兰州红楼时代广场工程位于甘肃省兰州市, 由主楼、裙楼组成, 地下室3层, 裙楼12层, 主楼55层, 建筑面积137 241.81m², 其中地下室建筑面积23 261.03m², 主要作为酒店和办公场所。主楼采用“钢框架+核心筒+伸臂桁架+环带桁架”结构体系, 采用筏板基础, 结构高度266m, 建筑效果如图1所示。钢结构总体用钢量大约2万t, 抗震设防烈度为8度。

主楼筏板基础平面尺寸为56.70m×60.31m, 筏板面积为3 420m², 筏板基础位于深度达26.3m的深基坑内。主楼筏板厚度分别为8.9, 4.5, 3.5m, 裙楼筏板基础厚度为1.0m, 混凝土强度等级为C45P8, 主楼筏板混凝土浇捣量为15 000m³。

筏板基础钢筋均采用HRB400级钢筋, 具有直径大、层数多、钢筋密集等特点。4.5m厚筏板基础的配筋主要分为上、下2层, 上层配筋为4排32@150双层双向, 下层配筋也为4排32@150双层双向, 中间夹16@150双层双向的构造配筋层。3.5m厚筏板基础配筋, 上层为3排32@150双层双向, 下层也为3排32@150双层双向, 中间夹16@150双层双向的构造配筋层。

8.9m厚筏板处于低跨4.5m厚筏板和高跨3.5m厚筏板的中间部位, 因此其配筋非常复杂。配筋主要分为4层, 如图2所示, 上层配筋为3排32@150双层双向, 下层配筋为4排32@150双层双向, 高跨3.5m厚筏板下部3排32@150双层双向钢筋锚进8.9m厚筏板, 低跨4.5m厚筏板上部4排32@150双层双向钢筋锚进8.9m厚筏板, 中间再夹2层16@150双层双向的构造配筋层。

筏板受力主筋采用HRB400级钢筋, 4.5m厚筏板基础的配筋达到8层32@150双层双向, 3.5m厚筏板基础的配筋达到6层32@150双层双向, 8.9m厚筏板基础的配筋达到14层32@150。筏板基础钢筋直径大、层数多、自重荷载大, 选择一个科学合理的上部钢筋支撑方法是确保钢筋绑扎顺利施工的关键。

筏板基础厚度大, 分别达到8.9, 4.5, 3.5m;结构变化复杂, 顶面标高有-20.700, -16.300m, 如何进行混凝土浇筑、确定泵管数量与浇筑方向、有效预防混凝土施工冷缝的出现, 是施工的另一个关键。

混凝土配合比设计在确保混凝土强度、抗渗性和可泵性的前提下, 合理选择外加剂和原材料, 并利用双掺技术尽可能减少水泥用量, 在降低混凝土内部水化热的环节上下功夫, 以减小温度应力从而实现裂缝控制。

筏板基础位于超深基坑内, 混凝土浇筑深度达到26.3m, 在低位混凝土泵送施工时, 由于泵管内混凝土的落差较大, 容易在竖管内产生空腔造成堵管, 而且混凝土强度高、体量大, 强度等级为C45P8, 浇捣量达到15 000 m³, 因此必须采取合理的泵管布置方式与浇筑方案。

本次混凝土在2013年12月初浇捣, 已经进入冬期施工阶段, 如何保证混凝土的浇捣质量是施工的重点。

筏板基础上部钢筋的支撑方法主要有钢筋马凳支架、钢管马凳支架、型钢马凳支架3种形式。钢筋马凳支架安装便捷、施工速度较快, 但是承载力低、稳定性差, 一般在筏板基础中采用25以上钢筋制作钢筋马凳。型钢马凳支架强度高、稳定性好, 但是安装笨重、焊接工作量较大, 施工速度较慢, 型钢马凳支架一般采用[8或[10作为支撑体系的立杆和横杆。钢管马凳支架承载力、稳定性在3种支撑方法中居中, 安装便捷、施工速度较快, 一般采用48×3.0钢管制作, 但是由于钢管内部存在空腔, 竖向钢管可以采用灌浆料填实, 但是水平钢管较难处理, 有些建设单位对此存有异议。由于传统的钢筋马凳支架承载力较低, 在超厚筏板钢筋施工中一般不考虑, 因此, 超厚筏板基础上部钢筋的支撑方法主要采用型钢马凳支架或钢管马凳支架。

