xj群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工法.doc

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1、群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工技术研究与应用鉴定资料青岛城建集团有限公司二一二年九月目录鉴定大纲2工作报告4技术报告8社会及经济效益分析报告35工程检测报告36群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工法45用户使用报告53检索查新报告56应用实例63鉴定大纲一、项目名称：群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工技术研究与应用二、任务来源：自主研发三、完成单位：青岛城建集团有限公司 协作单位：济南城建集团有限公司四、鉴定依据：混凝土强度检验评定标准GB/T 50107-2010建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002预拌混凝土GB14902-2003粉煤灰混凝土应用技术规范GBJ

2、146-90混凝土泵送施工技术规程JGJ/T10-2011五、鉴定目的：通过鉴定，对群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工法作出客观评价，评审该项目研究成果是否符合国家和地方的有关法规、政策，是否符合市政工程实际需要，为该施工技术推广应用提供科学依据。六、鉴定内容：1、本项目的技术资料、文件是否齐全、符合要求，及技术、资料文件中的数据、图表是否准确、完整。2、鉴定群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工艺、施工方案是否合理。3、对群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工技术在工程中的应用技术作出判断；并综合国内同类施工方法进行对比分析，有何特点、独创性、新颖性，准确评价项目水平。4、评估经济效益和社

3、会效益。5、存在问题及改进建议。6、鉴定结论：全面准确提出意见。七、鉴定程序（一）组成鉴定委员会，通过成员名单及各工作组，选出主任（二）通过鉴定大纲（三）课题组汇报研究成果（四）专家质询与课题组答辩（五）鉴定委员会专家评审（六）专家分组讨论，起草、审议、通过鉴定意见八、根据鉴定内容全面、客观、准确地提出鉴定意见。九、鉴定资料目录1、工作报告2、技术报告3、社会及经济效益分析报告4、工程检测报告5、群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工法6、用户使用报告7、检索查新报告8、应用实例此大纲经鉴定委员会通过后生效。工作报告 1.概述1.1立项背景大体积混凝土断面大、水泥用量多，在施工过程中，水泥水化

4、后释放的水化热会使混凝土产生较大的温度应力和收缩应力，导致混凝土产生表面裂缝和贯穿性裂缝，影响基础或主体结构的整体性、耐久性和防水抗渗性。目前，国内外针对大体积混凝土裂缝控制也有了很多研究，在参考了相关文献例如：厦门海沧大桥、上海竹园第二污水处理厂等大体积混凝土浇筑时的裂缝控制，常用的技术措施有以下几点。 (1)降低水泥水化热 (2)降低混凝土入模温度 (3)加强施工中温度控制 (4)改善约束条件 (5)提高混凝土的极限拉伸强度等。对于临海粉煤灰吹填区域，因承载力过低，采用群桩基础，在该基础条件下的大体积混凝土浇筑施工而言难度更大。这是由于根据地质情况，对预先打入的混凝土预制方桩排列密集，长短

5、不一，对大体积混凝土底板的约束较大，导致混凝土更易出现裂缝。青岛城建集团有限公司与济南城建集团有限公司联合开展技术攻关，在不断试验和总结的基础上，针对临海粉煤灰吹填区域群桩基础条件下的大体积混凝土底板防裂施工问题，研制了一套可以严格保证施工质量且高效的施工工艺，经实践验证，该方法可缩短工期、降低成本、有效防止大体积混凝土底板开裂。1.2 国内研究现状的调查经过查新国内多为普通大体积混凝土的施工，通过优化大体积混凝土配合比，配合综合温控技术，最大限度地减少因水化热引起的混凝土温差应力产生的裂缝以及混凝土收缩产生的裂缝。群桩基础大体积混凝土底板防裂控制，施工场地主要为淤泥混沙层和粉煤灰回填层，地址

