基于輕質活性粉末混凝土的預制裝配式電纜溝研究及在輸變電工程中的應用

萬新（廣州電力設計院）

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基于輕質活性粉末混凝土的預制裝配式電纜溝研究及在輸變電工程中的應用

萬新
（廣州電力設計院）

【摘要】本文基于一種新型的輕質活性粉末混凝土材料，研究了輕質高強預制裝配式電纜溝，分析了這種材料的材質組成、配制原理和養護工藝，介紹了此種基于輕質活性粉末混凝土預制裝配式電纜溝的型式和設計優化，通過在廣州某輸電線路工程應用，總結了其應用的社會效益和經濟效益，為下一步推廣奠定了基礎。

【關鍵字】裝配式電纜溝；輕質活性粉末混凝土；輸變電工程

1　前言

預制裝配式電纜溝相對于傳統的電纜溝而言，其優勢在于減少現場施工時間、優化現場施工環境和便于運行維護，所以預制裝配式電纜溝必須考慮重量輕、強度高和耐久性好等優點的材質。綜合調查分析，現在主要應用的預制裝配式電纜溝材質為普通混凝土或高強混凝土材料，而混凝土材料作為一種常規材料，應用較廣，但是由于其重度大的缺點，導致其應用在預制裝配式結構中運輸、安裝及施工多不便利。

目前，國內外已有部分人員、廠家已開始研究輕質高強預制電纜溝技術，并已形成部分成果，但其成果中使用壽命與成本不能合理匹配，都不能兼顧強度高、重量輕、耐久性好、防腐好、造價較優的特點，嚴重影響預制電纜溝技術在電網建設中推廣與應用，均不能滿足廣州等地區電網建設的需要。因此，研究一種輕質高強預制裝配式電纜溝是很有必要的。

2　輕質活性粉末混凝土分析

2.1材質組成

活性粉末混凝土是繼高強度、高性能混凝土之后，于二十世紀末由法國布伊格公司研究出的一種超高強、低脆性、耐久性優異并具有廣闊應用前景的新型超高強混凝土。和一般的混凝土不同，它不含粗骨料，而是由砂、水泥、活性摻合料及高效減水劑等組成，為了提高其韌性和延性通常加入鋼纖維。在其凝結、硬化過程中可采取適當的加壓、加熱等成型養護工藝。由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被稱為活性粉末混凝土。

活性粉末混凝土是一種強度高、韌性大、孔隙率低且耐久性極高的超高性能混凝土。它的基本設計思想是：通過高材料組分的細度與活性，減少材料內部的缺陷（孔隙與微裂縫），獲得超高強度與高耐久性。而輕質活性粉末混凝土（Lightweight Reactive Powder Concrete）針對活性粉末混凝土的組分特點，保證其基本配合比的前提下，增加一定比例的輕質骨料，這樣保證在犧牲一部分高強度的前提下，降低了混凝土的容重，從而實現輕質高強的要求[1]。

2.2配制原理

輕質活性粉末混凝土的基本配制原理是：充分發揮各種組成顆粒的填充效應，通過提高各種原材料的細度與活性，使得其充分參與混凝土內部的水化過程，使材料內部的缺陷（孔隙與微裂縫）減到最少，以獲得高強度與高耐久性。

其制備技術：通過各組顆粒之間的填充效應提高拌制材料勻質性，從而從微觀角度上增加了輕質活性粉末混凝土的密實度：礦物摻合料平均粒徑約為水泥顆粒直徑的百分之一，其可以很好地填充于水泥顆粒的孔隙之間；而與高效減水劑相適應的低堿水泥顆粒填充在了細骨料之間；級配良好的細骨料填充在合適級配的輕質骨料。在配制混凝土時加入礦物摻合料，可降低水化熱，改善拌合物的工作性能，提高混凝土的后期強度，并可改善其內部結構，提高抗腐蝕能力；在拌合物初步凝固后進行熱養護加快各種活性成分的水化反應改善其微觀結構；同時為了彌補高強度帶來的高脆性的缺點，在拌合時可以根據設計要求摻入鋼纖維以增加抗拉拔強度，提高混凝土的韌性[2]。

2.3養護工藝

養護對混凝土性能的發展至關重要，養護不當會造成混凝土內部結構發育不良，影響結構的功能和使用性能，甚至導致混凝土表面出現裂紋。本輕質活性粉末混凝土裝配式電纜溝，為工廠預制式，所以可以采用室內初養-二次-終期養護的方式進行養護。由于廣州地區平均溫度較高，為恒定較高的養護溫度提供了一定的便利性和經濟性。初養階段采用室內空調方式進行干熱預養護，初養恒溫溫度應控制在35±5℃，在初養時構件上方需用塑料薄膜覆蓋以減少其表面水分的散失保持濕潤。初養一方面是為了加速混凝土拌合物的凝結硬化，另一方面使構件表面的活性粉末摻合料發生初步反應。二次養護是在混凝土終凝之后采用蒸汽方式進行濕熱養護，目的是為了取干熱養護方式前期之長,補其后期之短，在混凝土終凝后減少其自收縮。終養是在車間室內進行自然養護，不可直接暴露在室外，以免室內外溫差過大導致產生裂紋，車間室內環境溫度不應低于20℃，等構件冷卻至室溫后，可轉移至存放區進行存放，并對構件進行灑水養護，時間不應少于7d[3]。

