周建文,朱 勛,高 健
(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州 313000)
近年來,很多電網(wǎng)建設(shè)工程的配電裝置采用GIS,其基礎(chǔ)混凝土工程量較大,屬大體積混凝土.對(duì)于這種具有結(jié)構(gòu)厚度大、體積大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高的大體積混凝土,很多參建單位(包括設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理單位),對(duì)其認(rèn)識(shí)不夠,致使很多工程GIS基礎(chǔ)不同程度地出現(xiàn)了裂縫.
我國《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JG55-2011)對(duì)大體積混凝土作了定量和定性的定義:混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土,或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土[1].
湖州某220 k V變電站工程220 k V、110kV屋外配電裝置均采用GIS布置.GIS設(shè)備基礎(chǔ)混凝土厚1.55 m.220 k VGIS設(shè)備基礎(chǔ)混凝土體量為650 m3,110kVGIS設(shè)備基礎(chǔ)混凝土體量為680 m3,屬大體積混凝土.由于參建單位各項(xiàng)目部人員均第一次接觸這種體量的大體積設(shè)備混凝土,缺乏經(jīng)驗(yàn),質(zhì)量控制措施不當(dāng),工程實(shí)施后,GIS設(shè)備基礎(chǔ)出現(xiàn)了不規(guī)則裂縫.
由此可見,研究分析GIS設(shè)備基礎(chǔ)裂縫成因及加強(qiáng)對(duì)混凝土施工的質(zhì)量控制,確保GIS大體積混凝土質(zhì)量,就成為湖州電網(wǎng)建設(shè)研究的迫切課題.
大體積混凝土因其體積大,水化時(shí)產(chǎn)生的水化熱無法在短時(shí)間內(nèi)消散,從而使其內(nèi)部溫度升高又快又高[2].水泥在水化過程中產(chǎn)生了大量的熱量,因而使混凝土內(nèi)部的溫度升高,由于導(dǎo)熱性差,大體積混凝土內(nèi)外降溫速度明顯不同,當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形.溫度應(yīng)力與溫差成正比,溫差越大,溫度應(yīng)力越大,當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫.混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土的厚度及水泥用量有關(guān).混凝土越厚,水泥用量越大,內(nèi)部溫度越高.本工程220 k V、110kV GIS設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土澆筑采用泵送工藝,以后澆帶為界一次性澆筑完成,不留施工縫.致使混凝土內(nèi)部水化熱急驟產(chǎn)生的溫度變化以及大面積混凝土硬代收縮引起體積變形.乃是該工程產(chǎn)生裂縫的主要原因.因此,防止混凝土出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵是控制混凝土內(nèi)部與表面的溫差.
本工程承臺(tái)砼與地基澆筑在一起,當(dāng)溫度變化時(shí),受到下部地基的限制.產(chǎn)生外部約束應(yīng)力.混凝土在早期溫度上升時(shí),產(chǎn)生的膨脹受到約束而形成壓應(yīng)力.當(dāng)溫度下降,則產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,若超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,混凝土將會(huì)產(chǎn)生垂直裂縫.另外,混凝土內(nèi)部由于水泥的水化熱而形成中心溫度高,熱膨脹大,因而在中心產(chǎn)生壓應(yīng)力,在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力.
本工程GIS設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土以后澆帶為界一次性澆筑完成,不留施工縫.厚大體積的混凝土水化熱積聚產(chǎn)生的內(nèi)外應(yīng)力差,是產(chǎn)生裂縫的又一原因.
大體積砼在施工階段,常受外界氣溫的影響.混凝土內(nèi)部溫度是由水泥水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和散熱溫度三者的疊加.當(dāng)氣溫下降,特別是氣溫驟降,會(huì)大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度,產(chǎn)生溫差和溫度應(yīng)力,使大體積混凝土產(chǎn)生裂縫.
本工程施工期為5月中下旬至6月初,本地區(qū)平均氣溫20℃,混凝土內(nèi)部最高溫度計(jì)算值為52℃,混凝土表面需控計(jì)算溫度為27℃,混凝土澆筑完成后,施工單位雖采取了覆蓋土工布等保溫措施,但由于土工布屬于滲透性能好的合成材料,其保溫性能并不理想.因此,本工程的保溫材料的不當(dāng)也是造成GIS設(shè)備基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫的又一誘因.
