、不冒气泡为准；第二次振捣后用3m长大滚筒滚压找平。振捣上涌的浮浆和泌水顺砼坡面下流到预先设置的集水坑，再用潜水泵将浮浆和泌水向坑外排出。
4.9、加强砼表面二、三次抹压：由于大体积砼表面水泥浆较厚，为了预防少压漏压、项目部安排专职施工员负责督促泥水工在浇筑后3～5h内用铁滚筒碾压数遍再用电动滚饼扫平，初凝前用木抹子搓平压实，终凝前再用铁抹子二、三次抹压，然后覆盖保养。
4.10、温度监测
4.10.1、从砼开始浇筑时起采取：同步、全天侯、每天24小时每分钟均不间断地进行监测，并提供逐时温度监测数据报表，作为项目部实施控温措施的依据。
4.10.2、在砼升、降温过程中，严格控制砼中心与表面温差≤25℃；表面与大气温差≤20℃。当监测数据显示砼温差接近预警值、并有继续上升的趋势时，及时警报，让项目部实施必要的温控措施。
4.10.3温度监测工作持续至砼内部温度稳定缓慢下降且在自然状态下砼内表温差≤10℃为止。
4.10.4、采用全自动微机温度数据采集仪及打印设备，电脑自动采集、自动打印数据报表，并在专用的房间内进行监测。（见下图示意）：
4.10.4、监测点布置：在筏板的重要部位砼内部布置10根测杆和50个传感器，并布置了传感器测量现场大气温度。
4.10.5、测温结论：
①混凝土入模温度为26℃～29℃，监测期间的混凝土养护现场大气日平均温度为17.2℃～26.9℃；
②监测期间，各监测点的混凝土中心最高温度为56.1℃～61.2℃；各监测点里表温差均在25℃内，各监测点中里表温差最大值为24.7℃；
③各监测点砼表面与大气温差均在20℃内，各监测点中表面与大气温差最大值为19.6℃；
④各监测点中砼的降温速率每天均在1～2℃之间。
4.11、及时覆盖、加强养护、严格控制砼温差项目部派专人负责现场砼的测温、保温、保湿养护工作，并实行24小时工作制。在砼表面压实后随即覆盖塑料膜防止水分蒸发、再盖两层加厚土工布用于保温。为防止雨水造成表面温度突降，还在土工布上面再加盖一层塑料薄膜，并采取骑缝搭接严密封盖在土工布上，防止被风吹开，其目的是隔离较低温度的雨水对土工布的影响，使砼表面已升高的温度不易散失，覆盖的保温材料增减根据现场测温实况而定，保温工作做至砼内外平均温差小于10℃、且过15天后撤消保温养护层。
在对砼保温的同时兼顾保湿，定期检查砼表面的干燥情况，及时浇水保持砼表面处于湿润状态，避免缺水干裂。
在设计单位、商品砼厂的配合下，经过采用上述做法，本工程钢筋砼筏板养护期满后，通过抽蕊检测、外观检查、混凝土试块抗压、抗渗检验、各项质量均符合设计要求和规范规定标准、且混凝土内实外光未出现温度裂缝，达到预期效果。
结语
综上所述，大体积砼筏板施工是一项复杂的结构体系，而大体积砼的裂缝主要是由温度应力和砼的收缩引起的，但只要认真、合理做好如下五阶段的工作，就能有效的防止裂缝的发生：
5.1、工程设计阶段：在截面（厚度）相差较大的交界处合理设置后浇带和抗裂温度筋、在厚度较大的筏板中设置抗裂温度筋；
5.2、配合比设计阶段：以确保砼强度、降低水泥和水用量为前提做好砼配合比设计，并掺加缓凝型减水剂、微膨胀剂、掺合料（粉煤灰）；
5.3、原材料选选阶段：选择水化热低的矿渣硅酸盐水泥；质地坚硬、含泥量小于1%三级配碎石；选细度模数2.6～2.8、含泥量小于3%中粗砂；
5.4、砼施工阶段：设置循环水降温系统、采用合理的分层连续浇筑法、加强二次振捣，加强二、三次抹压；
5.5、砼保养阶段：采取合理的测温保温保湿措施，严格控制砼里表温差，使砼表里温差小于25℃；使用砼表面与大气温差小于20℃;使砼降温速率小于2℃/d。
参考文献
[1]《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009.
[2]吴中伟著.补偿收缩砼[M].北京：中国建筑工业出版社，1979.
[3]王铁梦著.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建工出版社，1997.
[4]周国强.大体积砼配合比设计与综合温度差控制技术.施工技术.