基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的預(yù)制裝配式電纜溝研究及在輸變電工程中的應(yīng)用

萬(wàn)新（廣州電力設(shè)計(jì)院）

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基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的預(yù)制裝配式電纜溝研究及在輸變電工程中的應(yīng)用

萬(wàn)新
（廣州電力設(shè)計(jì)院）

【摘要】本文基于一種新型的輕質(zhì)活性粉末混凝土材料，研究了輕質(zhì)高強(qiáng)預(yù)制裝配式電纜溝，分析了這種材料的材質(zhì)組成、配制原理和養(yǎng)護(hù)工藝，介紹了此種基于輕質(zhì)活性粉末混凝土預(yù)制裝配式電纜溝的型式和設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)在廣州某輸電線路工程應(yīng)用，總結(jié)了其應(yīng)用的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為下一步推廣奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵字】裝配式電纜溝；輕質(zhì)活性粉末混凝土；輸變電工程

1　前言

預(yù)制裝配式電纜溝相對(duì)于傳統(tǒng)的電纜溝而言，其優(yōu)勢(shì)在于減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間、優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境和便于運(yùn)行維護(hù)，所以預(yù)制裝配式電纜溝必須考慮重量輕、強(qiáng)度高和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)的材質(zhì)。綜合調(diào)查分析，現(xiàn)在主要應(yīng)用的預(yù)制裝配式電纜溝材質(zhì)為普通混凝土或高強(qiáng)混凝土材料，而混凝土材料作為一種常規(guī)材料，應(yīng)用較廣，但是由于其重度大的缺點(diǎn)，導(dǎo)致其應(yīng)用在預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)中運(yùn)輸、安裝及施工多不便利。

目前，國(guó)內(nèi)外已有部分人員、廠家已開(kāi)始研究輕質(zhì)高強(qiáng)預(yù)制電纜溝技術(shù)，并已形成部分成果，但其成果中使用壽命與成本不能合理匹配，都不能兼顧強(qiáng)度高、重量輕、耐久性好、防腐好、造價(jià)較優(yōu)的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響預(yù)制電纜溝技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中推廣與應(yīng)用，均不能滿足廣州等地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的需要。因此，研究一種輕質(zhì)高強(qiáng)預(yù)制裝配式電纜溝是很有必要的。

2　輕質(zhì)活性粉末混凝土分析

2.1材質(zhì)組成

活性粉末混凝土是繼高強(qiáng)度、高性能混凝土之后，于二十世紀(jì)末由法國(guó)布伊格公司研究出的一種超高強(qiáng)、低脆性、耐久性優(yōu)異并具有廣闊應(yīng)用前景的新型超高強(qiáng)混凝土。和一般的混凝土不同，它不含粗骨料，而是由砂、水泥、活性摻合料及高效減水劑等組成，為了提高其韌性和延性通常加入鋼纖維。在其凝結(jié)、硬化過(guò)程中可采取適當(dāng)?shù)募訅骸⒓訜岬瘸尚宛B(yǎng)護(hù)工藝。由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被稱為活性粉末混凝土。

活性粉末混凝土是一種強(qiáng)度高、韌性大、孔隙率低且耐久性極高的超高性能混凝土。它的基本設(shè)計(jì)思想是：通過(guò)高材料組分的細(xì)度與活性，減少材料內(nèi)部的缺陷（孔隙與微裂縫），獲得超高強(qiáng)度與高耐久性。而輕質(zhì)活性粉末混凝土（Lightweight Reactive Powder Concrete）針對(duì)活性粉末混凝土的組分特點(diǎn)，保證其基本配合比的前提下，增加一定比例的輕質(zhì)骨料，這樣保證在犧牲一部分高強(qiáng)度的前提下，降低了混凝土的容重，從而實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)高強(qiáng)的要求[1]。

2.2配制原理

輕質(zhì)活性粉末混凝土的基本配制原理是：充分發(fā)揮各種組成顆粒的填充效應(yīng)，通過(guò)提高各種原材料的細(xì)度與活性，使得其充分參與混凝土內(nèi)部的水化過(guò)程，使材料內(nèi)部的缺陷（孔隙與微裂縫）減到最少，以獲得高強(qiáng)度與高耐久性。