混凝土中的80%水分要蒸發(fā),約20%的水分是水泥硬化所必需的.而最初失去的30%自由水分幾乎不引起收縮,隨著混凝土的陸續(xù)干燥而使20%的吸附水逸出,就會(huì)出現(xiàn)干燥收縮,而表面干燥收縮快,中心干燥收縮慢.由于表面的干縮受到中心部位混凝土的約束,因而在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫.此其為GIS設(shè)備基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫另一原因.
GIS設(shè)備基礎(chǔ)具有上部荷載分布不均勻、占地面積比較大的特點(diǎn).在工程實(shí)際中,軟土地基及基礎(chǔ)持力層出現(xiàn)分布不均勻的情況,在設(shè)計(jì)及施工過程中,如果對(duì)上述因素不重視,不采取地基加固或構(gòu)造措施,極容易產(chǎn)生基礎(chǔ)的沉降差異,進(jìn)而導(dǎo)致基礎(chǔ)變形而產(chǎn)生裂縫.
GIS設(shè)備由于生產(chǎn)廠家的不同,布置形式也有多種.合理地選擇基礎(chǔ)型式以及合理的配置基礎(chǔ)的構(gòu)造措施可以有效地控制裂縫的產(chǎn)生.目前,變電站工程GIS屋外設(shè)備基礎(chǔ)布置型式主要有筏梁基礎(chǔ)和閥板基礎(chǔ)兩種,如遇地質(zhì)條件較差的情形則采用打樁加固地基.
2.1.1 筏梁基礎(chǔ)
對(duì)一些設(shè)備布置間距較大的GIS基礎(chǔ),設(shè)計(jì)上采用筏梁基礎(chǔ),根據(jù)設(shè)備工藝布置、設(shè)備荷載以及地基土承載力布置基礎(chǔ)筏板,梁僅設(shè)置于需架設(shè)設(shè)備處(見圖1、圖2),筏板處設(shè)置后澆施工帶,間距控制在20 m左右,具體尺寸根據(jù)設(shè)備的工藝尺寸來定.這種處理方式的優(yōu)點(diǎn)是:① 可以有效地減少混凝土的工程量,降低造價(jià);② 施工時(shí)筏板基礎(chǔ)與梁分步進(jìn)行,可以大大減少一次性澆搗的混凝土方量,從而可以有效地降低裂縫發(fā)生的幾率.這種基礎(chǔ)型式成為目前變電站GIS屋外設(shè)備基礎(chǔ)布置的優(yōu)選的主要基礎(chǔ)型式.如之后建設(shè)的220 k V白龍變、220 k V金釘子變電站(圖3),均采用筏梁基礎(chǔ)布置型式.
2.1.2 筏板基礎(chǔ)
有些設(shè)備布置較密,設(shè)計(jì)上只能采用筏板基礎(chǔ),本工程就采用筏板基礎(chǔ)這種型式(見圖4).為了防止裂縫的產(chǎn)生,設(shè)計(jì)上需增強(qiáng)基礎(chǔ)混凝土的構(gòu)造措施.
(1)設(shè)置后澆帶,具體做法同筏梁基礎(chǔ);
(2)在基礎(chǔ)面層設(shè)置鋼絲網(wǎng),鋼絲網(wǎng)與基礎(chǔ)中的鋼筋或基礎(chǔ)上部的預(yù)埋鐵件做有效地連接.
2.1.3 地基處理
對(duì)軟土、填土地基在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固.在基礎(chǔ)范圍內(nèi)夾有松軟土?xí)r應(yīng)進(jìn)行換填,必要時(shí)可采取打樁進(jìn)行加固地基,以保證基礎(chǔ)的均勻沉降.
對(duì)于大體積混凝土,監(jiān)理單位應(yīng)對(duì)施工單位的大體積混凝土施工專項(xiàng)方案進(jìn)行審查,重點(diǎn)審查以下內(nèi)容:① 材料要求和配合比設(shè)計(jì);② 分層分塊澆搗措施;③ 混凝土的攪拌、運(yùn)輸和澆筑方案;④ 混凝土的保溫措施;⑤ 混凝土的測溫措施;⑥ 混凝土養(yǎng)護(hù)措施.
