高海拔、高寒地區(qū)GIS基礎面層混凝土冬季施工質(zhì)量控制

祁新紅 高善澎 張亮

摘 要：研究第一個海拔3000m高寒地區(qū)750kV電壓等級輸變電工程GIS基礎面層冬季施工質(zhì)量控制方法，為高原、高寒地區(qū)冬季混凝土施工提供可借鑒的經(jīng)驗。

關鍵詞：高海拔，高寒，GIS基礎面層，冬季施工，控制

1 概述

烏蘭750kV開關站工程位于青海省海西蒙古族藏族自治州烏蘭縣境內(nèi)，海拔高度為2987m，是目前世界上750kV電壓等級海拔最高的變電站工程。地處青藏高原，環(huán)境惡劣，日晝夜溫差達27℃， 冬夏最大溫差超過60℃，受高原氣候與戈壁、沙漠氣候的共同影響，年平均風速>2.7m/s，最大風速3.5m/s，年平均揚沙天氣超過120天，對土建工程混凝土質(zhì)量等控制影響巨大。

GIS設備基礎長355.792m、寬43.109m，高1.7m（墊層0.1m，主體1.3m，面層0.3m），混凝土總方量達18000m3 ，是目前高海拔地區(qū)最大的GIS設備基礎。其中墊層、主體已于10月底施工完畢，因工期要求GIS設備基礎面層需要在11月中旬至次年4月施工完成，此施工階段恰為青藏高原冬季施工季節(jié)，平均溫度-10℃至-15℃，控制高海拔、高寒地區(qū)GIS設備基礎面層裂縫成為施工質(zhì)量控制關鍵。

2 混凝土裂縫分類及成因

混凝土是一種脆性材料，其抗拉強度大約是抗壓強度的1/18～1/9，因此混凝土結構設計過程中更多考慮其抗壓性能，采用增加鋼筋等方法改善其抗拉性能。當混凝土所承受的拉應力，根據(jù)青藏高原冬季混凝土施工經(jīng)驗，混凝土在冬季施工容易造成裂縫，裂縫主要分為：溫度裂縫、干縮裂縫、環(huán)境裂縫。

溫度裂縫

混凝土澆筑后，在混凝土硬化期間，水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起膨脹張力。后期混凝土降溫過程中，由于受到基礎或已凝固混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)收縮拉力。當膨脹張力或收縮拉力超出混凝土抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。

干縮裂縫

混凝土（特別是泵送混凝土）含水量較大，除大約20%～30%的水分是水泥水化熱所必須的，其余的水分需要蒸發(fā)，當混凝土施工振搗過程中，混凝土表面會產(chǎn)生大量積水，混凝土凝固過程中水分蒸發(fā)會引起收縮，產(chǎn)生收縮拉力，拉力超過混凝土抗拉強度時，即會產(chǎn)生表面和深層裂縫，甚至貫穿裂縫，直接影響混凝土結構的安全，給工程帶來極大危害

環(huán)境裂縫

外露混凝土結構因長時間暴露，因強紫外線的照射使混凝土表面迅速碳化，影響混凝土表面的強度和耐磨性；在晝夜溫差和動荷載的頻繁作用下，混凝土表面極易出現(xiàn)裂縫，這種裂縫在長時間冬季積雪凍融的作用下向混凝土內(nèi)部發(fā)展，日積月累，形成破壞性裂縫。這種裂縫極易在高海拔、高寒、大溫差條件下產(chǎn)生，這種環(huán)境因素在青藏高原表現(xiàn)尤為突出。

3 施工控制

烏蘭750kV開關站工程GIS基礎施工過程中底部墊層及主體1.3m層在8～10月已施工完成，按照設計要求留設規(guī)范后澆帶，因青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程工期要求面層0.3m層必須進行冬季施工。冬季低溫、強紫外線、面層薄、面積大等諸多不利因素

3.1原材料選擇

水泥：水泥是混凝土的主要組成原料，對混凝土性能起著關鍵作用。在混凝土施工過程中因水泥水化熱作用會造成混凝土內(nèi)部溫度不斷升高，使混凝土內(nèi)部膨脹，產(chǎn)生表面張力，當此張力超過混凝土抗拉能力時即會造成表面裂縫甚至貫穿裂縫，危害混凝土結構。因此在施工過程中應優(yōu)先選用低水化熱品種水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、中熱水泥等。根據(jù)設計及施工實際情況，工程建設過程中選用42.5R中熱硅酸鹽水泥，有效降低了因水泥水化熱引起的混凝土裂縫的可能性。