兰州红楼时代广场筏板基础的厚度达到8.9m, 配筋更是达到4层, 配置14排32@150双层钢筋, 中间还有2排构造配筋, 支架要承受上部10排32@150双层双向钢筋层和2排16@150双层双向钢筋层的荷载, 对支架承载力的要求非常高;另外, 施工现场有大量经验丰富的专业钢结构焊接工人, 能确保型钢支架的焊接质量与焊接进度, 综合上面两个方面的因素决定采用型钢马凳支架。型钢马凳支架的纵横杆与立杆均采用[10, 对于4.5m和3.5m筏板的支架立杆间距为1.5m, 对于8.9m筏板的支架立杆间距为1.2m, 立柱底部采用200mm×200mm×5mm钢板。4.5m与3.5m厚筏板的支架中部设置1道水平└50mm×5mm, 与槽钢立杆焊接连接, 立柱与立柱间的角撑采用└50mm×5mm焊接。8.9m厚筏板钢筋支架上中部3层的钢筋水平横杆均采用[10, 横杆槽钢与立杆槽钢焊接连接, 其他做法与4.5m厚筏板支架相同。型钢支架的布置要避开钢结构型钢柱的高强螺栓预埋件与施工用的专用套架, 同时型钢支架的立杆和横杆要避开核心筒墙体的插筋。测温监测点依附于型钢支架立杆设置, 便于监测点保护。型钢支架焊接工作在9d内完成, 确保了工程进度。

由于大体积混凝土结构整体性要求较高, 要求一次性连续浇筑, 该工程采用斜面分层浇筑技术。根据工程体态, 为了加快浇灌速度, 将主楼底板浇筑分成2个阶段, 利用分层、分段、分条、薄层推进。因外围场地局限, 场地四周仅能布置4台固定泵, 第1阶段集中浇筑核心筒中部区域基础底板, 浇筑至-20.700m, 浇筑厚度为4.5m, 方量为6 000m³;第2阶段由南往北浇捣其余混凝土, 浇筑至-16.300m, 此次浇筑厚度为3.5m, 方量为9 000m³, 该阶段为有效解决冷缝问题, 在东、西两侧各布置两路泵管, 在每个出料口各布置1台布料机, 东、西两侧同步进行。

由于筏板基础混凝土的浇筑深度达到26.3m, 混凝土浇捣量为15 000m³, 必须确保泵送的正常进行。在超深地下室混凝土施工中, 当向下泵送的混凝土高差在20m左右时, 应在竖向泵管的下端设置弯管或水平管加弯管;当高差>20m时, 竖向泵管应每隔15~20m设置一定长度的S形弯管, 并在泵管下端设置弯管或水平管加弯管, 满足弯管和水平管的折算长度不小于竖向泵管高差的1.5倍。本工程在泵管设置时, 先将竖向泵管沿基坑侧壁设置, 在基坑16.3m深度处设置一段弯管并敷设水平管, 水平管的长度在32m以上 (共有4路泵管) , 从深度16.3m到塔楼坑底26.3m这一段不设置混凝土泵管, 设置多个固定式漏斗和串筒进行混凝土下料, 减少混凝土自由落差, 防止混凝土分层离析, 提高混凝土的浇筑效率。为了便于人员上下, 在筏板基坑东南角与西北角各设置1个上人孔, 在上部钢筋上开设1.2m×1.2m的洞口, 混凝土浇筑到该部位的相应标高前进行钢筋骨架的焊接封闭。由于筏板厚度最厚达到8.9m, 为便于施工操作, 在上、下层钢筋骨架间搭设人员上下用的爬梯, 采用32钢筋焊接制作而成, 混凝土浇筑完成后钢筋爬梯留置在筏板内。

筏板浇捣过程遵循“斜面分层、一个坡度、薄层覆盖、循序渐进”的原则, 每层厚度为400mm, 从短边开始沿长边浇筑。施工时从浇筑层下端开始, 逐渐上移, 以保证混凝土质量。利用布料机的软管在底板上皮钢筋的表面上直接布料, 再通过200串筒到达筏板下部。在保证混凝土不出现冷缝的前提下, 尽量增大入模混凝土的布料面积从而增大混凝土的散热面积, 加快散热工作。在混凝土初凝以前, 及时覆盖混凝土, 以免出现冷缝。

为了减少水泥用量, 以控制混凝土水化热带来的不利影响, 采用双掺技术, 充分利用其后期强度, 根据地方经验将混凝土强度龄期定为90d。

1) 水泥采用兰州中川祁连山水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥, 水泥用量为300kg/m³。

2) 粗骨料采用粒径为5~31.5mm的连续级配黄河卵石的破碎石, 用量为963 kg/m³, 针片状颗粒含量≤5%, 含泥量≤0.5%, 泥块含量≤0.1%。

3) 细骨料采用中砂, 细度模数为2.9, 用量为727kg/m³, 含泥量≤1.9%且0.315mm以下颗粒占15%左右。

4) 粉煤灰为减少水泥用量, 改善混凝土的和易性、减少泌水和干缩, 最大限度地降低水化热, 掺入二级磨细粉煤灰, 用量为85kg/m³。

5) 矿粉掺入超细矿渣能较好地提高混凝土的强度, 提高混凝土的密实性。采用S95级矿粉, 含量为85kg/m³。

6) 外加剂为满足防水抗渗及混凝土和易性、减缓水泥早期水化热发热量的要求, 混凝土中掺入MNF-8缓凝高效减水剂, 掺量为胶凝材料用量的2.3%;LH-7混凝土膨胀剂, 掺量为胶凝材料用量的8%;LH-8抗硫酸盐侵蚀防腐阻锈剂, 掺量为胶凝材料用量的8%。

