220kV 變電站土建裂縫成因及控制分析

宋 朝

（中國電建集團(tuán)貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550002）

技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了各行各業(yè)的進(jìn)步，在電力行業(yè)現(xiàn)代化趨勢(shì)下，220kV 變電站在電力網(wǎng)絡(luò)中的重要性凸顯。電力企業(yè)在建設(shè)220kV 變電站時(shí)不僅需合理配備電氣設(shè)備，關(guān)注電氣施工，更需要注重土建施工，采用新材料、新工藝，提高土建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性。目前針對(duì)變電站土建施工方面產(chǎn)生了很多理論和實(shí)踐成果，220kV 變電站建設(shè)中施工人員需注重土建施工，依據(jù)整體目標(biāo)制定細(xì)化的土建施工方案，由專業(yè)人員完成全過程技術(shù)管理、質(zhì)量控制，減少土建裂縫問題。

1 220kV 變電站土建裂縫的類型、成因及預(yù)防

1.1 干縮裂縫

1.1.1 成因

變電站土建工程主要為混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)混凝土凝固時(shí)間結(jié)束或者澆筑了7d 左右的時(shí)間，其結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分大量蒸發(fā)，拌制混凝土結(jié)構(gòu)的水泥漿因水分不足，必將出現(xiàn)一定的干縮，甚至一些情況下伴隨著水分的過快蒸發(fā)，因?yàn)樯鲜銮樾嗡鶎?dǎo)致的混凝土裂縫現(xiàn)象具有不可逆性。在混凝土結(jié)構(gòu)中水分蒸發(fā)期間，在不同結(jié)構(gòu)部位內(nèi)外表面的干縮速率不一致，正是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)表面水分的蒸發(fā)速率有明顯差異，變電站土建結(jié)構(gòu)的內(nèi)外部變形程度明顯不同，內(nèi)外表面干縮現(xiàn)象無法完全一致，長此以往將導(dǎo)致混凝土裂縫，此種原因下的裂縫即為干縮裂縫。依據(jù)混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土結(jié)構(gòu)外受外界溫度等影響，其水分蒸發(fā)速率快，但內(nèi)部水分蒸發(fā)緩慢，導(dǎo)致外部變形明顯大于內(nèi)部。一般來說，混凝土結(jié)構(gòu)表面的干縮程度大，在內(nèi)部混凝土拉應(yīng)力影響下在局部位置可能伴隨著一定的開裂現(xiàn)象。變電站混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要為淺表裂縫，深度小、寬度小，在結(jié)構(gòu)外部可肉眼觀察到，這些裂縫主要為線狀、網(wǎng)狀，寬度一般在0.2mm 左右，主要分布在結(jié)構(gòu)平面，如梁板結(jié)構(gòu)的縱向上。

1.1.2 預(yù)防

針對(duì)220kV 變電站土建結(jié)構(gòu)中的干縮裂縫，主要可采取以下控制措施：（1）優(yōu)先采用收縮量小的水泥材料，有關(guān)人員需進(jìn)入建材市場(chǎng)展開一系列調(diào)研，了解水泥材料的類型及其各自的性能指標(biāo)，做好統(tǒng)計(jì)與分析。在后續(xù)施工建設(shè)期間，這些人員需與施工人員、技術(shù)人員等交流，從預(yù)防干縮裂縫的角度出發(fā)，選擇收縮量相對(duì)較小的水泥材料，如中低熱、粉煤灰水泥。（2）嚴(yán)格控制水灰比。根據(jù)混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，水灰比大小對(duì)混凝土干縮性的影響顯著，前期的配合比設(shè)計(jì)中需考慮這一方面的影響關(guān)系，合理確定水灰比，在混合料中適量使用減水劑。（3）確定最佳的配合比，并控制攪拌過程。在前期的工作中應(yīng)由專人負(fù)責(zé)配合比設(shè)計(jì)，這些人員需做好記錄與數(shù)據(jù)分析，選定最佳配比。在配制混凝土?xí)r應(yīng)按照配合比要求，控制每種材料的用量，選擇恰當(dāng)?shù)臄嚢韫に?，控制攪拌時(shí)間、溫度。（4）對(duì)混凝土實(shí)施早期防護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)周期。[1]

變電站土建結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)澆樓板板角裂縫為比較典型的干縮裂縫，此類裂縫處于建筑陽角位置，裂縫與縱、橫框架梁呈45°，多為貫通裂縫，一般在竣工后半年出現(xiàn)。針對(duì)此類裂縫，在施工期間應(yīng)注意以下方面：針對(duì)陽角部位的混凝土板施工作業(yè)，應(yīng)優(yōu)先采用雙層、雙向小直徑鋼筋，以提高混凝土板的抵抗能力，應(yīng)對(duì)收縮現(xiàn)象；優(yōu)先采用收縮量小的混凝土或者水灰比小的混凝土；澆筑作業(yè)結(jié)束后的兩年內(nèi)，密切關(guān)注建筑內(nèi)及建筑外的濕度條件，盡可能保障內(nèi)外相對(duì)濕度的一致性，且需確保相對(duì)濕度在85%以上。