3　預制裝配式電纜溝設計要點

3.1預制電纜溝型式

預制裝配式電纜溝的型式主要有分塊組裝型和整體“U”型，如圖1、圖2所示。

圖1　電纜井分塊組裝圖

圖2　電纜溝整體“U”型

分塊組裝型考慮到兩側側墻的穩定性及其受力特點，主要應用于電纜井及變電站站內小型的電纜溝，其主要由蓋板、側板及底板三種類型的板組裝而成，此種型式的優勢一方面在于單塊長度可以做得較長，且設計及廠家加工長度靈活，可以根據設計要求長短配合；另一方面工廠預制的模板制作及養護較簡便，且單塊重量較輕，便于運輸及現場安裝。整體“U”型是目前應用較廣的一種型式，其優點在于設計受力合理、工廠一次加工成型和現場安裝簡便。本文工程應用即為此種型式。

圖3　南方電網變電站標準設計的鋼筋混凝土電纜溝型式

圖4　基于輕質活性粉末混凝土的整體“U”型預制電纜溝

3.2電纜溝優化設計

基于輕質活性粉末混凝土的整體“U”型預制電纜溝，可以在電纜溝的材料使用量上進行優化。圖3為廣州地區應用較多的南方電網變電站標準設計的鋼筋混凝土電纜溝型式，本型式適用于電纜溝寬度B≥800mm，深度H≤1400mm的情況，其中電纜溝側壁d=200。圖4為根據南方電網標準設計的邊界條件，且當B=1400時設計的基于輕質活性粉末混凝土的整體“U”型預制電纜溝，此預制裝配式電纜溝根據施工安裝工況及運行使用條件的不利工況計算，驗算時自重乘以動力系數，脫模、翻轉、吊裝、運輸取1.5，臨時固定取1.2，設計溝側壁厚度為100mm，底板厚度為100mm；上部設四個吊裝孔；根據地質及地形情況每隔約5～10m在流水槽內設計一組集水口；縱向連接處側面采用凹凸槽，底部采用搭接的連接方式，搭接處采用防水水泥砂漿灌注；受力鋼筋采用預應力混凝土鋼棒，以提高其抗拉強度。設計時應根據電纜溝制作、運輸及安裝的條件確定每段的長度，一般可采用1.6m至2.0m。

對比分析，基于輕質活性粉末混凝土的整體“U”型預制電纜溝約比普通混凝土電纜溝重量約輕50%，節約了混凝土及鋼材材料使用量，且便于運輸、施工。另根據安裝工藝及施工情況，可以在電纜溝四個邊側預埋型鋼，以避免運輸、安裝過程中造成電纜溝邊角的破壞。

4　工程應用

4.1工程介紹

本工程為廣州花都地區某220kV變電站的三回110kV電纜出線，由于此220kV變電站位于新建好的雙向六車道國道旁，110kV電纜出線必須沿著車行道，埋深約500mm。此國道機動車通行量較大，外部條件要求單向必須開通一個車道，且要求電纜溝施工必須保證縮短工期，設計人員根據現場情況，采用了如圖4所示的裝配式電纜溝型式，將電纜溝布置在單向的中間車道。

4.2施工要求

地基要求：由于裝配式電纜溝縱向連接較脆弱，為相對柔性連接，只允許約0.5°以內的轉角變形沉降，故要求電纜溝的地基處理較嚴格。一般要求地基承載力特征值fak≥120kPa，地基土壓縮模量≥4.5MPa；對中、粗砂、石屑干密度1.8～2.0；粉土、粉質粘土（8

安裝要求：為了節約成本，預制裝配式電纜溝運輸安裝方式一般有兩種：一種是采用隨車起重運輸車將構件運到現場，直接吊裝進入溝槽安裝，此種方式的優點在于施工現場不用租用臨時堆放場地，不用二次運輸吊裝，適用于工廠運輸距離較短、且小型的項目。另一種是采用大型平板運輸車先將構件運到現場的臨時堆放場地，然后由小型叉車直接開入溝槽中安裝，此種方式適用于工廠運輸距離較長，或者是隨車起重運輸車無法進入施工場地的情況。本工程采用了第一種方式進行安裝，將隨車起重運輸車停放在第三車道，直接吊裝安裝。

安裝整體效果良好，安裝圖如圖5，安裝實體圖如圖6。

圖5　電纜溝安裝圖

圖6　安裝實體圖

4.3工程應用效果評價

⑴社會效益：裝配式電纜溝的應用，免去了現澆混凝土電纜溝的養護環節，安裝施工工藝簡化，縮短了現場施工工期，減短了道路圍蔽的時間，且施工現場場區觀感好，為安全文明施工提供了良好條件。

⑵經濟效益：通過基于輕質活性粉末混凝土的整體“U”型預制電纜溝設計，采用工廠預制化，減少了整體的混凝土和鋼材的材料用量。推廣使用后，將節省電力建設投資，完全符合今后電網建設發展的需求。

5　結語

基于輕質活性粉末混凝土的預制裝配式電纜溝具有強度高、重量輕、耐久性好、防腐好、造價較優的特點，且具有良好的社會和經濟效益，而且還可以移位重復使用，有利于工程全壽命周期循環利用，但是由于輕質活性粉末混凝土的原材料組成及其配合比參數對其性能影響顯著，且需要較好的養護技術，若大規模推廣使用，需要嚴格控制其原材料的質量和比例，同時應選擇合理的養護制度。

【參考文獻】

[1]湖南送變電勘察設計咨詢有限公司,長沙澤宇建筑材料科技有限公司.高強輕質防腐混凝土預制裝配式電纜溝[P].中國專利:CN202989953U,2012-12-20

[2]武文娟.摻鋼纖維的活性粉末混凝土（RPC）力學性能影響的研究[J].自然科學，2010.39(10)：10-12.

[3]鄭居煥.養護制度對摻偏高嶺土活性粉末混凝土強度的影響[J].石家莊鐵道學院學報，2008,48(12)：23-25.