6、条件复杂，且预先打入的混凝土预制方桩排列密集，长短不一，对大体积混凝土的约束较大。对分析整体混凝土裂缝产生的原因和应对措施比较困难，对混凝土浇筑完毕后的后期裂缝控制如控制养护时间和测温次数必须经过计算作为参考，比较复杂和繁琐。1.3与当前国内同类研究、同类技术做综合比较1.3.1传统工艺 针对大体积混凝土水泥水化热大，构件断面尺寸较厚，热量不易排出等特点，传统工艺从优化配合比，加强养护，减小混凝土内外温差等方面入手，采取措施，以减少混凝土裂缝产生。1.3.2群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工艺结合地基承载力差的临海复杂地质条件下大体积混凝土防裂施工工艺，尤其是粉煤灰吹填造陆区域内的大体积混

7、凝土工程施工中防裂控制，相对于其它类似的大体积混凝土裂缝控制而言，分析了群桩基础对大体积底板混凝土裂缝的约束力影响，新增加了后浇带处理和泌水处理措施，并且在混凝土测温过程中选用电子测温设备，能够更精确的掌握混凝土内部温度，施工工艺先进合理，便于操作。2.课题研究的主要内容和研究人员组成2.1课题研究的主要内容本课题适用于地基承载力差的复杂地质条件下，采用群桩基础对底板混凝土约束较大的大体积混凝土工程施工，例如：筏板基础、大型设备基础、桩基础的承台、人防及地下建筑结构等大体积混凝土的施工。研究的主要内容如下：2.1.1优化大体积混凝土配合比，配合综合温控技术，最大限度地减少因水化热引起的混凝土温

8、差应力产生的裂缝以及混凝土收缩产生的裂缝。2.1.2采用斜面分层浇注混凝土的方法，有利于快速释放热量进行快速连续浇筑，缩短了施工工期。2.1.3本施工工艺，由于减少了施工工序之间的交叉，从而简化施工程序，加快施工进度。2.1.4本施工工艺，采用800mm后浇带做法，避免了混凝土因长度大引起的温度收缩裂缝，保证了施工质量。2.2课题研究人员组成主 要 研 制 人 员 名 单序号姓名性别出生年月技术职称文化程度工作单位1张凯男1975.6工程师研究生青岛城建集团有限公司2陈聪男1980.11工程师本科青岛城建集团有限公司3陈奎松男1986.7助工专科青岛城建集团有限公司4刘锋男1973.6高工本科

9、济南城建集团有限公司5孔德中男1984.3助工本科济南城建集团有限公司6于天光男1962.10高工本科青岛城建集团有限公司7曲健男1975.7高工本科青岛城建集团有限公司8曹现迎男1974.6高工本科青岛城建集团有限公司9类维波男1980.12工程师本科青岛城建集团有限公司10于建欣男1986.1助工本科青岛城建集团有限公司3研究过程2007年8月至2007年10月课题小组在青岛市娄山河污水处理厂工程中，对群桩基础条件下的大体积混凝土底板防裂施工问题，进行了施工技术探讨和研究，确定施工工艺。2010年4月至2010年6月课题小组在青岛娄山河污水处理厂一期出水标准升级工程中，对群桩基础条件下的大

10、体积混凝土底板防裂施工问题，再次进行了施工技术分析，完善了施工工艺。2011年5月至2011年7月课题小组在青岛太原路固体废弃物中转站迁建工程中，对群桩基础条件下的大体积混凝土底板防裂施工问题，第三次进行了施工技术的深入研究和工艺提升。大体积混凝土浇筑常用的技术措施有以下几点。 (1)降低水泥水化热 (2)降低混凝土入模温度 (3)加强施工中温度控制 (4)改善约束条件 (5)提高混凝土的极限拉伸强度等。对于沿海粉煤灰吹填区的地下大体积混凝土浇筑施工而言难度更大，这是由于施工场地主要为淤泥混沙层和粉煤灰回填层，地址条件复杂，且预先打入的混凝土预制方桩排列密集，长短不一，对大体积混凝土的约束较大

