220kV 變電站土建裂縫成因及控制分析

宋 朝

（中國電建集團貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550002）

技術的發展帶動了各行各業的進步，在電力行業現代化趨勢下，220kV 變電站在電力網絡中的重要性凸顯。電力企業在建設220kV 變電站時不僅需合理配備電氣設備，關注電氣施工，更需要注重土建施工，采用新材料、新工藝，提高土建結構穩定性、安全性。目前針對變電站土建施工方面產生了很多理論和實踐成果，220kV 變電站建設中施工人員需注重土建施工，依據整體目標制定細化的土建施工方案，由專業人員完成全過程技術管理、質量控制，減少土建裂縫問題。

1 220kV 變電站土建裂縫的類型、成因及預防

1.1 干縮裂縫

1.1.1 成因

變電站土建工程主要為混凝土結構，當混凝土凝固時間結束或者澆筑了7d 左右的時間，其結構內的水分大量蒸發，拌制混凝土結構的水泥漿因水分不足，必將出現一定的干縮，甚至一些情況下伴隨著水分的過快蒸發，因為上述情形所導致的混凝土裂縫現象具有不可逆性。在混凝土結構中水分蒸發期間，在不同結構部位內外表面的干縮速率不一致，正是因為結構表面水分的蒸發速率有明顯差異，變電站土建結構的內外部變形程度明顯不同，內外表面干縮現象無法完全一致，長此以往將導致混凝土裂縫，此種原因下的裂縫即為干縮裂縫。依據混凝土施工經驗，混凝土結構外受外界溫度等影響，其水分蒸發速率快，但內部水分蒸發緩慢，導致外部變形明顯大于內部。一般來說，混凝土結構表面的干縮程度大，在內部混凝土拉應力影響下在局部位置可能伴隨著一定的開裂現象。變電站混凝土結構裂縫主要為淺表裂縫，深度小、寬度小，在結構外部可肉眼觀察到，這些裂縫主要為線狀、網狀，寬度一般在0.2mm 左右，主要分布在結構平面，如梁板結構的縱向上。

1.1.2 預防

針對220kV 變電站土建結構中的干縮裂縫，主要可采取以下控制措施：（1）優先采用收縮量小的水泥材料，有關人員需進入建材市場展開一系列調研，了解水泥材料的類型及其各自的性能指標，做好統計與分析。在后續施工建設期間，這些人員需與施工人員、技術人員等交流，從預防干縮裂縫的角度出發，選擇收縮量相對較小的水泥材料，如中低熱、粉煤灰水泥。（2）嚴格控制水灰比。根據混凝土施工經驗，水灰比大小對混凝土干縮性的影響顯著，前期的配合比設計中需考慮這一方面的影響關系，合理確定水灰比，在混合料中適量使用減水劑。（3）確定最佳的配合比，并控制攪拌過程。在前期的工作中應由專人負責配合比設計，這些人員需做好記錄與數據分析，選定最佳配比。在配制混凝土時應按照配合比要求，控制每種材料的用量，選擇恰當的攪拌工藝，控制攪拌時間、溫度。（4）對混凝土實施早期防護，適當延長養護周期。[1]

變電站土建結構中，現澆樓板板角裂縫為比較典型的干縮裂縫，此類裂縫處于建筑陽角位置，裂縫與縱、橫框架梁呈45°，多為貫通裂縫，一般在竣工后半年出現。針對此類裂縫，在施工期間應注意以下方面：針對陽角部位的混凝土板施工作業，應優先采用雙層、雙向小直徑鋼筋，以提高混凝土板的抵抗能力，應對收縮現象；優先采用收縮量小的混凝土或者水灰比小的混凝土；澆筑作業結束后的兩年內，密切關注建筑內及建筑外的濕度條件，盡可能保障內外相對濕度的一致性，且需確保相對濕度在85%以上。