大體積混凝土因其水泥水化熱的大量積聚,易使混凝土內(nèi)外形成較大的溫差,而產(chǎn)生溫差應(yīng)力.高等級(jí)混凝土水泥用量較多,因此在施工中應(yīng)選用水化熱較低的水泥.
(1)對(duì)于基礎(chǔ)來說,一般不會(huì)很快就增加結(jié)構(gòu)荷載,因此,充分利用混凝土的中后期強(qiáng)度,可有效地降低水泥用量.
(2)選用中低熱水泥,如礦渣水泥、粉煤灰水泥等,以降低水泥水化所產(chǎn)生的熱量,從而控制大體積混凝土的溫度升高.
(3)粗骨料選用粒徑為5~40 mm連續(xù)級(jí)配碎石;細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)3.5左右的中砂.嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料的含泥量,石子控制在1%以下,黃砂控制在2%以下.如果含泥量大的話,不僅會(huì)增加混凝土的糾縮,而且會(huì)引起混凝土抗拉強(qiáng)度的降低,對(duì)混凝土抗裂不利.
(4)可選用摻入具有緩凝、減水作用的外加劑,以改善混凝土的性能.加入外加劑后,可延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間.采取分層澆筑混凝土,利用澆筑面散熱,并大大減少施工中出現(xiàn)冷縫的可能性.
(5)坍落度:控制在120±20 mm.
(6)凝結(jié)時(shí)間:初凝時(shí)間為9~10 h,終凝時(shí)間為12~13 h.
(7)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)確定配合比以及摻合料相容性測試.
在傳統(tǒng)的“三冷技術(shù)”的基礎(chǔ)上采用“二次風(fēng)冷”新工藝,降低混凝土的澆筑溫度[4].或者采用加冰拌合,一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右.
近年來,星光村農(nóng)房、林地、湖泊、堰塘等鄉(xiāng)村資源閑置現(xiàn)象逐漸凸顯。鄉(xiāng)村資源閑置的背后,反映了資源利用的低效和浪費(fèi),說明其價(jià)值未被有效激發(fā)出來,農(nóng)民財(cái)產(chǎn)性收入水平低等問題。究其原因,包產(chǎn)到戶后,農(nóng)村的集體資產(chǎn)呈原子化發(fā)展?fàn)顟B(tài),農(nóng)民分散的閑置資源缺乏統(tǒng)籌管理,難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?;?、集約化發(fā)展,農(nóng)民本身也缺乏組織化管理,難以與市場對(duì)接。星光村通過專合社這一平臺(tái),將整幢閑置房屋、宅基地、多余的房間等資源有效地統(tǒng)籌聚集起來,按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外出租,引導(dǎo)村民參與旅游接待服務(wù),有效地盤活了鄉(xiāng)村閑置資源。
保溫措施建議采用二層塑料薄膜,二層草包覆蓋,覆蓋工作必須嚴(yán)格認(rèn)真貼實(shí),薄膜幅邊之間搭接寬度不小于10 cm,草包之間連口緊拼.
混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和方法:
(1)養(yǎng)護(hù)時(shí)間.為了保證新澆筑的混凝土有適宜的硬化條件,防止在早期由于干縮而產(chǎn)生的裂縫,大體積混凝土澆筑完畢后,應(yīng)在12 h內(nèi)加以覆蓋和澆水.具體要求是:普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土不得少于14 d;礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥、大壩水泥、礦渣大壩水泥拌制的混凝土不得少于21 d.
(2)養(yǎng)護(hù)方法.大體積混凝土養(yǎng)護(hù)方法,分降溫法和保溫法兩種.降溫法,即在混凝土澆筑成型后,用蓄水、灑水、噴水養(yǎng)護(hù)以及濕麻袋覆蓋,保持混凝土表面潮濕,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14 d;保溫法是在混凝土成型后,立即使用保溫材料、塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù).
嚴(yán)格控制混凝土入模溫度,一般入模溫度不宜超過35℃,分塊分層澆筑,延緩混凝土升溫速率、減小混凝土基礎(chǔ)內(nèi)外溫差,避免表面溫度驟降,采用二次振搗工藝等.