11、。青岛城建集团有限公司与济南城建集团有限公司联合开展技术攻关，在不断试验和总结的基础上，针对临海粉煤灰吹填区域群桩基础条件下的大体积混凝土底板防裂施工问题，研制了一套可以严格保证施工质量且高效的施工工艺，经实践验证，该方法可缩短工期、降低成本、有效防止大体积混凝土底板开裂。4该项目研究的目的意义 解决了项目施工中，水泥水化后释放的水化热会使混凝土产生较大的温度应力和收缩应力，导致混凝土产生表面裂缝和贯穿性裂缝，影响基础或主体结构的整体性、耐久性和防水抗渗性。而且施工场地主要为淤泥混沙层和粉煤灰回填层，地址条件复杂，且预先打入的混凝土预制方桩排列密集，长短不一，对大体积混凝土的约束较大。为临海粉

12、煤灰区域大体积混凝土浇筑施工提供了很好的范例。5已应用和推广的情况青岛市娄山河污水处理厂位于青岛市李沧区西部的娄山河入海口，厂区总规划用地约22万m2，场地原为青岛发电厂的粉煤灰排放场。其中生物反应池长141m*宽120m，分东、西两池（每池长141m,宽60m），净高7.2m，底板厚850mm，外池壁厚650mm，C80预应力混凝土管桩基础。该工程采用本工艺施工，效果较好；青岛娄山河污水处理厂一期出水标准升级工程位于青岛市李沧区娄山河入海口青黄高速公路西侧，粉煤灰吹填区域，总占地面积1万，工程造价3859万元。其中污泥浓缩预缺氧池40m*22m*9m（池深），底板800mm厚，池壁600mm

13、厚，该工程采用本工艺施工，效果较好；青岛市太原路固体废弃物中转站迁建工程位于李沧区滨海路36号，娄山河污水处理厂西侧的电厂粉煤灰吹填区，占地面积约10万。其中中转车间底板长144m，宽82.5m；地下一层，地下室埋深8.2m。本工程设计采用桩基础及大体积成片筏板基础，底板厚度800mm，局部1500mm，属于大体积砼，该工程采用本工艺施工，效果较好。在青岛城建集团有限公司承包的青岛市城市粪便无害化处置工程施工中，地处粉煤灰吹填区域，基础结构形式桩基础，其中隔离液及调节池底板及外墙厚度较大，准备采用群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工法进行施工。6结论与展望 临海粉煤灰吹填区地下混凝土结构防裂

14、控制施工工法通过优化大体积混凝土配合比，配合综合温控技术，最大限度地减少因水化热引起的混凝土温差应力产生的裂缝以及混凝土收缩产生的裂缝。采用斜面分层浇注混凝土的方法，有利于快速释放热量进行快速连续浇筑，缩短了施工工期。另外本施工工艺，由于减少了施工工序之间的交叉，从而简化施工程序，加快施工进度。 工程施工过程中严格执行施工规范、操作规程，工程内容符合设计要求，施工质量符合质量标准。同时社会效益和经济效益显著，在市政同类相似的工程中经受了检验，可以推广。技术报告1.大体积混凝土底板裂缝早期控制计算根据施工拟采取的防裂措施和现场的施工条件，在大体积混凝土浇筑前先计算水泥水化热绝热温升、各龄期的弹性

15、模量、收缩变形和收缩当量温差估算出混凝土内部最大的温度收缩应力，若小于混凝土的极限抗拉强度，表示采取的措施有效地抑制裂缝的出现；若大于混凝土的极限抗拉强度，须从配合比、施工技术、养护、控制温差等措施改善。1.1 温度应力计算1.1.1水化热绝热温升计算工程采用青岛山水牌普通硅酸盐水泥，用量288 kg/m3，粉煤灰用量48 kg/m3，矿粉用量144 kg/m3，青岛山水牌普通硅酸盐水泥第28天最终水化热是Q0=330KJ/kg，通过计算得到浇筑后第3天释放的水化热是Q(3d)=Q0(1-e-mt)=330（1-e-0.3843）=225.7KJ/kg,浇筑后第7天水泥释放的水化热是Q(7d)