其制備技術(shù)：通過(guò)各組顆粒之間的填充效應(yīng)提高拌制材料勻質(zhì)性，從而從微觀角度上增加了輕質(zhì)活性粉末混凝土的密實(shí)度：礦物摻合料平均粒徑約為水泥顆粒直徑的百分之一，其可以很好地填充于水泥顆粒的孔隙之間；而與高效減水劑相適應(yīng)的低堿水泥顆粒填充在了細(xì)骨料之間；級(jí)配良好的細(xì)骨料填充在合適級(jí)配的輕質(zhì)骨料。在配制混凝土?xí)r加入礦物摻合料，可降低水化熱，改善拌合物的工作性能，提高混凝土的后期強(qiáng)度，并可改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高抗腐蝕能力；在拌合物初步凝固后進(jìn)行熱養(yǎng)護(hù)加快各種活性成分的水化反應(yīng)改善其微觀結(jié)構(gòu)；同時(shí)為了彌補(bǔ)高強(qiáng)度帶來(lái)的高脆性的缺點(diǎn)，在拌合時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求摻入鋼纖維以增加抗拉拔強(qiáng)度，提高混凝土的韌性[2]。

2.3養(yǎng)護(hù)工藝

養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土性能的發(fā)展至關(guān)重要，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)會(huì)造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育不良，影響結(jié)構(gòu)的功能和使用性能，甚至導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂紋。本輕質(zhì)活性粉末混凝土裝配式電纜溝，為工廠預(yù)制式，所以可以采用室內(nèi)初養(yǎng)-二次-終期養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。由于廣州地區(qū)平均溫度較高，為恒定較高的養(yǎng)護(hù)溫度提供了一定的便利性和經(jīng)濟(jì)性。初養(yǎng)階段采用室內(nèi)空調(diào)方式進(jìn)行干熱預(yù)養(yǎng)護(hù)，初養(yǎng)恒溫溫度應(yīng)控制在35±5℃，在初養(yǎng)時(shí)構(gòu)件上方需用塑料薄膜覆蓋以減少其表面水分的散失保持濕潤(rùn)。初養(yǎng)一方面是為了加速混凝土拌合物的凝結(jié)硬化，另一方面使構(gòu)件表面的活性粉末摻合料發(fā)生初步反應(yīng)。二次養(yǎng)護(hù)是在混凝土終凝之后采用蒸汽方式進(jìn)行濕熱養(yǎng)護(hù)，目的是為了取干熱養(yǎng)護(hù)方式前期之長(zhǎng),補(bǔ)其后期之短，在混凝土終凝后減少其自收縮。終養(yǎng)是在車間室內(nèi)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，不可直接暴露在室外，以免室內(nèi)外溫差過(guò)大導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，車間室內(nèi)環(huán)境溫度不應(yīng)低于20℃，等構(gòu)件冷卻至室溫后，可轉(zhuǎn)移至存放區(qū)進(jìn)行存放，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不應(yīng)少于7d[3]。

3　預(yù)制裝配式電纜溝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1預(yù)制電纜溝型式

預(yù)制裝配式電纜溝的型式主要有分塊組裝型和整體“U”型，如圖1、圖2所示。

圖1　電纜井分塊組裝圖

圖2　電纜溝整體“U”型

分塊組裝型考慮到兩側(cè)側(cè)墻的穩(wěn)定性及其受力特點(diǎn)，主要應(yīng)用于電纜井及變電站站內(nèi)小型的電纜溝，其主要由蓋板、側(cè)板及底板三種類型的板組裝而成，此種型式的優(yōu)勢(shì)一方面在于單塊長(zhǎng)度可以做得較長(zhǎng)，且設(shè)計(jì)及廠家加工長(zhǎng)度靈活，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)短配合；另一方面工廠預(yù)制的模板制作及養(yǎng)護(hù)較簡(jiǎn)便，且單塊重量較輕，便于運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝。整體“U”型是目前應(yīng)用較廣的一種型式，其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)受力合理、工廠一次加工成型和現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便。本文工程應(yīng)用即為此種型式。

圖3　南方電網(wǎng)變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土電纜溝型式

圖4　基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的整體“U”型預(yù)制電纜溝

3.2電纜溝優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的整體“U”型預(yù)制電纜溝，可以在電纜溝的材料使用量上進(jìn)行優(yōu)化。圖3為廣州地區(qū)應(yīng)用較多的南方電網(wǎng)變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土電纜溝型式，本型式適用于電纜溝寬度B≥800mm，深度H≤1400mm的情況，其中電纜溝側(cè)壁d=200。圖4為根據(jù)南方電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的邊界條件，且當(dāng)B=1400時(shí)設(shè)計(jì)的基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的整體“U”型預(yù)制電纜溝，此預(yù)制裝配式電纜溝根據(jù)施工安裝工況及運(yùn)行使用條件的不利工況計(jì)算，驗(yàn)算時(shí)自重乘以動(dòng)力系數(shù)，脫模、翻轉(zhuǎn)、吊裝、運(yùn)輸取1.5，臨時(shí)固定取1.2，設(shè)計(jì)溝側(cè)壁厚度為100mm，底板厚度為100mm；上部設(shè)四個(gè)吊裝孔；根據(jù)地質(zhì)及地形情況每隔約5～10m在流水槽內(nèi)設(shè)計(jì)一組集水口；縱向連接處側(cè)面采用凹凸槽，底部采用搭接的連接方式，搭接處采用防水水泥砂漿灌注；受力鋼筋采用預(yù)應(yīng)力混凝土鋼棒，以提高其抗拉強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)電纜溝制作、運(yùn)輸及安裝的條件確定每段的長(zhǎng)度，一般可采用1.6m至2.0m。

