变电站大体积混凝土基础裂缝控制

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摘要：本文分析了大体积混凝土结构裂缝的产生机理，结合实际工程，从设计、材料、施工三方面提出了大体积GIS基础裂缝控制措施，经工程验证，文本所提措施可靠、有效，能有效控制裂缝的产生。

关键词： 大体积混凝土裂缝控制 温度应力

中图分类号：TV544+.91文献标识码： A 文章编号：

0引言

越来越多的变电站采用组合电器（GIS）设备，基础多采用混凝土大板基础，为大体积混凝土，其裂缝控制是工程的重点和难点，必须采取技术可靠、经济合理的全面的温度裂缝控制措施。

1大体积混凝土裂缝产生机理分析

变电站GIS大体积混凝土基础因其暴露在地面以上，裂缝主要产生因素有以下几种：

（1）水泥水化热

混凝土的内部温度是由入模温度、水泥水化热的温升叠加之和[1]。由于大体积混凝土截面尺寸大，水泥水化热聚集内部，不易散失，导致混凝土内部急骤升温，而混凝土表面散热较快，由于内外热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面便开始产生温度裂缝。

（2）混凝土收缩

混凝土在空气中硬结时因体积减少而收缩，受到约束时，将在内部产生拉应力，导致混凝土开裂。混凝土浇筑完成后，随着结合水和自由水的释放会在硬化初期产生碳化过程收缩及后期的干缩变形，混凝土表面干缩相对内部快，由于受到内部的约束，当表面产生的拉应力超过抗拉强度极限时，就会出现裂缝。

（3）环境温度变化

环境温度的变化是大体积混凝土裂缝产生的重要因素。大体积混凝土遭遇冬季施工时，因环境温度变化较大，极易出现裂缝。在投入使用后因四季温差大、昼夜温差大等气候因素造成变形，也容易产生裂缝。

2变电站大体积混凝土裂缝控制措施

变电站大体积混凝土裂缝控制措施应主要从以下两方面考虑：（1）减小温度应力；（2）提高混凝土抗裂能力。大体积混凝土结构温度裂缝的控制不能单靠某一项措施，必须结合工程实际，从设计、材料、施工进行全面考虑。

2.1设计方面

2.1.1优化基础平面布置

变电站GIS基础所承载的设备布置复杂，设备受力点多，且对基础的沉降要求极为严格，因此GIS大体积混凝土基础的平面布置首先要满足工艺要求，兼顾造价，在此前提下尽量使平立面规则、简单，减少截面突变，以减少应力集中。GIS基础多为超长结构，应合理设置贯穿至基础底部的后浇带及面层混凝土伸缩缝对基础进行分隔，减小温度应力。

2.1.2选用中低强度混凝土

混凝土的强度越高，水泥用量越大，水化热越高，对混凝土的抗裂越不利，根据以往工程经验，如果不采取针对性的控制措施，各类高强混凝土结构更容易出现开裂问题。变电站GIS基础主要承受竖向荷载，在满足承载力要求及结构耐久性要求的前提下，宜选用C20～C35的中低强度混凝土[2]。

2.1.3优化钢筋配置

GIS基础面层混凝土直接暴露在光照下，温度变化相对更为剧烈，更容易出现裂缝，因此面层混凝土中应配置足够的构造钢筋，可用构造钢筋兼温度筋，钢筋宜细而密，考虑施工的便利性，钢筋直径不宜过小（≥φ6）。在混凝土转角及截面突变部位应增加配筋。

2.1.4有限元模拟

根据设计方案、材料选择、施工工艺、外界环境对大体积混凝土施工过程进行有限元模拟，得出大体积混凝土在各种工况下的温度应力分布及温度变化情况，从而制定专门的温控措施，比如：确定后浇带及伸缩缝的数量、位置，局部增加温度筋，降温导管的设置，养护温度的确定等。

