石棉500kV變電站大體積混凝土施工中的裂縫控制

伍 斌

（四川電力送變電建設(shè)公司，四川 成都 610051）

石棉500kV變電站大體積混凝土施工中的裂縫控制

伍 斌

（四川電力送變電建設(shè)公司，四川 成都 610051）

近年來(lái)，在大體積混凝土澆筑工程中，裂縫的產(chǎn)生一直成為技術(shù)人員研究的課題。如何才能有效的防止裂縫產(chǎn)生提高工程質(zhì)量，本文作者結(jié)合工程實(shí)例，主要就大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施進(jìn)行了闡述，同時(shí)對(duì)裂縫控制的計(jì)算做了分析。

變電站；大體積混凝土；裂縫控制；措施

1 工程概況

石棉500kV變電站工程，其中的GIS設(shè)備基礎(chǔ)為一大板基礎(chǔ)，最長(zhǎng)處為68.15m，最寬處為25.05m，最厚處為1.6m，墊層混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C10，基礎(chǔ)及溝道混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土澆筑量約1200m3，采用泵送混凝土施工方法，要求一次澆筑成型，不設(shè)施工縫?；A(chǔ)底板下部雙向配置φ20@200鋼筋，底板上部縱、橫向分別配置φ16@200、φ12@200鋼筋。

2 大體積混凝土裂縫類(lèi)型分析及處理措施

2.1 大體積混凝土裂縫的類(lèi)型

（1）表面裂縫：由于混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件不同，溫度外低內(nèi)高，形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)便會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。

（2）貫通裂縫：當(dāng)大體積混凝土內(nèi)部水泥水化到一定程度后，混凝土逐漸降溫，加之混凝土失水引起體積收縮變形，在邊界條件的約束下產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)便可能產(chǎn)生貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)的裂縫。

2.2 裂縫控制施工措施

2.2.1 混凝土材料選擇

（1）選用合適的水泥：優(yōu)先選擇水化熱低和安全性能好的水泥，考慮到本地區(qū)水泥供貨商情況，決定采用礦渣硅酸鹽42.5R級(jí)水泥，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡可能減少水泥用量，降低水泥產(chǎn)生的水化熱。

（2）控制粗細(xì)骨料的質(zhì)量：石子及砂子的含泥量不超過(guò)1%和3%，盡可能選擇粒徑較大的石子（選5～35mm連續(xù)級(jí)配的碎石），砂宜選擇中粗砂（細(xì)度模數(shù)2.7），以減少水泥用量。

（3）采用“雙摻技術(shù)”：為了減少水泥用量，同時(shí)為了延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間，放慢水泥水化熱釋放速度，推遲和降低水化熱峰值，在混凝土中摻入適量的高效減水劑GM-B，減水率不小于12%，混凝土初凝時(shí)間大于90min，收縮比不大于135。同時(shí)為減少水泥用量，降低水化熱，將10%的水泥用量用Ⅱ級(jí)粉煤灰超量替代。

（4）考慮以上材料的使用和泵送的施工方法，經(jīng)試配，確定該基礎(chǔ)混凝土配合比為每m3：水泥380kg，Ⅱ級(jí)粉煤灰60kg，細(xì)骨料758kg，粗骨料1049kg，水185kg，GM-B 高效減水劑2.85kg。

2.2.2 混凝土的澆筑方法

混凝土采用全面分層的澆筑方法。將整個(gè)基礎(chǔ)分為三層澆筑，層厚一般控制在50cm左右。當(dāng)已澆筑的下層混凝土尚未凝結(jié)時(shí)，開(kāi)始澆筑第二層，如此逐層進(jìn)行，一般從短邊開(kāi)始，沿長(zhǎng)邊推進(jìn)澆筑，直到澆筑完成。

2.2.3 養(yǎng)護(hù)工作

在盡量減少混凝土內(nèi)部溫升的前提下，大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作是一項(xiàng)關(guān)鍵工作。本工程根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，采用了一層塑料薄膜加蓋兩層草袋的方法，保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間為30d。目的有兩個(gè)：一是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；二是延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫差對(duì)混凝土的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。

3 裂縫控制計(jì)算分析

為了對(duì)施工提供理論指導(dǎo)，應(yīng)對(duì)以下兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算：

（1）為了確保內(nèi)外溫差不大于25℃，要進(jìn)行溫度計(jì)算，為保溫提供理論依據(jù)。（2）大體積混凝土的降溫階段是收縮裂縫的危險(xiǎn)期，應(yīng)對(duì)其溫度應(yīng)力是否產(chǎn)生裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 .混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算