對(duì)比分析，基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的整體“U”型預(yù)制電纜溝約比普通混凝土電纜溝重量約輕50%，節(jié)約了混凝土及鋼材材料使用量，且便于運(yùn)輸、施工。另根據(jù)安裝工藝及施工情況，可以在電纜溝四個(gè)邊側(cè)預(yù)埋型鋼，以避免運(yùn)輸、安裝過(guò)程中造成電纜溝邊角的破壞。

4　工程應(yīng)用

4.1工程介紹

本工程為廣州花都地區(qū)某220kV變電站的三回110kV電纜出線，由于此220kV變電站位于新建好的雙向六車道國(guó)道旁，110kV電纜出線必須沿著車行道，埋深約500mm。此國(guó)道機(jī)動(dòng)車通行量較大，外部條件要求單向必須開(kāi)通一個(gè)車道，且要求電纜溝施工必須保證縮短工期，設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用了如圖4所示的裝配式電纜溝型式，將電纜溝布置在單向的中間車道。

4.2施工要求

地基要求：由于裝配式電纜溝縱向連接較脆弱，為相對(duì)柔性連接，只允許約0.5°以內(nèi)的轉(zhuǎn)角變形沉降，故要求電纜溝的地基處理較嚴(yán)格。一般要求地基承載力特征值fak≥120kPa，地基土壓縮模量≥4.5MPa；對(duì)中、粗砂、石屑干密度1.8～2.0；粉土、粉質(zhì)粘土（8

安裝要求：為了節(jié)約成本，預(yù)制裝配式電纜溝運(yùn)輸安裝方式一般有兩種：一種是采用隨車起重運(yùn)輸車將構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，直接吊裝進(jìn)入溝槽安裝，此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于施工現(xiàn)場(chǎng)不用租用臨時(shí)堆放場(chǎng)地，不用二次運(yùn)輸?shù)跹b，適用于工廠運(yùn)輸距離較短、且小型的項(xiàng)目。另一種是采用大型平板運(yùn)輸車先將構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)堆放場(chǎng)地，然后由小型叉車直接開(kāi)入溝槽中安裝，此種方式適用于工廠運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，或者是隨車起重運(yùn)輸車無(wú)法進(jìn)入施工場(chǎng)地的情況。本工程采用了第一種方式進(jìn)行安裝，將隨車起重運(yùn)輸車停放在第三車道，直接吊裝安裝。

安裝整體效果良好，安裝圖如圖5，安裝實(shí)體圖如圖6。

圖5　電纜溝安裝圖

圖6　安裝實(shí)體圖

4.3工程應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

⑴社會(huì)效益：裝配式電纜溝的應(yīng)用，免去了現(xiàn)澆混凝土電纜溝的養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，安裝施工工藝簡(jiǎn)化，縮短了現(xiàn)場(chǎng)施工工期，減短了道路圍蔽的時(shí)間，且施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)區(qū)觀感好，為安全文明施工提供了良好條件。

⑵經(jīng)濟(jì)效益：通過(guò)基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的整體“U”型預(yù)制電纜溝設(shè)計(jì)，采用工廠預(yù)制化，減少了整體的混凝土和鋼材的材料用量。推廣使用后，將節(jié)省電力建設(shè)投資，完全符合今后電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的需求。

5　結(jié)語(yǔ)

基于輕質(zhì)活性粉末混凝土的預(yù)制裝配式電纜溝具有強(qiáng)度高、重量輕、耐久性好、防腐好、造價(jià)較優(yōu)的特點(diǎn)，且具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以移位重復(fù)使用，有利于工程全壽命周期循環(huán)利用，但是由于輕質(zhì)活性粉末混凝土的原材料組成及其配合比參數(shù)對(duì)其性能影響顯著，且需要較好的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，若大規(guī)模推廣使用，需要嚴(yán)格控制其原材料的質(zhì)量和比例，同時(shí)應(yīng)選擇合理的養(yǎng)護(hù)制度。

【參考文獻(xiàn)】

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