7) 混凝土要求级配良好, 不泌水, 不离析, 和易性良好, 要求入泵坍落度为180~200mm。混凝土的初凝时间为4~6h。

通过C45P8混凝土配合比报告相关数据, 计算出T_max=67.02℃。由混凝土浇筑时期气象数据可知, 当地施工期间的日平均气温约为2℃;则混凝土浇筑完成后应该达到的内部最高温度约为69.02℃。

由以上计算可知, 应对本工程基础筏板进行适当的保温降温措施, 以保证浇筑混凝土体的各项温控数值在规范允许的温控指标范围内, 有效预防混凝土体产生有害应力和裂缝。

1) 经计算, 基础筏板表面保温措施将按表1实施, 保温保湿覆盖材料之间搭接10cm, 确保混凝土无外露部位, 达到保湿保温的效果。

2) 为了确保新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件, 防止早期由于干缩而产生裂缝, 混凝土浇筑完毕后, 在7h内加以覆盖养护, 混凝土养护时间≥14d。

为了有效检测筏板混凝土的表面和内部温度, 指导筏板混凝土养护, 采用计算机实时测温系统, 如图3所示, 混凝土中预埋的温度传感器通过模块、导线将温度数据反映到办公室的计算机上, 分辨率可达0.01℃, 可满足施工需求。

混凝土内部温度的变化情况反映了混凝土内部温度应力的状况, 通过采取有针对性的措施确保内外温差在规定范围内, 有效地保证大体积混凝土的施工质量, 避免裂缝产生, 实现信息化施工。

在筏板基础内设置10个测温点, 测温点布置在底板混凝土有代表性的部位。由于筏板基础特别厚, 因此每个测温点竖向设置5个探头, 探头布设位置按筏板厚度均匀分布, 其中上、中、下3个探头的位置要布置在板面以下100mm、底板中部、板底以上100mm。每个测温点的竖向测温探头在不同筏板内的竖向布置如图4所示。

根据测温结果随时调整或变换养护措施, 混凝土的内部最高温度与表面最低温度之差控制在25℃以内。本工程大体积混凝土进行保温保湿养护, 以防止出现有害裂缝。考虑到核心筒周边8.9m厚筏板区块, 在国内也少有浇筑先例, 为完全确保8.9m厚筏板区的混凝土内外温差达到预期目的, 采用冷却水降温法作为辅助降温方案。

采用混凝土内预埋冷却水管的方式进行大体积混凝土内部降温, 采用YZGC5×7型高压水泵, 扬程80m, 功率7.5k W, 水箱内的冷却水利用基坑深井降水;竖向进出水总管采用DN40镀锌管, 总管出水口安装可调节出水量的阀门, 水平冷却水支管采用DN32镀锌管, 由上而下共布置4道, 水平支管水平间距2.4m, 竖向间距2.175m。每道水平冷却水管的竖向位置均在相邻两个测温芯片竖向居中位置, 以保证测温数据的准确性, 冷却水的流速将根据测温数据通过进水总阀进行及时调节, 保证降温效果的持续性和稳定性。

根据计算机实时反映情况及现场测温记录得知, 混凝土内最高温度发生在混凝土中心处, 最高温度为68.76℃左右, 根据测温记录绘制出混凝土内部温度变化曲线。

超厚筏板大体积混凝土浇筑历时5d, 根据测温结果显示8.9m厚筏板内3号中部监测点在2013年12月10日12:19达到核心温峰68.76℃, 与计算核心温峰69.02℃基本吻合, 该温度出现在混凝土浇筑完成后的第5天, 随后混凝土核心最高温度逐渐下降, 同时混凝土表面温度也同步下降, 但是整个监测过程中各内部最高温度与表面最低温度之差均控制在25℃以内, 达到预定目标要求。基础筏板浇筑完成1个月后, 检查未发现肉眼可见裂缝。

兰州红楼时代广场主楼筏板基础厚度达到8.9m, 基础位于深度达26.3m的深基坑内, 混凝土浇捣量为15 000m³, 钢筋配置密集、层数多、自重大, 通过对超厚大体积混凝土、型钢马凳支架、超低位混凝土泵管布置等采取一系列的科学措施, 确保了型钢马凳支架的安全和混凝土的顺利泵送, 有效控制了混凝土的温差, 避免了裂缝出现, 确保了筏板基础的工程质量, 相关的技术措施值得类似工程借鉴。