16、=Q0(1-e-mt)=330(1-e-0.3847）=307.55 KJ/kg。假定混凝土处于上不能散发热量的绝热状态，混凝土把内部温度持续上升与时间的规律由下式确定： 在掺有粉煤灰的情况下按照下列公式计算水化热绝热温升：绝热最高温升 ： T(t)任意时间t，混凝土绝热温升值（）；W每立方米中水泥用量（kg）；C混凝土的比热，一般取0.97103J/(kg)；混凝土质量密度，取2600kg/m3；t混凝土浇筑后计算天数（d）；k折减系数，对于粉煤灰取0.3；F掺合料用量（kg/m3）；m水泥品种与温升速度有关的系数，0.30.5；具体见表1-1。根据公式得：T3d=(mc+KF)Q /C=(

17、288+0.3192) 225.7/0.972400=33.5T7d=(mc+KF)Q /C=(288+0.3192) 307.55/0.972400=45.6表1-1 m值随温度的变化取值浇筑温度（）51015202530m0.2950.3180.3400.3620.3840.4061.1.2各龄期混凝土收缩变形值一般表达式：各龄期混凝土的收缩相对变形值；标准状态下混凝土极限收缩值，取3.24104；M1,M2,M3Mn修正系数；根据该地区地质条件以及按照规范要求取：M1=1.00, M2=0.92, M3=1.00, M4=1.357, M5=0.9, M6=1.09, M7=0.88,

18、M8=1.02, M9=1.10, M10=0.86。(3d)= 3.2410-4（1-e-0.013）0.921.3570.91.090.881.021.100.86=0.910-5；(7d)= 3.2410-4（1-e-0.017）0.921.3570.91.090.881.021.100.86=2.310-5。1.1.3混凝土当量温差混凝土的当量温差是将混凝土收缩引起的变形换算成引起同样的变形所需要的温度，一般公式：Ty(t)各龄期混凝土的收缩当量温差（）；混凝土线膨胀系数，取1.010-5；T3d= (3d)/=0.9；T7d= (7d)/=2.3。1.1.4混凝土弹性模量一般计算公式

19、： E(t)混凝土浇筑后t时刻的弹性模量（N/mm2）；Ec混凝土28d的弹性模量（N/mm2）；E(3d)=E0(1-e-0.09t)=3.25104(1-e-0.093)=0.77104；E(7d) =E0(1-e-0.09t)=3.25104(1-e-0.097)=1.521041.1.5混凝土收缩应力为了确切计算混凝土早期温度应力，考虑弹性模量和松弛系数的变化，一般计算公式如下： 混凝土温度应力（N/mm2）；混凝土的最大温差（）；应力松弛系数，一般取0.30.5；混凝土泊松比，一般取0.150.20；L底板长度（mm）；约束状态影响系数，可按下式计算：其中，H基础底板厚度（mm）；C

20、x地基水平阻力系数；见表1-2。第三天约束状态影响系数：第七天约束状态影响系数：均小于混凝土极限抗拉应力1.71MPa，不会出现裂缝。表1-2地基水平阻力系数Cx的取值地基类型软粘土砂质粘土坚硬粘土风化岩岩石Cx的值0.010.030.030.060.060.100.601.001.001.501.2设计控制措施1.2.1结构设计合理合理设置施工缝和后浇带，以减小约束应力。对于临海复杂地质大体积混凝土而言，因水化产生的温度应力与混凝土浇筑块的不均匀温差约束系数有关系，该系数越大，温度应力越大，混凝土产生裂缝的几率也越大。而该系数又与浇筑长度相关，浇筑长度越大，温度应力也越大。因此，适当的分层分

21、块，减小浇筑块长度是减小温度应力的一个有效措施。1.2.2科学配筋采取科学的配筋形式。钢筋或其类似作用的材料在混凝土中首先承担着传递应力的作用，混凝土产生变形时部分应力可以被钢筋的拉伸作用所抵消，如应力从较高区域向较低区域转移。另外，钢筋在混凝土中一般呈网格状分布，这本身就可以妨碍混凝土的流动，显然网格越密，刚浇筑的混凝土内部流动的几率也越小。一般而言为了方便施工采取大直径、小密度的配筋方法，因为密度越小，钢筋间距越大，对集料的最大粒径要求较小，反之密度大间距小，集料就要求越细，影响施工。因此在混凝土浇筑时，必须平衡这两方面的矛盾，一般在不影响结构受力的情况下，尽量疏散钢筋。2.设置膨胀加强带

