石棉500kV变电站大体积混凝土施工中的裂缝控制

伍 斌

（四川电力送变电建设公司，四川 成都 610051）

石棉500kV变电站大体积混凝土施工中的裂缝控制

伍 斌

（四川电力送变电建设公司，四川 成都 610051）

近年来，在大体积混凝土浇筑工程中，裂缝的产生一直成为技术人员研究的课题。如何才能有效的防止裂缝产生提高工程质量，本文作者结合工程实例，主要就大体积混凝土温度裂缝产生的原因及控制措施进行了阐述，同时对裂缝控制的计算做了分析。

变电站；大体积混凝土；裂缝控制；措施

1 工程概况

石棉500kV变电站工程，其中的GIS设备基础为一大板基础，最长处为68.15m，最宽处为25.05m，最厚处为1.6m，垫层混凝土强度等级为C10，基础及沟道混凝土强度等级为C30，混凝土浇筑量约1200m3，采用泵送混凝土施工方法，要求一次浇筑成型，不设施工缝。基础底板下部双向配置φ20@200钢筋，底板上部纵、横向分别配置φ16@200、φ12@200钢筋。

2 大体积混凝土裂缝类型分析及处理措施

2.1 大体积混凝土裂缝的类型

（1）表面裂缝：由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时便会产生表面裂缝。

（2）贯通裂缝：当大体积混凝土内部水泥水化到一定程度后，混凝土逐渐降温，加之混凝土失水引起体积收缩变形，在边界条件的约束下产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时便可能产生贯穿整个结构的裂缝。

2.2 裂缝控制施工措施

2.2.1 混凝土材料选择

（1）选用合适的水泥：优先选择水化热低和安全性能好的水泥，考虑到本地区水泥供货商情况，决定采用矿渣硅酸盐42.5R级水泥，在满足设计要求的前提下，尽可能减少水泥用量，降低水泥产生的水化热。

（2）控制粗细骨料的质量：石子及砂子的含泥量不超过1%和3%，尽可能选择粒径较大的石子（选5～35mm连续级配的碎石），砂宜选择中粗砂（细度模数2.7），以减少水泥用量。

（3）采用“双掺技术”：为了减少水泥用量，同时为了延缓混凝土凝结时间，放慢水泥水化热释放速度，推迟和降低水化热峰值，在混凝土中掺入适量的高效减水剂GM-B，减水率不小于12%，混凝土初凝时间大于90min，收缩比不大于135。同时为减少水泥用量，降低水化热，将10%的水泥用量用Ⅱ级粉煤灰超量替代。

（4）考虑以上材料的使用和泵送的施工方法，经试配，确定该基础混凝土配合比为每m3：水泥380kg，Ⅱ级粉煤灰60kg，细骨料758kg，粗骨料1049kg，水185kg，GM-B 高效减水剂2.85kg。

2.2.2 混凝土的浇筑方法

混凝土采用全面分层的浇筑方法。将整个基础分为三层浇筑，层厚一般控制在50cm左右。当已浇筑的下层混凝土尚未凝结时，开始浇筑第二层，如此逐层进行，一般从短边开始，沿长边推进浇筑，直到浇筑完成。

2.2.3 养护工作

在尽量减少混凝土内部温升的前提下，大体积混凝土的养护工作是一项关键工作。本工程根据计算的结果，采用了一层塑料薄膜加盖两层草袋的方法，保温养护时间为30d。目的有两个：一是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；二是延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使平均总温差对混凝土的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止产生贯穿性裂缝。

3 裂缝控制计算分析

为了对施工提供理论指导，应对以下两个问题进行计算：

（1）为了确保内外温差不大于25℃，要进行温度计算，为保温提供理论依据。（2）大体积混凝土的降温阶段是收缩裂缝的危险期，应对其温度应力是否产生裂缝进行验算。

3.1 .混凝土内部最高温度计算

绝热升温：

式中，Tmax为混凝土绝热升温（℃）；W为水泥水化热量，本工程取334kJ/kg；Q为混凝土中水泥用量（kg/m3）；C为混凝土比热，取0.96kJ/kg；P为混凝土质量密度，取2400kg/m3。

考虑到基础厚度相对于长度较小，表面积大，并且在深秋季节施工（5～10℃），散热面大及传导速度快，所以取散热系数0.6（0.5～0.7），入模温度按10℃计，则基础中部最高温度为：

3.2 .混凝土表面温度控制计算

根据大体积混凝土施工规范的要求，内外温差应控制在25℃以内，则混凝土表面温度T1要控制在19.25℃以上。

为确保混凝土表面温度不小于19.25 ℃，用松散保温材料草袋加塑料薄膜的方法对混凝土表面进行覆盖，进行保温保湿养护，依据：

式中，H为混凝土厚度（1.6m）；λx为草袋传热系数，取0.14W/（m·K）；λ为混凝土传热系数，2.3W/（m·K）；Tq为混凝土浇筑3～5d后平均气温，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需要保温覆盖两层草袋（60mm），考虑到冬季施工，不宜浇水养护，采用在混凝土表面先铺一层塑料薄膜，再铺两层草袋即可满足要求。

3.3 .收缩裂缝控制验算

该基础L=68.15m，H=1.6m，H/L=0.023＜0.2，符合“均匀温差和均匀收缩”的基本假定。各龄期温度应力的计算公式如下：

式中，E（t）为混凝土一定龄期时的弹性模量；α为混凝土的线膨胀系数，1×10-5/℃；μ为泊松比，取0.15；T（t）为结构计算温差；Cx为总阻力系数，N/mm3；L为基础长度，本例为68150mm；H为基础厚度，本例为1600mm；S（t）为应力松弛系数。

以上各项参数分别计算如下：

（1）计算各龄期混凝土的弹性模量E（t）：

式中，E0为混凝土28d时的弹性模量，取3.0×104MPa；t为混凝土的龄期（d）；e为常数。

（2）计算各龄期混凝土收缩值及收缩当量温差：

式中，εy（t）为各龄期混凝土收缩值；t为混凝土的龄期（d）；ε0y为标准状态下最终收缩值，取3.24×10-4；e为常数；α为混凝土的线膨胀系数，1×10-5/℃；M1，M2，……Mn 为考虑各种非标准条件下，与水泥品种、细度、骨料品种、水灰比、水泥浆量、养护条件、环境相对湿度、构件尺寸、混凝土振捣方法、配筋率有关的修正系数。

（3）计算总阻力系数Cx：

式中，Cx1为地基侧向刚度系数，本例为硬质粘土地基，取3×10-2N/mm3；Cx2为地基单位面积刚度受桩基影响系数；Q为桩产生单位位移所需水平力；F为每根桩分担的地基面积，本例为1.26×107mm2；E 为桩混凝土弹性模量，取2.8×104N/mm2；I为桩的截面惯性矩，取πd4/64=6.36×109mm4；Kh为地基水平侧移刚度，取1×10-2N/mm3；D为桩的直径，本例为600mm。

将各数值代入公式（12），经计算Q=0.99×104N/mm

（4）计算总降温产生的最大拉应力：

根据上述计算，该混凝土底板浇筑不会出现贯穿性裂缝。

结语

实践证明，我们采用以上措施，在变电站工程施工中，有效地控制了混凝土裂缝的产生，工程质量达到了设计及规范的要求，并取得很好的效果。

[1]王铁梦著.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[2]高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ6-99)[M].北京:中国建筑工业出版社.

TU

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