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公司，四川 成都 610051）

近年來，在大體積混凝土澆筑工程中，裂縫的產生一直成為技術人員研究的課題。如何才能有效的防止裂縫產生提高工程質量，本文作者結合工程實例，主要就大體積混凝土溫度裂縫產生的原因及控制措施進行了闡述，同時對裂縫控制的計算做了分析。

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設備基礎為一大板基礎，最長處為68.15m，最寬處為25.05m，最厚處為1.6m，墊層混凝土強度等級為C10，基礎及溝道混凝土強度等級為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，不設施工縫。基礎底板下部雙向配置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型分析及處理措施

2.1 大體積混凝土裂縫的類型

（1）表面裂縫：由于混凝土表面和內部的散熱條件不同，溫度外低內高，形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，外部產生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時便會產生表面裂縫。

（2）貫通裂縫：當大體積混凝土內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生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時便可能產生貫穿整個結構的裂縫。

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：優先選擇水化熱低和安全性能好的水泥，考慮到本地區水泥供貨商情況，決定采用礦渣硅酸鹽42.5R級水泥，在滿足設計要求的前提下，盡可能減少水泥用量，降低水泥產生的水化熱。

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

（3）采用“雙摻技術”：為了減少水泥用量，同時為了延緩混凝土凝結時間，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%，混凝土初凝時間大于90min，收縮比不大于135。同時為減少水泥用量，降低水化熱，將10%的水泥用量用Ⅱ級粉煤灰超量替代。

（4）考慮以上材料的使用和泵送的施工方法，經試配，確定該基礎混凝土配合比為每m3：水泥380kg，Ⅱ級粉煤灰60kg，細骨料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。將整個基礎分為三層澆筑，層厚一般控制在50cm左右。當已澆筑的下層混凝土尚未凝結時，開始澆筑第二層，如此逐層進行，一般從短邊開始，沿長邊推進澆筑，直到澆筑完成。

2.2.3 養護工作

在盡量減少混凝土內部溫升的前提下，大體積混凝土的養護工作是一項關鍵工作。本工程根據計算的結果，采用了一層塑料薄膜加蓋兩層草袋的方法，保溫養護時間為30d。目的有兩個：一是減少混凝土表面的熱擴散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫；二是延長散熱時間，充分發揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫差對混凝土的拉應力小于混凝土抗拉強度，防止產生貫穿性裂縫。

3 裂縫控制計算分析

為了對施工提供理論指導，應對以下兩個問題進行計算：

（1）為了確保內外溫差不大于25℃，要進行溫度計算，為保溫提供理論依據。（2）大體積混凝土的降溫階段是收縮裂縫的危險期，應對其溫度應力是否產生裂縫進行驗算。

3.1 .混凝土內部最高溫度計算

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為混凝土質量密度，取2400kg/m3。

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

3.2 .混凝土表面溫度控制計算

根據大體積混凝土施工規范的要求，內外溫差應控制在25℃以內，則混凝土表面溫度T1要控制在19.25℃以上。

為確保混凝土表面溫度不小于19.25 ℃，用松散保溫材料草袋加塑料薄膜的方法對混凝土表面進行覆蓋，進行保溫保濕養護，依據：

式中，H為混凝土厚度（1.6m）；λx為草袋傳熱系數，取0.14W/（m·K）；λ為混凝土傳熱系數，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，不宜澆水養護，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足要求。

3.3 .收縮裂縫控制驗算

該基礎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。各齡期溫度應力的計算公式如下：

式中，E（t）為混凝土一定齡期時的彈性模量；α為混凝土的線膨脹系數，1×10-5/℃；μ為泊松比，取0.15；T（t）為結構計算溫差；Cx為總阻力系數，N/mm3；L為基礎長度，本例為68150mm；H為基礎厚度，本例為1600mm；S（t）為應力松弛系數。

以上各項參數分別計算如下：

（1）計算各齡期混凝土的彈性模量E（t）：

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

（2）計算各齡期混凝土收縮值及收縮當量溫差：

式中，εy（t）為各齡期混凝土收縮值；t為混凝土的齡期（d）；ε0y為標準狀態下最終收縮值，取3.24×10-4；e為常數；α為混凝土的線膨脹系數，1×10-5/℃；M1，M2，……Mn 為考慮各種非標準條件下，與水泥品種、細度、骨料品種、水灰比、水泥漿量、養護條件、環境相對濕度、構件尺寸、混凝土振搗方法、配筋率有關的修正系數。

（3）計算總阻力系數Cx：

式中，Cx1為地基側向剛度系數，本例為硬質粘土地基，取3×10-2N/mm3；Cx2為地基單位面積剛度受樁基影響系數；Q為樁產生單位位移所需水平力；F為每根樁分擔的地基面積，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為地基水平側移剛度，取1×10-2N/mm3；D為樁的直徑，本例為600mm。

將各數值代入公式（12），經計算Q=0.99×104N/mm

（4）計算總降溫產生的最大拉應力：

根據上述計算，該混凝土底板澆筑不會出現貫穿性裂縫。

結語

實踐證明，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生，工程質量達到了設計及規范的要求，并取得很好的效果。

[1]王鐵夢著.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社, 2003.

[2]高層建筑箱形與筏形基礎技術規范(JGJ6-99)[M].北京:中國建筑工業出版社.

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