22、、后浇带结构物长度是影响温度收缩应力的因素之一，且在一定长度范围内对温度应力影响较为显著。后浇带、膨胀加强带的设置能有效减少温度给结构物带来应力，因此减少裂缝的开裂。由下式可知： 基础的温度应力与浇筑体的不均匀温差约束系数A2有关，A2愈大，所产生的温度应力愈大，A2关系式有以下确定： 由此可见，温度应力与混凝土一次性浇筑长度有关，浇筑长度愈长，所出现的温度应力愈大，所以，合理设置后浇带是十分有必要的。以太原路固体废弃物中转站迁建工程为例，该工程因结构长度较大为144m，经计算在长度方向上设置两条2条后浇带，宽度方向上设置一条后浇带，每条后浇带宽度800mm，并且一直保留到建筑主体完工时，用补

23、偿性混凝土将其浇筑完毕。膨胀加强带采用添加51 kg/m3AEA膨胀剂的混凝土在混凝土初凝前浇筑完成，后浇带则一直保留到主体施工完毕才浇筑，后浇带采用的混凝土同膨胀加强带的混凝土；后浇带、膨胀加强带均采用钢丝网封闭并支好模板，以防在浇筑混凝土时混凝土流入后浇带或者是膨胀加强带，影响再次浇筑到后浇带或者膨胀加强带内混凝土的质量。后浇带、膨胀加强带的布置如图2-1；分割后浇带内铁丝网布置如图2-2；留设到主体完工的后浇带如图2-3；主体完工后浇筑完的后浇带如图2-4。图2-1加强带、后浇带布置图铁丝网分割后浇带图2-2后浇带分割设置浇筑完成的后浇带后浇带 图2-3一直留设到主体完工的后浇带 图2-

24、4主体完工后后浇带浇筑3.养护措施温度应力计算：由前面理论知识得，龄期为3天释放的水化热225.7 KJ/kg，最大绝热温升33.5，浇筑3天后的混凝土的弹性模量是0.77104N/mm2,计算得到的温度应力为0.53MPa，小于1.71MPa；龄期为7天释放的水化热307.55KJ/kg，最大绝热温升45.6，浇筑7天后的混凝土的弹性模量是1.52104N/mm2,计算得到的温度应力为1.70MPa，小于1.71MPa，所以不会产生温度裂缝。图3-1入模温度对大体积混凝土温升的影响3.1最大绝热温升的测算Tmax=(mc+KF)Q/c 式中：Tmax混凝土内部的最高温升值（）；mc混凝土中的

25、水泥用量（288kg/m3）；Q水泥28d水化热（330 KJ/kg）；F混凝土中的活性掺和料用量（192kg/m3）；C混凝土比热、取0.97 KJ/(kgk)；混凝土密度取2600 kg/m3；K掺和料折减系数，取0.3；经计算：Tmax =45.63.2保温材料的厚度计算和覆盖方法经计算，本底板混凝土中心最高温度为45.6，按有关规定要求混凝土内外温差控制在25范围内，采用毛毡保温养护，则混凝土与保温材料接触的温度为：Ta= Tmax -25=20.6因此，混凝土保温材料厚度按下式计算 养护材料厚度K传热系数修正值，取1.5结构物的厚度，取1.5米保温材料（毛毡）导热系数，取0.06w/

26、mk；1混凝土导热系数，取2.33w/mka混凝土表面温度b混凝土达到最高温度时的大气平均温度，计算时可取ab=15-20, maxa=20-250.51.5150.061.5/(2.33(45.6-25) =1.9cm经计算，所需保温材料的厚度为1.9cm，即在施工时在混凝土表面覆盖1.9cm，即可保证混凝土的保温要求。由于夏季施工大气温度较高，混凝土表面水分蒸发较快，为了防止水分过快丢失，在保温层上洒水保持3.3实时测温加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土块体的温度梯度和湿度不至于过大，以有效控制有害

