風力發電項目大體積混凝土施工溫度和裂縫控制措施以青海某風力發電項目為例

李龍 姚凱敏 蘭佳佳

大體積混凝土在硬化期間, 一方面由于水泥水化過程中將釋放出大量的水化熱, 使結構件具有“熱漲”的特性；另一方面混凝土硬化時又具有“收縮”的特性,兩者相互作用的結果將直接破壞混凝土結構, 導致結構出現裂縫。因而在混凝土硬化過程中,必須采用相應的技術措施, 以控制混凝土硬化時的溫度, 保持混凝土內部與外部的合理溫差, 使溫度應力可控, 避免混凝土出現結構性裂縫。

一、工程概況

某風電項目規劃裝機規模350MW，共布置136臺風機機組，其中：1000MW風電場（300MW）布置100臺2.5MW的風機機組，17臺3.0MW的風機機組，每臺風機設置一座箱式變壓器，采用35kV架空線路通過12回線路將電力輸送至北側330kV升壓站；50MW集中式風電項目布置19臺2.65MW的風機機組，每臺風機設置一座箱式變壓器，采用35kV架空線路通過2回線路將電力輸送至330kV升壓站。場址區地貌為沖洪積平原，地表以高原草甸為主，海拔在2979m～3189m之間，屬典型的高原大陸性氣候，特征是大氣稀薄，干旱少雨，光照時間長，太陽輻射強，氣候溫良寒冷。

二、施工總體方案

1. 場內道路和風機基礎開挖施工工藝

（1）風電場場內道路為風電場各風機間的運行維護道路，同時兼顧施工期運輸機械對道路的具體要求。

（2）風場內的支道路應隨著主干道路的連續施工全面展開施工。

2. 風機基礎混凝土施工工藝

基礎開挖→（砂礫石換填）建基面清理→墊層混凝土澆筑→埋件安裝→錨籠環安裝→埋管安裝→鋼筋制安→混凝土澆筑→養護→接地施工→基礎回填。

三、施工重點及難點分析、施工對策

1. 風機基礎冬季施工難點

分析：本工程屬于高寒高海拔地區，場址區海拔在2979m～3189m之間，氣候惡劣，環境特殊，施工難度大，尤其是基礎開挖、風機基礎混凝土澆筑等冬季施工受溫度影響較大，如混凝土澆筑方量大、拌合站采用預熱混凝土生產系統、運輸保溫及澆筑過程保溫控制難度較大，因此將此作為本項目難點。

采取對策：（1）制定詳細的冬季施工方案，并需分局及監理審核批準。（2）制定本項目應急預案，遇到突發情況，立即啟動應急預案，保證風機基礎在冬季順利施工。（3）項目技術質量管理人員做好技術交底工作，做到“事前、事中、事后”質量管控。過程中發現隱患，應及時整改落實。（4）拌合站做好混凝土預熱工作，包括骨料加熱保溫、上料膠帶機保溫、拌和樓保溫、拌和水加熱保溫、外加劑保溫加熱等，必須做好保溫措施。（5）對各分部分項施工作業人員進行安全、安全技術交底工作，并簽字歸檔。

2. 不良地基處理難點

分析：根據招標文件，本工程部分風機基礎存在不良地基情況，需要進行水泥砂礫石基礎換填或管樁處理，管樁施工在風電領域不常見，管樁材料控制嚴格、施工工藝復雜，難度較大，因此作為本工程難點。

采取對策：（1）做好施工前期準備工作，編制《不良地基施工方案》，方案中必須編制質量安全保障措施，上報分局及監理審核并批準。（2）及時和勘測設計單位溝通，確保地質與前期勘測一致；（3）對管樁作業人員安全、安全技術交底工作，現場必須配置一名專職安全員。（4）嚴格按照方案施工工藝進行施工，質量管理人員做好質量控制和監督。

四、大體積混凝土溫度和裂縫控制措施

1. 概述

本工程風機基礎混凝土單體工程量大，且基礎尺寸比較大，該工程符合大體積混凝土結構范圍。大體積混凝土由于水泥在凝固過程中產生大量水化熱，使混凝土具有一定的溫度，混凝土內部積聚的熱量不易散發，與混凝土表面溫度相差較大時，很容易產生溫度裂縫。

