冬季施工大體積混凝土收縮變形機理及裂縫控制分析

李林 商文念 穆德君 劉小云

【摘要】變電站GIS基礎一般均為大體積混凝土，溫度應力影響下收縮變形大，表面裂縫難以控制。本文以某變電站500kVGIS基礎為例，對GIS基礎大體積混凝土收縮變形裂縫機理進行分析，計算GIS基礎混凝土內部最大應力，依據計算結果提出在GIS基礎內部及表面合理構造配筋，在基礎保護層內增配抗裂鋼絲網與耐堿玻璃纖維網布等設計措施，并提出易于施工的基礎溫控技術?，F場GIS基礎冬季施工有效避免了大體積混凝土表面裂縫的產生，達到了大體積混凝土內實外光的效果，可為以后變電站GIS基礎大體積混凝土裂縫控制提供參考。

1 工程概況

龍山500kV變電站位于山東省章丘市繡惠鎮，是濟南電網的樞紐變電站，為山東500kV電網"十二五"重點建設工程，是山東首批投運的無人值守智能變電站，在電網中起著十分重要的作用。

龍山500kV變電站500kVGIS基礎為超長大體積混凝土，平面不規則，外形輪廓尺寸為12.3m×124.7m，厚度為1.95m?；炷翉姸鹊燃墳镃25。

2 設計及施工難點

（1）500kVGIS設備對基礎平面允許誤差及沉降有較高要求，基礎伸縮縫設置與設備水平、垂直伸縮節位置有關，伸縮縫間距過大，不滿足規范要求。

（2）GIS基礎為大體積混凝土，施工過程中，由于水泥水化熱等原因，極易引起混凝土內部溫度和溫度應力的劇烈變化，從而導致混凝土結構出現裂縫。因此，防止混凝土出現有害溫度裂縫是設計和施工的關鍵工作。

（3）GIS基礎施工期間正值冬季，白天溫度在3℃左右，晚上溫度下降到-7℃，晝夜溫差大，對于大體積混凝土澆筑及保溫養護難度較大。

3 大體積混凝土GIS基礎開裂機理分析

500kVGIS基礎混凝土量大，引起混凝土開裂因素較多，施加適當應力可能產生基礎內部微裂縫，環境惡劣、結構不合理也會引起基礎較大裂縫，極端情況下，會嚴重影響結構內部完整性。

對500kVGIS基礎而言，混凝土干縮和溫度應力是引起混凝土開裂的主要原因?；炷林谱鬟^程中，水和水泥發生化學和物理變化使混凝土產生凝結和硬化，混凝土澆筑后由于水泥水化熱作用，會經歷升溫期、降溫期和穩定期3個階段，混凝土體積也會隨溫度變化而發生熱脹冷縮，各部分基礎混凝土體積變化收到約束從而產生溫度應力，當產生的溫度應力大于混凝土抗裂能力時，混凝土就會開裂。

混凝土在冬季施工，產生裂縫的原因還有混凝土內外溫差和新澆混凝土的早期受凍，混凝土中自由水受凍形成的冰晶會直接影響混凝土的強度發展及耐久性，混凝土澆筑溫度、養護時間與養護方法等因素對混凝土受凍的強度損失有較大影響[1]。

5 冬季大體積混凝土施工抗裂縫措施

控制裂縫的發展是大體積混凝土施工過程中的重要難題，500kVGIS基礎截面尺寸大，由荷載引起的裂縫可能性很小。冬季施工時，大體積混凝土釋放的水化熱受晝夜溫差變化和收縮作用，引起混凝土結構裂縫的主要因素是溫度和收縮應力[3]，可采取以下措施控制裂縫產生：

5.1 設計措施

1）500kVGIS基礎采用中低強度標號混凝土，基礎上部1.35m采用C25混凝土，底部0.6m采用C25毛石混凝土，毛石含量不大于25%，減少水泥用量，從而降低混凝土澆筑時的水化熱。

2）基礎混凝土頂面及底面均配雙向鋼筋網，鋼筋采用8，間距150mm?；A頂面如有預埋槽鋼，則雙向鋼筋網遇槽鋼處應截斷，使保護層厚度不應過大。

3）基礎表面外露200mm厚度范圍內添加抗裂纖維，纖維斷裂強度>1500MPa，長度為18mm，摻量為0.7～0.9kg/m3，基礎頂面增設一層耐堿玻璃纖維網布，有效避免基礎頂面裂縫產生。