外加劑摻合料：可摻入復合型外加劑及粉煤灰，以減少水泥用量。改善混凝土和易性及可靠性，延長緩凝時間。減緩混凝土水化熱產(chǎn)生的速度。

粗骨料：砂石選用5-30mm碎石及凈砂，含泥量經(jīng)≤0.5%。

細骨料：采用水洗中砂，細度模數(shù)為2.64，含泥量為2.7%。

摻合料：摻入JK-7型聚乙烯醇纖維，有效增加混凝土的抗拉性能，摻量1.0kg/m

3.2伸縮縫設置

GIS基礎面層伸縮（分隔）縫設置及做法：GIS基礎平面面積較大、基礎內(nèi)縱橫溝道較多，為防止相關外力對砼面層的影響，在受力較薄弱部位設置伸縮縫。

伸縮縫具體做法見下圖（預埋熱鍍鋅鋼板界面300*10mm，鋼板兩側(cè)加290*5 mm泡沫用膠粘貼，頂部采用硅膠封閉）

3.3面層鋼筋

烏蘭750kV開關站工程GIS基礎面層（0.3m層）施工前，其基礎層（1.3m層）已施工完畢，并按照設計要求混凝土養(yǎng)護期已>60天，混凝土性能已穩(wěn)定，自身應力已釋放完畢。在面層施工過程將面臨混凝土的收縮，亦必須在面層施工過程中需加強混凝土自身的抗伸縮能力。

由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7-15倍，當內(nèi)混凝土應力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100～20Okg/cm 。鋼筋的直徑細而間距密時，可以有效提高混凝土的抗拉能力，直接減少混凝土裂縫。據(jù)此經(jīng)過設計方的核驗、同意將原有φ6@150鋼筋更改為φ6@100。

3.4混凝土質(zhì)量控制

高原地區(qū)冬季氣溫寒冷，砂、石、水等原材料溫度低，冬季施工過程中必須嚴格控制混凝土入模溫度，即要求在混凝土生產(chǎn)過程中必須提高砂、石、水等原材料的溫度，確保所生產(chǎn)混凝土溫度≥2.5℃。因此根據(jù)配合比經(jīng)過計算在現(xiàn)場攪拌站內(nèi)將水加熱至50～60℃，即可保證所生產(chǎn)混凝土滿足入模溫度要求。

混凝土水中水的用量的增多會直接導致混凝土后期的性能，

3.5混凝土澆筑控制

砼澆筑不應留冷縫，保證砼交接在初凝前完成澆筑。嚴格控制振搗時間、振搗棒移動距離、插入深度，嚴防過振和漏振，并進行二次復振，以及時排出砼內(nèi)部的泌水和空隙，增強砼的抗裂性。

3.5混凝土養(yǎng)護

根據(jù)現(xiàn)場750kVGIS基礎特點，冬季施工采用暖棚法。搭設總長度為327米、寬度28米、高度3.6米的暖棚，根據(jù)實際情況選擇逐步搭設，

面層分段進行澆筑，每段每天安排3組每組4人連續(xù)值班，每段生煤炭爐20只進行保溫養(yǎng)護，確保室內(nèi)環(huán)境溫度大于10℃，混凝土面層保溫養(yǎng)護采用一層塑料薄膜，兩層棉被覆蓋。

當混凝土土澆筑完成經(jīng)抹平壓光，以手指輕摁無明顯壓痕即可覆蓋一層塑料薄膜，塑料薄膜幅與幅之間的搭接必須嚴密（100mm），以保證混凝土表面長時間保持濕潤狀態(tài)。在塑料薄膜上灑水后覆蓋兩層棉被進行養(yǎng)護，保溫材料夜間要覆蓋嚴密，防止砼暴露。

在暖棚保溫過程中暖棚中應合理布置溫度計，確保隨時監(jiān)測、檢查暖棚內(nèi)溫度控制在20～25℃，并保證在此條件下不應少于12～15天，之后可撤去暖棚中加熱爐，但需保證暖棚嚴密，可在撤去加熱爐25～30天后拆除暖棚。

4 結語

烏蘭750kV開關站工程于2010年投運，經(jīng)過長時間的觀測，其表面裂縫得到了有效控制，滿足設計及現(xiàn)行設備運行要求。

參考文獻：

[1]王鵬武、武文衛(wèi)，《高海拔、寒冷地區(qū)外露大體積混凝土裂縫的成因與控制》中國電業(yè)

[2]劉國旺、杜輝，《混凝土抗凍理論及冬季施工的應用》海河水利，2008年2月