2. 溫度控制措施

（1）配合比設計措施

混凝土的配置采用普通硅酸鹽水泥，且水泥標號不低于42.5，可加入適量的防凍劑，同時試驗室應提前做好混凝土的試配工作，選擇合適的砂、石級配，確定適用的施工配合比。

生產時做好混凝土生產記錄，以確保混凝土攪拌質量。在施工現場做好坍落度試驗，做到對混凝土質量的跟蹤檢查及控制，如坍落度與原規定不符時，應及時通知檢測中心和攪拌站調整配合比。尤其是外加劑用量必須嚴格按照試驗室出具的配比通知單添加，并設專人完成此項工作。

（2）原材料

考慮現場施工用電等條件，拌和用水采用電熱棒加熱、砂石骨料采用篷布苫蓋、電暖風機和加熱棒等加熱的方法。具體如下：

①砂石骨料預熱：粗骨料采用暖風機加熱，砂采用電加熱棒加熱；②拌和用水：采用電加熱棒加熱；③外加劑溶液：采用熱水拌制和電加熱棒加熱；④封閉空間：采用電暖器等設施取暖加熱。

（3）混凝土運輸

混凝土拌制完成后需要經過由拌和機倒入罐車、罐車運輸、由罐車倒入澆筑泵車以及由泵車輸送至倉號內等4個轉運過程。每次轉運過程中，混凝土均與外界進行熱交換，散失部分熱量，降低了混凝土入倉前的溫度。為確保混凝土澆筑入倉溫度，采取措施對轉運過程中設備設施進行保溫，減緩或減少熱量散失。

①結合混凝土運輸、澆筑等工藝，采取相應的措施，降低混凝土運輸中的熱損失。②在冬季澆筑時段，對混凝土罐車采用保溫衣進行包裹。加強混凝土運輸管理，合理配備運輸設備，加強各施工運輸環節的銜接，縮短混凝土運輸、周轉時間。③混凝土泵車受料口采用暖棚進行保溫，保溫棚采用裝配式鋼結構，棚面采用保溫三防篷布苫蓋封閉保溫，并設置供暖設施。④混凝土泵車泵管采用纏繞伴熱帶對泵管進行加熱，并包裹保溫材料（如橡塑海綿、玻璃絲綿等）進行保溫，防止混凝土長距離輸送熱量損失后堵管。⑤各種運輸設備在工作結束時，必須立即用熱水沖洗干凈；恢復工作時要首先加熱。⑥結合風場永久道路，修筑臨時道路，減少混凝土運輸距離，縮短運輸時間。

（4）混凝土澆筑

①在澆筑地點用裝配式鋼結構搭設澆筑棚，采用三防篷布苫蓋封閉保溫，一側預留罐車進出口，并用保溫簾布封閉，泵管外壁纏繞電伴熱帶和鋪貼3cm厚橡塑保溫海綿進行保溫。②混凝土澆筑前，先搭設好混凝土倉面保溫棚，配置電暖器和燃油暖風機加熱保溫。在澆筑前2h運行供熱設備供熱。確保鋼筋、模板及風機基礎環內部鋼結構溫度達到 5℃以上。③混凝土澆筑過程，暖棚內溫度不低于5℃，冬期混凝土的振搗與常規施工相同。制作同條件養護試塊，試塊制作完成后放在暖棚內進行同條件養護。④澆筑后側面的模板溫度保持在 5℃以上，使用保溫被對混凝土表面進行蓄熱養護，使混凝土水泥水化熱緩慢散發。⑤施工工藝流程搭設暖棚→布置暖風機及風管→暖棚內預熱、鋼筋、鋼柱熱補償并開始測溫→混凝土泵管電伴熱→混凝土澆筑→蓄熱養護，加強溫度檢測頻率，溫度、濕度控制→檢測混凝土強度→根據混凝土強度監測和溫度檢測選擇拆除暖棚和拆除模板的時間。