1.2 沉陷裂縫

1.2.1 成因

結合220kV 變電站土建結構特點，在混凝土施工期間沉陷裂縫也相對常見，這一類裂縫多分布在砌體單薄、應力集中區域，如在施工作業中在窗腳部位有45°左右的斜裂縫，說明其所在位置頂層分布有裂縫，且裂縫對整個結構體系的危害較大。一般來說，沉陷裂縫為不均勻沉降所導致，如地基存在不均勻沉降現象，在不同砌體部位的沉降大小不一，大沉降砌體部分與小沉降砌體部分將出現相對位移，導致砌體中出現附加拉力或剪力，一旦這些作用力超過了砌體自身的強度，裂縫無法避免。以某220kV 變電站土建結構為例，其沉陷裂縫有以下幾種：（1）縱墻兩端的斜裂縫，大部分裂縫通過窗口的兩個對角，裂縫向沉降較大的方向存在明顯傾斜，從此處開始向上發展。橫墻剛度較大，幾乎不存在這種斜裂縫。在墻體下部這類型裂縫較為常見，且從墻體下部開始，在上部裂縫逐步減少，且寬度明顯低于下部裂縫寬度。斜裂縫產生的直接原因為地基不均勻沉降，這種沉降作用下墻體的剪切力較大，一旦結構剛度達不到標準，必將導致裂縫。（2）窗間水平裂縫，在窗間墻上下對角成對出現，一般沉降大的裂縫位于下部，而沉降小的裂縫位于上部。此類裂縫因沉降、上部墻體受到了來自其他方面的阻力，導致窗間墻的水平剪力異常大，長此以往將出現水平裂縫。（3）豎向裂縫，在縱墻體中央頂部、底部窗臺較為常見，上部位置的裂縫寬度較大，而下部位置的裂縫寬度較小。在土建結構施工中，如縱墻頂層為鋼筋混凝土圈梁，頂層中央幾乎不會出現豎向裂縫。但如窗間墻遭遇了外部較大的作用力，一旦上部集中荷載超過了自身極限，必將出現開裂問題。[2]

1.2.2 預防

土建施工期間為有效預防沉陷裂縫，施工人員應著重關注以下方面：（1）關注地基施工。在前期的工作中進入現場展開調研，分析現場的地質類型、土質條件，生成完整的地質報告，以此為基準確定地基處理技術及方法。如變電站現場為濕陷性黃土，需采取恰當的方式以去除黃土的濕陷性。施工人員按照要求開挖好基槽后，需全面釬探，在探出軟弱位置并進行加固后，再開始處理基礎。（2）在恰當的位置布置沉降縫。變電站土建施工作業中，有關人員需將主控制室、220kV 配電室分隔開來，保障二者的獨立性，并在其間設置從基礎開始斷開的沉降縫，給二者創造各自獨立沉降的條件，避免在縱墻位置產生裂縫。在現場設置沉降縫時應控制寬度，遵循行業規范，沉降縫部位的圈梁不得連接。（3）保障主體結構剛度、整體性符合要求，提高墻體抗剪強度。如建筑上部結構的剛度較大，對預防地基的不均勻沉降具有顯著作用，為此，在結構體系中可設置鋼筋混凝土圈梁，保障圈梁剛度，與此同時控制端部的門、窗等洞口。

1.3 溫度裂縫

1.3.1 成因

大體積混凝土施工中，溫度裂縫很難避免，在混凝土表面等十分常見。依據混凝土施工過程，當完成澆筑任務后混凝土開始硬化，此階段水泥水化熱現象明顯，混凝土內部的溫度急劇升高。220kV 變電站土建施工中，混凝土體積龐大，大量的熱量聚集在混凝土內部無法散失，但混凝土表面的溫度大大降低，結構內外部的溫差較大，在混凝土表面出現了拉應力，一旦此作用力超出了混凝土自身的抗拉強度極限值，必將出現裂縫，這就是溫度裂縫，多見于混凝土施工后期。溫度裂縫的直接原因為：（1）混凝土與磚砌體的線膨脹系數不同，這一差異導致二者的伸縮量有所區別。通常，混凝土伸縮明顯超過砌體，在砌體約束下混凝土梁常常因為較大的變形作用而出現抗壓作用。一旦砌體應力高于其軸心抗拉強度或者抗剪強度，在此部位必將出現不同程度的開裂現象。（2）梁與砌體連接部位的水平裂縫多為施工不規范所引起。現場作業中如砌體砌筑到頂面，灰縫將引發或大或小的收縮現象，梁底砌體常常沒有做好斜磚緊逼處理，多為直轉砌筑，再加上在前期的施工作業中墻身位置留有空隙，僅用砂漿進行了簡單填充，梁底與砌體之間存在水平裂縫，這一類裂縫在每層都有，但因為頂層的溫度差異異常大，其裂縫更寬也更深。[3]