4）500kVGIS基礎形狀不規則，開洞或陰角處應力集中，往往是裂縫高發部位。本工程在所有GIS基礎陰角處距基礎表面300mm的深度范圍內設置兩排12@100斜向抗裂鋼筋，單根鋼筋長度≥500mm。此外在GIS基礎陰角部位的表面周圍增設一層1m×1m（長×寬）鋼絲網，鋼絲網選用12.7mm×12.7mm，絲徑0.9mm，鋼絲網的保護層厚度為15mm，從而避免陰角等應力集中部位出現裂縫。

5.2 施工措施

1）原材料選擇。

混凝土原材料優選中最關鍵的是在不降低混凝土彈性模量、抗拉抗壓強度、抗凍性、耐磨性及抗滲性等力學主要技術指標前提下，有效降低混凝土的絕熱溫升。

本工程采用低熱礦渣水泥或中熱硅酸鹽水泥代替常規硅酸鹽水泥，摻入一定量的粉煤灰以降低放熱量。精選砂石骨料，采用骨料的連續級配，提高混凝土的密實性，選用熱膨脹系數小和吸水率低的骨料，以減小混凝土的膨脹和收縮變形，嚴格控制砂石的含泥量。摻加減水劑等外加劑，在保持混凝土坍落度和強度不變的條件下，減少用水量，節約水泥，降低混凝土的絕熱溫升。

2）控制材料入模溫度。

施工中應縮短混凝土運輸時間，混凝土運輸泵管外包巖棉保溫筒進行保溫；骨料及鋼筋不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物質；施工中要控制好混凝土澆筑出機和入模溫度，出機溫度一般不低于10℃，入模溫度一般不低于5℃，溫度如過低，則容易造成新澆混疑土冷卻過快，使混凝土在很短時間內降至冰點溫度，從而影響混凝土早期強度增長。

3）控制混凝土內部溫度

大體積混凝土澆筑后將產生較高的水化熱溫升，使混凝土內表之間存在溫度差別，溫度差使結構不同部位變形不一致，從而產生溫度應力。

溫度應力尤其是拉應力容易使混凝土結構產生裂縫，從而降低混凝土結構的耐久性。為防止溫度裂縫，必須進行溫度控制，尤其在低溫天氣條件下?；A鋼筋安裝的同時埋設冷卻水管（每層間距1 m）和溫度監控的測溫儀器，在混凝土澆筑前進行儀器的調試和冷卻水管通水試驗以檢測其完好性；混凝土分層分次澆筑、搗實，澆筑每層厚度為250～300mm，減少水化熱總量，確?；炷临|量[4]。

4）加強混凝土成品養護。

冬季混凝土的養護管理是保證混凝土質量的重要措施，新澆筑的混疑土要做好覆蓋保溫工作，并經常檢查；做好混凝土的測溫工作，隨時掌握混凝土的內部溫度，保證混凝土在初凝期不受凍?；A混凝土收面后先鋪設兩層薄塑料膜進行保水養護，然后滿鋪5cm厚防火保溫棉氈進行保溫，最后外側滿鋪1層彩條布防雨、雪及大風。養護期間嚴格保證了混凝土內外溫差小于25℃，混凝土降溫速率小于1.5℃/天，表面溫度與大氣溫度之差小于25℃，從而有效避免結構裂縫產生[5]。

6 結論

工程實踐表明，嚴寒冬季大體積混凝土施工，采取合理的控制混凝土裂縫的設計和施工措施，裂縫控制可達到設計要求。經過對大體積混凝土進行溫度收縮應力分析計算，在基礎底部采用毛石混凝土，頂面增設雙向鋼筋和耐堿玻璃纖維網布，陰角布置抗裂鋼筋和鋼絲網，控制混凝土的入模溫度和內外溫差，最后本工程500kVGIS基礎澆筑完成表面未出現任何有害裂縫，混凝土內實外光，觀感質量優良，對以后大體積混凝土設計及冬季施工有良好的借鑒作用。

參考文獻：

[1] 黃傳庚，吳琴鳳.公伯峽水電站廠房混凝土冬季施工溫度控制[J].葛洲壩集團科技，2005（1）.

[2] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].中國建筑工業出版社，1997.

[3] 張莉莉，羅藝，王杰，李玉建，劉明均.嚴寒環境下大體積混凝土基礎底板施工技術[J].建筑技術，2014，45（2）

[4] 建筑施工手冊（第四版）[M].中國建筑工業出版社，2003.

[5] GB50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范（2011年版）[S].中國建筑工業出版社，2011.