加強(qiáng)測溫和溫度監(jiān)測與管理,實(shí)行信息化控制,隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化,內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi),基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi),及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施,使混凝土的溫差梯度和濕度不至過大,以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)[5].
一般情況下,溫控指標(biāo)不宜大于下列數(shù)值[5](表1).
表1 溫度指標(biāo)要求
為了掌握大體積混凝土的溫升和降溫的變化規(guī)律以及各種材料在各種條件下的溫度影響,需要對(duì)混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測控制.
(1)測溫點(diǎn)的布置——必須具有代表性和可比性.沿澆筑的高度,應(yīng)布置在底部、中部和表面,可按主要承臺(tái)的數(shù)量1/4布置.
(2)測溫制度:在混凝土溫度上升階段每2~4 h測一次,溫度下降階段每8 h測一次,同時(shí)應(yīng)測大氣溫度.所有測溫孔均應(yīng)進(jìn)行編號(hào),進(jìn)行混凝土內(nèi)部不同深度和表面溫度的測量.測溫工作應(yīng)由經(jīng)過培訓(xùn)、責(zé)任心強(qiáng)的專人進(jìn)行.測溫記錄,應(yīng)交監(jiān)理方審核,并作為對(duì)混凝土施工和質(zhì)量的控制依據(jù).
(3)測溫工具的選用:為了及時(shí)控制混凝土內(nèi)外兩個(gè)溫差,以及校驗(yàn)計(jì)算值與實(shí)測值的差別,隨時(shí)掌握混凝土溫度動(dòng)態(tài),宜采用熱電偶或半導(dǎo)體液晶顯示溫度計(jì).在測溫工程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫差超過25℃時(shí),應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)保溫或延緩拆除保溫材料,以防止混凝土產(chǎn)生溫差應(yīng)力和裂縫.
2.8.1 設(shè)計(jì)措施
根據(jù)設(shè)備的工藝尺寸確定后澆帶的間距,但應(yīng)控制在20 m左右.后澆帶的寬度為800~1 000 mm.后澆帶做成平直縫,結(jié)構(gòu)主筋不在縫中斷開,并配置適量的加強(qiáng)鋼筋.
明確待縫兩側(cè)混凝土澆灌至少28 d以后,將縫兩側(cè)的混凝土表面鑿毛,再用比設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的混凝土(澆筑水泥配置,內(nèi)摻12%混凝土微膨脹劑)澆灌,并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù).
2.8.2 施工措施
后澆帶兩側(cè)混凝土表面鑿毛及清潔要到位,外露鋼筋必須除銹干凈,后澆帶的澆灌必須在28 d以后,根據(jù)氣候制定養(yǎng)護(hù)保護(hù)措施.
依據(jù)上述控制要求,220 k V白龍變、220 k V金釘子變GIS設(shè)備基礎(chǔ)裂縫問題得到很好的解決,其中220 k V白龍變電站被評(píng)為國家電網(wǎng)公司優(yōu)質(zhì)工程,220 k V金釘子變電站工程在省電力公司流動(dòng)紅旗評(píng)比及國網(wǎng)公司交叉互查工作中取得優(yōu)秀成績.
GIS大體積混凝土裂縫問題十分復(fù)雜,涉及設(shè)計(jì)、材料、施工、養(yǎng)護(hù)、環(huán)境等多方面因素,為預(yù)防控制裂縫的產(chǎn)生,須從設(shè)計(jì)、材料、施工工藝等方面統(tǒng)籌考慮,采取綜合措施,才能取得預(yù)期效果.
[1]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部,JGJ55-2011.普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.
[2]熊躍華.大體積混凝土溫度裂縫機(jī)理及其控制措施[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2008(11):103-104.
[3]劉華清,程永鋒.特高壓變電站GIS設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土溫度裂縫控制[J].混凝土,2009(11):118-119.
[4]羅清,李紅麗.二次風(fēng)冷骨科技術(shù)在江口水電站工程的應(yīng)用[J].人民長江,2001(32~33):63-65.
[5]建筑施工手冊(第四版)編寫組.建筑施工手冊(第四版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.
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