27、裂缝的出现。如图3-2所示混凝土竖向测温点，3-3水平测温点布置示意图，以及3-4现场测温图。图3-2大体积混凝土的竖向测温布置图 图3-3大体积混凝土测温点平面布置图 图3-4现场大体积混凝土测温4.临海复杂地质大体积地下混凝土有限元分析采用MIDAS/civil软件对该工程大体积混凝土筏板基础进行温度应力有限元分析。MIDAS/civil是通用的空间有限元分析软件，适用于大体积地下混凝土结构、桥梁结构、水利水电结构的分析与设计。利用其独特的GUI和图形处理功能可按阶段进行查看，将结构输出文本形式。MIDAS/civil进行温度应力分析包括热传导分析和温度应力分析连个过程，参照文献主要步骤如

28、下：（1） 输入构件的材料特征值（弹性模量、热传导系数等）（2） 输入时间依存性材料特征值（收缩与徐变等）（3） 建立结构模型（建立结构单元与边界条件）（4） 水化热分析控制（5） 环境温度函数、对流系数函数、但愿对流边界（6） 输入外界温度（7） 热源函数、分配热源（将热源分配给相应的单元）（8） 施工阶段的设定（9） 分析与查看结果：结果输出4.1大体积混凝土有限元模型参数的选取4.1.1模型的选取（1/6结构）该工程实例是大型混凝土设备基础，其尺寸为144m82.5m1.5m，X轴方向设置2条后浇带，Y轴方向设置1条后浇带将基础分为6块，参照文献，取其中的一块作有限元模型分析，其尺寸为4

29、8m40m1.5m，筏板基础下用打桩机打下有1909根450mm450mm、长度为21m的预制方桩（因在基坑开挖后，截去8m左右，实际埋在地基中的桩长度在13m左右），方桩深度的确定通过桩顶标高确定并结合贯入度辅助确定，然后浇筑100mm素混凝土垫层，假设由地基导热，根据现有的工程特殊地质（最上层粉煤灰回填、地基与基础交界处出现地下水、持力层为沙土）条件取地基尺寸为60m50m1.0m，混凝土设备筏板基础所浇筑的混凝土强度为C40P8，采用青岛山水牌普通硅酸盐水泥，并掺加大量粉煤灰与矿粉，用以替代一部分水泥降低水化过程产生的热量减小裂缝开裂的概率，由于设置后浇带采取分块施工，每块采取分三层浇筑

30、施工，第一层浇筑厚度均为500mm，每一层的浇筑时间大约为4-5h，模型尺寸见下表4-1。表4-1模型尺寸及分层浇筑厚度划分位置尺寸浇筑时间地基筏板基础浇筑第一层60m50m1.0m48m40m1.5m48m40m0.5m5-6h浇筑第二层浇筑第三层48m40m0.5m48m40m0.5m5-6h5-6h4.1.2模拟分析材料热特征值（1）参数的选取。混凝土有限元模型中有关材料物理特性的指标根据工程经验选取见下表。表4-2有限元模拟分析参数物理特性筏板基础地基比热（kcal/kg）比重（kg/m3）热传导率（kcal/mh）对流系数（kcal/m2h）28d抗压强度（N/mm2）28d弹性模量

31、（N/mm2）强度发展系数ACI热膨胀系数泊松比水泥用量（kg/m3）热原函数系数环境温度（）混凝土浇筑温度（）0.2426002.3312403.25104a=4.5，b=0.951.010-50.2288K=48.99,a=0.7见图4-1230.218001.8121.01031.010-50.2见图4-123在混凝土浇筑期间对外界大气温度连续30天的记录并查当地夏季气候资料，最终借助MIDAS/civil辅助作图绘制的温度曲线如图4-1：图4-1环境温度（2）初始条件与边界条件。温度的分布是不均匀的，在验算贯穿性裂缝时，取截面均匀降温差，为了简化计算假设界面中部水化热均匀温升，最大绝热