2.2材料方面

2.2.1优化混凝土配合比

在满足规范规定的强度、防水、耐久性等要求下，结合当地气候条件、物料情况，委托有资质的科研检测单位进行混凝土配合比试验，通过试验科学地确定水灰比、胶凝材料用量、骨料用量、外加剂用量等参数，到达最优配合比。细骨料宜选用细度模数为2.3～3.0的中砂，可减少水泥用量，粗骨料宜选用5～30mm的连续级配砂石，严格控制骨料的含泥量[3]，以减少混凝土收缩变形。

2.2.2减小水泥用量，选择低水化热水泥

水泥水化热是大体积混凝土早期裂缝的主要影响因素，为此大体积混凝土应优先选用低水化热水泥，如低热矿渣水泥、粉煤灰水泥、中热硅酸盐水泥、火山灰水泥，同时应尽量减小水泥用量，以降低水泥水化热引起的温升。

2.2.3掺加粉煤灰

胶凝材料中采用粉煤灰取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低水化热，并能增加混凝土的和易性。粉煤灰的火山灰反应可以进一步改善混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，使硬化后的混凝土更加致密，提高混凝土抗裂性能。

2.2.4掺入外加剂

在混凝土中掺入适量的缓凝剂、减水剂，以调节混凝土的凝结时间和水灰比，缓凝剂可以延缓混凝土放热峰值的出现，增加混凝土的散热时间；减水剂可降低水灰比、改善混凝土的和易性、减少水泥用量，从而降低水化热。混凝土中掺入抗裂纤维，可有效提高混凝土的抗裂性能。

2.3施工工艺

2.3.1大体积混凝土的浇注

（1）混凝土采用分层连续浇，以加快混凝土散热速度，混凝土的摊铺厚度应根据混凝土的和易性及所用振捣器的作用深度确定，不宜过厚，层间的间隔时间尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将次层混凝土浇筑完毕。可按照后浇带、伸缩缝的设置进行分段浇注，每段必须连续浇注完成，不留施工缝。浇注应在气温相对较低时进行，夏季施工时，应避开正午，尽量安排在夜间施工。

（2）混凝土振捣：采用插入式振捣器进行振捣，插点按梅花形布置，随浇随振，捣点间距不宜过大，不得过振，振捣棒尽可能不接触底层混凝土，后浇带等特殊部位要细致振捣。在混凝土初凝前进行复振，时间在浇注后三小时之内，二次振捣可排除混凝土泌水，减少内部空隙，提高混凝土强度、密实度和对钢筋的裹握力。

（3）入模温度控制：混凝土浇注后，其内部温度由入模温度与水泥水化热引起的混凝土温升叠加构成，因此要严格控制混凝土的出机温度和入模温度。

2.3.2大体积混凝土的的养护

保温养护是大体积混凝土成品质量的关键，应综合考虑现场的天气、施工条件，按照温控指标要求，因地制宜的采取养护措施。变电站GIS基础由于大部分在地面以上，混凝土浇筑后应及时加以覆盖，可采用草袋作为保温材料，不宜长期暴露在风吹日晒的环境中，应制定应急预案，以应对拆模后气温骤降等突况。冬季施工时应搭设挡风保温棚，棚内温度及湿度24小时进行人工调节。

2.3.3温度监测

为控制裂缝的产生，对浇筑后的大体积混凝土应采取温度监控措施，施工前通过计算确定混凝土出机温度、入模温度、内部温度峰值、混凝土内外温差、降温速率、环境温度等指标值，在养护过程中对混凝土的上述指标进行实时监测，以掌握和控制大体积混凝土的内温度变化情况。

3结论

大体积混凝土的裂缝产生机理复杂，本文结合变电站大体积混凝土的特点分析了裂缝产生的主要因素，从设计、材料、施工等几个方面提出了大体积混凝土裂缝综合控制措施，经过工程验证，文本所提措施能有效控制裂缝的产生。

参考文献

[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2] GB/T 50476-2008,混凝土结构耐久性规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3] JGJ 55-2000,普通混凝土配合比规程[S].北京:中国建筑科学研究院,2001.