3. 混凝土溫度控制措施

根據規范規定，大體積混凝土內外溫差超過25℃時，將產生溫度裂縫。因此，在冬季進行大體積混凝土施工時，要控制混凝土入倉澆筑溫度、混凝土溫升速度和基礎周圍環境溫度，降低內外溫差至25℃以內，降低產生溫度裂縫的概率。

（1）控制混凝土溫度

①依據冬季混凝土生產施工規范要求，出機口溫度不宜低于10℃，且入倉最低溫度不低于5℃，考慮外界環境溫度較低的條件，按照最低混凝土入倉溫度控制；

②在基礎澆筑前在基礎內埋設測溫儀或預留測溫孔，便于后期進行混凝土溫升值測量。測溫孔的布置要有代表性，測溫孔應布置于基礎比較深厚的部位，因為此處的水化熱難以散發，溫度較高。基礎布置3個測溫孔，且應避開基礎環及電纜套管；測溫孔深度宜在墊層以上30㎝為宜。每個測溫孔應在底部、中部、上部各放置一個，上部應深入基礎30㎝。測溫孔通過預埋薄壁鋼管或PVC材質穿線套管來設置，風機基礎測溫孔布置見圖1。

圖1 風機基礎測溫孔布置

③安排的測溫人員要責任心強，采取“三班制”值班。測溫工作開始前，由工程技術人員對測溫工作進行技術交底，確保測溫工作的規范和記錄規范，同時測溫工作人員嚴格執行測溫管理制度和按照測溫工作方法測量。

④測溫管理制度，本工程的測溫采用電子測溫儀直接讀取數據。

⑤設置專職測溫人員及技術管理人員，測溫人員必須接受專業交底才能上崗。測溫人員應將當日測溫表項目填寫完整并簽名后及時交給技術管理人員，一方面使管理層隨時掌握第一手資料，另一方面各管理層應及時對有代表性的孔位（不得少于三孔）掌握測溫記錄，繪制該孔位的中部溫度和上部溫度變化曲線，以便準確推算溫度變化趨勢和檢查測溫記錄的真實性。若混凝土內外溫差大于25℃時，應立即報告技術負責人采取措施，加強保溫進而減少溫差。當混凝土內外溫差小于25℃、混凝土表面與保溫層外溫差小于20℃且降溫趨于穩定時停止測溫。

⑥測溫方法，將電子測溫儀的溫度感應器，放入管內下部位置，管口用堵頭堵嚴，以保證內部測溫準確，三分鐘后讀取測溫數據，并按測溫孔平面布置圖的編號依次測量并記錄數據。養護期間前3d（天）每2h（小時）測溫一次，第4d以后每4h測溫一次，當混凝土內外溫差小于10℃時停止測溫，一般需測14天。在測溫的同時，做好測溫記錄，在測溫過程中，如發現溫差過大，及時增減蓄水深度或覆蓋塑料薄膜，控制大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差小于25℃以內。

（2）保溫養護措施

①澆筑前，在基礎倉面搭設保溫棚，用以提高澆筑環境溫度，同時在澆筑完成后，保證基礎混凝土養護環境溫度在達到基礎混凝土受凍臨界強度前不低于5℃；②在保溫棚內預留1～12天混凝試塊同條件養護，每天檢測試塊強度等級，待達到受凍臨界強度后再拆除保溫棚；③在養護過程中，根據測得的混凝土里表溫度值和基礎體內溫度與保溫棚內環境溫度，及時調整保溫棚內環境溫度，基礎里表溫差小于25℃，基礎體內溫度與保溫棚內環境溫度溫差小于20℃；基礎澆筑體內降溫速率不宜大于2.0℃/d。④保溫棚拆除后，對基礎外表面用2層棉被和電熱毯覆蓋保溫養護，同時繼續進行基礎溫度測量，并根據溫度測量結果及時調整養護方式，改變養護溫度。

五、結語

大體積混凝土施工時，準確計算混凝土拌和溫度、混凝土出機溫度、混凝土絕熱溫升、混凝土內部實際溫度、混凝土表面溫度及混凝土內部與表面溫差，有利于選取適宜的施工工藝、采取相應的降溫與養護措施，從而避免出現混凝土溫度裂縫，以保證混凝土結構的工程質量。