32、温升为48.99。筏板基础与地基的接触，覆盖的保温层与基础的接触，筏板四周通过模板与大气的接触为第三类接触。并假定地基土层温度与大气温度相同为初始温度。混凝土底板与桩基接触，混凝土底板因水化热引起的温度变化导致的变形变化受到桩基的约束，会产生摩阻力与粘结阻力，引起剪应力，相应的位移愈大，剪应力愈大，基于此作用，假设筏板基础与地基的交界面之间的连结采用弹簧连接，其中软粘土的地基弹簧刚度近似为9800kN/m，岩石类地基弹簧刚度近似为60000kN/m。在X方向和Y方向的弹簧刚度分别赋予地基水平阻力系数的对应值，Z方向弹簧度无限大，不发生相对位移。4.1.3MIDAS建立的有限元模型及有限元划分借

33、助MIDAS/civil辅助建模，采用八节点立方体单元划分模型，将地基与筏板基础按长度宽度高度为3m2m0.5m进行划分，划分后的模型如图4-2：图4-2midas建立的大体积筏板基础模型及有限元划分4.2大体积混凝土有限元求解在固体热传导理论基础上根据变分原理建立混凝土结构非温度场有限元基本公式求得温度场；由混凝土热弹塑性体本构关系建立混凝土热弹塑性体温度应力有限元公式，求得混凝土温度应力。考虑到空间不稳定的温度场、以及热传导方程、初始和边界条件，等价于以下函数：温度在t=0时，假设初始温度在第一类边界上取边界温度，使下列函数去极小值：其中，是在求解域R上的体积分，是在边界C上的面积分，式中

34、：T是温度，是绝热温升，是表面放热系数，是导温系数，是温度，是边界温度。现把求解域划分有限单元，假设单元e的结点为,结点温度，单元内任意点的温度都可以用温度表示为： 把单元e看做R上的一个子域,则有：当单元无限小时，近似地认为均匀分布，则有：式中： 为了使I(T)取最小值，有：得： 将上式代入得到： 其中根据上式求出时结点温度，在选取时间步长应满足。4.3大体积混凝土有限元结果分析（1）筏板基础中心温度与时间的关系图4-3筏板基础中心温度与时间的关系（2）筏板基础表面温度与时间的关系图4-4筏板基础表面温度与时间的关系图4-5中心与表面温差与时间的关系4.4模拟分析结果（1）温度分析结果 最大

35、温度云图 最小温度云图 10小时温度云图 30小时温度云图 50小时温度云图 80小时温度云图 80小时温度云图 120小时温度云图 190小时温度云图 210小时温度云图 230小时温度云图 260小时温度云图 300小时温度云图 360小时温度云图 480小时温度云图 680小时温度云图 800小时温度云图 980小时温度云图图4-6温度变化分析结果（2）应力分析结果 10小时应力云图 30小时应力云图 50小时应力云图 80小时应力云图 120小时应力云图 150小时应力云图 190小时应力云图 210小时应力云图 230小时应力云图 260小时应力云图 300小时应力云图 360小时应

36、力云图 480小时应力云图 600小时应力云图 680小时应力云图 980小时应力云图 最小应力云图 最大应力云图图4-7应力变化分析结果图4-8整体应力与时间的关系（a）（b）图4-9控制点应力和张拉应力与时间的关系图4-10控制点拉应力比与时间的关系图4-11控制点温度与时间的关系通过对临海复杂地质（临海粉煤灰吹填区域）1.5m厚大型设备筏板基础施工阶段水化热的模拟分析，分别从整体应力和温度变化、控制点的温度与应力变化得到：1）随着混凝土筏板基础内水泥水化反应的进行，在此区域形成比较大的温度应力梯度，混凝土核心区应力逐步增大，通过分析可知，最大温度应力出现在160小时，对应的应力最大值为1