1.3.2 預防

為預防220kV 變電站土建中的溫度裂縫，現場作業中應遵循以下要求：（1）考慮水泥對溫度裂縫的影響，注意選擇水泥類型，一般應優先采用低熱或者中熱水泥，以減小水泥水化熱影響。（2）依據配合比，控制水泥使用量，盡可能使水泥用量不超450kg/m3。（3）減小水灰比，使水灰比在0.6 以內。（4）調整骨料級配，在混合料中添加一定的粉煤灰或者高效減水劑，用這些替代水泥的作用，控制水泥用量。（5）如有條件，在混合物中可添加適量的外加劑，發揮其在減水、增塑等方面的作用，改善混凝土性能。（6）掌握溫度應力與結構尺寸之間所存在的關聯關系，意識到二者為正向關系，依據變電站土建結構尺寸等要求，合理劃分施工工序、選擇施工工藝。（7）監控混凝土溫度，避免溫度過高或者過低。（8）在恰當的位置預留溫度收縮縫。

2 變電站土建施工中裂縫的控制措施

2.1 合理確定計算參數

變電站土建結構體系復雜，在一些關鍵部位有嚴格的結構標準。為提高土建施工水平，控制施工裂縫，在工程現場應合理確定每一參數，展開一系列分析與計算。依據很多220kV 變電站建設情況，其土建工程大部分為框架結構，這一結構下有關人員需合理確定房梁裂縫寬度，將房梁拉伸極限值控制在正常標準，使房梁具有抵抗外力的能力。

2.1.1 充分考慮梁柱重疊對應力帶來的影響

220kV 變電站土建結構中，如有梁柱重疊現象，對梁端彎矩折減、梁端剛域的影響較大。有關人員在計算參數時，應重點關注梁柱重疊現象，分析這一現象對關鍵參數的影響。如以梁端剛域為例，梁端重疊時兩端的彎矩顯著減小，短時間內下降幅度在2%左右；梁端彎矩折減期間，兩端彎矩同樣呈下降趨勢，但此時的下降幅度異常大，達到了上一種情況的6 倍以上。因此，在計算參數時有關人員需分析梁柱支座中心內力大小，適當控制邊緣位置的內力，以增大兩端的彎矩折減，使此部位具有較強的抵抗力，避免發生溫度或者干縮裂縫。[4]

2.1.2 充分考慮支座寬度對裂縫寬度帶來的影響

土建混凝土施工期間，裂縫寬度取決于多方面因素，支座寬度僅為其中的一個影響因素，雖然支座寬度對裂縫寬度有一定影響，但其影響幅度異常小。為合理控制裂縫，在施工過程中有關人員不可忽視支座寬度因素，適當將此參數控制在正常范圍內。如平法出圖期間，施工人員要精準計算裂縫寬度，必須著力分析支座中心內力對裂縫寬度標準內力的直接影響，具體的操作中，全面整合已有的變電站土建工程資料，依據結構特點及要求，調整配筋。比如，如裂縫寬度為0.3mm，在無支座寬度影響時，房梁配筋比率比平常高16%；裂縫為0.2mm 時，如分析支座寬度的影響，應在原有基礎上減少配筋。

2.2 做好養護工作

土建工程的混凝土施工作業中，養護為最終環節，此環節的工作也會對混凝土結構性能有直接影響。因此，220kV 變電站土建施工中，為減少裂縫，施工人員必須重視養護工作，采取恰當的養護工作。當完成了混凝土的澆筑作業后，應由專人負責修整、抹平混凝土表面，完成定漿后再抹第二遍，與此同時壓光，此養護期間所用水應符合要求。拆模以后同樣需進行養護，此時的養護工作是為了保濕，可在混凝土表面覆蓋薄膜，以減少水分的流失。拆模之前應采取灑水養護方式，此方式同樣是為了保濕，避免過快失水，此環節的養護中施工人員需控制混凝土頂面、模板上水溫、混凝土表層的溫差，一般相互之間的溫差需在15℃以內。當然，在養護期間不僅僅需關注上述方面，專業人員還需密切關注天氣等的變化情況，分析混凝土的形態變化，從綜合性角度制定最佳的養護方案，且在每一養護階段都需遵循操作規范，避免錯誤操作影響養護效果。[5]

3 結語

裂縫是220kV 變電站土建施工中較為常見的問題，誘發裂縫的原因多樣，且這些裂縫各有其規律，影響了結構美觀性、穩定性。為提高220kV 變電站土建施工水平，工程人員在當下及未來都需注重裂縫控制，從裂縫原因等著手優化工藝，制定完善的施工技術體系，加強細節把控。