絕熱升溫：

式中，Tmax為混凝土絕熱升溫（℃）；W為水泥水化熱量，本工程取334kJ/kg；Q為混凝土中水泥用量（kg/m3）；C為混凝土比熱，取0.96kJ/kg；P為混凝土質(zhì)量密度，取2400kg/m3。

考慮到基礎(chǔ)厚度相對(duì)于長(zhǎng)度較小，表面積大，并且在深秋季節(jié)施工（5～10℃），散熱面大及傳導(dǎo)速度快，所以取散熱系數(shù)0.6（0.5～0.7），入模溫度按10℃計(jì)，則基礎(chǔ)中部最高溫度為：

3.2 .混凝土表面溫度控制計(jì)算

根據(jù)大體積混凝土施工規(guī)范的要求，內(nèi)外溫差應(yīng)控制在25℃以?xún)?nèi)，則混凝土表面溫度T1要控制在19.25℃以上。

為確?；炷帘砻鏈囟炔恍∮?9.25 ℃，用松散保溫材料草袋加塑料薄膜的方法對(duì)混凝土表面進(jìn)行覆蓋，進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，依據(jù)：

式中，H為混凝土厚度（1.6m）；λx為草袋傳熱系數(shù)，取0.14W/（m·K）；λ為混凝土傳熱系數(shù)，2.3W/（m·K）；Tq為混凝土澆筑3～5d后平均氣溫，取8℃；K，取1.6。

δ=0.5×1.6×0.14×（19.25-8）×1.6/[2.3×（44.25-19.25）]=35mm需要保溫覆蓋兩層草袋（60mm），考慮到冬季施工，不宜澆水養(yǎng)護(hù)，采用在混凝土表面先鋪一層塑料薄膜，再鋪兩層草袋即可滿(mǎn)足要求。

3.3 .收縮裂縫控制驗(yàn)算

該基礎(chǔ)L=68.15m，H=1.6m，H/L=0.023＜0.2，符合“均勻溫差和均勻收縮”的基本假定。各齡期溫度應(yīng)力的計(jì)算公式如下：

式中，E（t）為混凝土一定齡期時(shí)的彈性模量；α為混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù)，1×10-5/℃；μ為泊松比，取0.15；T（t）為結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差；Cx為總阻力系數(shù)，N/mm3；L為基礎(chǔ)長(zhǎng)度，本例為68150mm；H為基礎(chǔ)厚度，本例為1600mm；S（t）為應(yīng)力松弛系數(shù)。

以上各項(xiàng)參數(shù)分別計(jì)算如下：

（1）計(jì)算各齡期混凝土的彈性模量E（t）：

式中，E0為混凝土28d時(shí)的彈性模量，取3.0×104MPa；t為混凝土的齡期（d）；e為常數(shù)。

（2）計(jì)算各齡期混凝土收縮值及收縮當(dāng)量溫差：

式中，εy（t）為各齡期混凝土收縮值；t為混凝土的齡期（d）；ε0y為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下最終收縮值，取3.24×10-4；e為常數(shù)；α為混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù)，1×10-5/℃；M1，M2，……Mn 為考慮各種非標(biāo)準(zhǔn)條件下，與水泥品種、細(xì)度、骨料品種、水灰比、水泥漿量、養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境相對(duì)濕度、構(gòu)件尺寸、混凝土振搗方法、配筋率有關(guān)的修正系數(shù)。

（3）計(jì)算總阻力系數(shù)Cx：

式中，Cx1為地基側(cè)向剛度系數(shù)，本例為硬質(zhì)粘土地基，取3×10-2N/mm3；Cx2為地基單位面積剛度受樁基影響系數(shù)；Q為樁產(chǎn)生單位位移所需水平力；F為每根樁分擔(dān)的地基面積，本例為1.26×107mm2；E 為樁混凝土彈性模量，取2.8×104N/mm2；I為樁的截面慣性矩，取πd4/64=6.36×109mm4；Kh為地基水平側(cè)移剛度，取1×10-2N/mm3；D為樁的直徑，本例為600mm。

將各數(shù)值代入公式（12），經(jīng)計(jì)算Q=0.99×104N/mm

（4）計(jì)算總降溫產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力：

根據(jù)上述計(jì)算，該混凝土底板澆筑不會(huì)出現(xiàn)貫穿性裂縫。

結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，我們采用以上措施，在變電站工程施工中，有效地控制了混凝土裂縫的產(chǎn)生，工程質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，并取得很好的效果。

[1]王鐵夢(mèng)著.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2003.

[2]高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范(JGJ6-99)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

TU

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