37、.70MPa，此时的最大绝热温升为45.6，最高温度为65.5。2）在水泥水化过程中，混凝土核心区水化热释放的热量也影响到地基，使得地基温度也有所上升，此时基础与大气的温度差约为30。5该项目研究的目的意义 解决了项目施工中，水泥水化后释放的水化热会使混凝土产生较大的温度应力和收缩应力，导致混凝土产生表面裂缝和贯穿性裂缝，影响基础或主体结构的整体性、耐久性和防水抗渗性。而且施工场地主要为淤泥混沙层和粉煤灰回填层，地址条件复杂，且预先打入的混凝土预制方桩排列密集，长短不一，对大体积混凝土的约束较大。为临海粉煤灰区域大体积混凝土浇筑施工提供了很好的范例。6.技术经济指标的先进程度大体积底板混凝土浇

38、筑完毕后，观感质量较好，未发现比较明显的裂缝，其中混凝土的配合比，水泥用量和温度控制相对国内其它类似工程控制较好，但工程也存在一些不足，主要在混凝土后浇带处，发现细微裂缝三处，经现场查看和分析主要因为混凝土边缘保温保湿养护覆盖有遗漏，通过加强责任心完全可以避免，总体上该工艺比较成熟和先进。7.工艺原理影响混凝土结构温度裂缝的因素很多，诸如混凝土的热学、力学参数，弹性模量，约束强弱，绝热温升，徐变及松弛系数、收缩变形，保温性能，养护条件等。大体积混凝土施工时，能否较好地控制裂缝的出现或开展，关键在于尽快释放水泥水化产生的热量，降低混凝土浇筑时的温度，降低块体内部温度，减小混凝土内外温差，在施工过

39、程中预留测温孔进行实时测温必要时采取措施以达到减少温度应力引起的裂缝的目的。降低水泥水化热可采用如下方法：选用中低水化热的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或粉煤灰水泥等。尽量选用级配良好的集料，大量掺加粉煤灰等掺和料，充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量，每立方米混凝土每减少10kg水泥用量，混凝土水化温度将降低1。在混凝土内部预埋冷却水管，通人循环冷却水带走热量。降低混凝土入模温度可采用如下方法： 夏季砂石材料应避免阳光直晒，并可喷冷水雾或冷气预冷；用低温水或冰水搅拌混凝土；运输过程中也应避免日晒。 保证模内通风，加速模内热量散发。 掺入缓凝型减水剂，避免水化热集中产生。加强施工中

40、温度控制可采用如下方法：混凝土浇筑后，要保温保湿长期养护，缓慢降温，避免混凝土内外温度、湿度梯度过大。 加强测温控温，及时调整保温养护措施，将混凝土内外温度差控制在25以下。 合理安排施工顺序，使浇筑的混凝土均匀上升，避免过大高差。改善约束条件可采用如下方法：分层分块浇筑，合理设置施工缝及后浇带，以放松约束条件并减少水化热的聚集。 对大体积混凝土基础，可在与岩石地基或混凝土垫层之间设置滑动层(隔离层)，如刷沥青、铺卷材等，以消嵌固作用，释放约束力。提高混凝土的极限拉伸强度可采用如下方法：选择良好级配的粗集料，严格控制砂石含泥量，可掺入适量的膨胀剂，振捣要密实。根据大体积混凝土形状，在易发生裂缝

41、部位增配构造钢筋，承受收缩拉应力。8. 群桩基础大体积混凝土底板防裂控制施工工艺流程及操作要点8.1工艺流程A.浇筑前准备工作 B.绑扎底层钢筋C.布置冷水管D.绑扎顶层钢筋E.支模板 F. 布置测温点G.400mm 斜面分层浇筑混凝土 H.标尺分层量取高度 I. 分层振捣 J.人工找平K.清除混凝土表面浮浆 L. 拆模M.养护N.成品保护。(流程见图5.1)施工准备则包括（1）编制施工组织设计、材料供应方案、混凝土浇捣方案及测温和养护等专项技术措施。（2）审核商品混凝土搅拌站施工资质及供应量情况，要求其所供应的商品混凝土组成的所有材料，如水泥、粉煤灰、骨料等品牌及质量要求技术参数必须完全一致。（3）对劳务队进行大体积混凝土浇筑监控要点的技术交底，明确浇筑重点。E布置测温点F支模板G400mm分层浇筑砼B绑扎底层钢筋C布置冷水管D绑扎顶层钢筋