1.2 沉陷裂縫

1.2.1 成因

結(jié)合220kV 變電站土建結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在混凝土施工期間沉陷裂縫也相對(duì)常見，這一類裂縫多分布在砌體單薄、應(yīng)力集中區(qū)域，如在施工作業(yè)中在窗腳部位有45°左右的斜裂縫，說明其所在位置頂層分布有裂縫，且裂縫對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的危害較大。一般來說，沉陷裂縫為不均勻沉降所導(dǎo)致，如地基存在不均勻沉降現(xiàn)象，在不同砌體部位的沉降大小不一，大沉降砌體部分與小沉降砌體部分將出現(xiàn)相對(duì)位移，導(dǎo)致砌體中出現(xiàn)附加拉力或剪力，一旦這些作用力超過了砌體自身的強(qiáng)度，裂縫無法避免。以某220kV 變電站土建結(jié)構(gòu)為例，其沉陷裂縫有以下幾種：（1）縱墻兩端的斜裂縫，大部分裂縫通過窗口的兩個(gè)對(duì)角，裂縫向沉降較大的方向存在明顯傾斜，從此處開始向上發(fā)展。橫墻剛度較大，幾乎不存在這種斜裂縫。在墻體下部這類型裂縫較為常見，且從墻體下部開始，在上部裂縫逐步減少，且寬度明顯低于下部裂縫寬度。斜裂縫產(chǎn)生的直接原因?yàn)榈鼗痪鶆虺两?，這種沉降作用下墻體的剪切力較大，一旦結(jié)構(gòu)剛度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，必將導(dǎo)致裂縫。（2）窗間水平裂縫，在窗間墻上下對(duì)角成對(duì)出現(xiàn)，一般沉降大的裂縫位于下部，而沉降小的裂縫位于上部。此類裂縫因沉降、上部墻體受到了來自其他方面的阻力，導(dǎo)致窗間墻的水平剪力異常大，長此以往將出現(xiàn)水平裂縫。（3）豎向裂縫，在縱墻體中央頂部、底部窗臺(tái)較為常見，上部位置的裂縫寬度較大，而下部位置的裂縫寬度較小。在土建結(jié)構(gòu)施工中，如縱墻頂層為鋼筋混凝土圈梁，頂層中央幾乎不會(huì)出現(xiàn)豎向裂縫。但如窗間墻遭遇了外部較大的作用力，一旦上部集中荷載超過了自身極限，必將出現(xiàn)開裂問題。[2]

1.2.2 預(yù)防

土建施工期間為有效預(yù)防沉陷裂縫，施工人員應(yīng)著重關(guān)注以下方面：（1）關(guān)注地基施工。在前期的工作中進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)展開調(diào)研，分析現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)類型、土質(zhì)條件，生成完整的地質(zhì)報(bào)告，以此為基準(zhǔn)確定地基處理技術(shù)及方法。如變電站現(xiàn)場(chǎng)為濕陷性黃土，需采取恰當(dāng)?shù)姆绞揭匀コS土的濕陷性。施工人員按照要求開挖好基槽后，需全面釬探，在探出軟弱位置并進(jìn)行加固后，再開始處理基礎(chǔ)。（2）在恰當(dāng)?shù)奈恢貌贾贸两悼p。變電站土建施工作業(yè)中，有關(guān)人員需將主控制室、220kV 配電室分隔開來，保障二者的獨(dú)立性，并在其間設(shè)置從基礎(chǔ)開始斷開的沉降縫，給二者創(chuàng)造各自獨(dú)立沉降的條件，避免在縱墻位置產(chǎn)生裂縫。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置沉降縫時(shí)應(yīng)控制寬度，遵循行業(yè)規(guī)范，沉降縫部位的圈梁不得連接。（3）保障主體結(jié)構(gòu)剛度、整體性符合要求，提高墻體抗剪強(qiáng)度。如建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度較大，對(duì)預(yù)防地基的不均勻沉降具有顯著作用，為此，在結(jié)構(gòu)體系中可設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，保障圈梁剛度，與此同時(shí)控制端部的門、窗等洞口。

1.3 溫度裂縫

1.3.1 成因

大體積混凝土施工中，溫度裂縫很難避免，在混凝土表面等十分常見。依據(jù)混凝土施工過程，當(dāng)完成澆筑任務(wù)后混凝土開始硬化，此階段水泥水化熱現(xiàn)象明顯，混凝土內(nèi)部的溫度急劇升高。220kV 變電站土建施工中，混凝土體積龐大，大量的熱量聚集在混凝土內(nèi)部無法散失，但混凝土表面的溫度大大降低，結(jié)構(gòu)內(nèi)外部的溫差較大，在混凝土表面出現(xiàn)了拉應(yīng)力，一旦此作用力超出了混凝土自身的抗拉強(qiáng)度極限值，必將出現(xiàn)裂縫，這就是溫度裂縫，多見于混凝土施工后期。溫度裂縫的直接原因?yàn)椋海?）混凝土與磚砌體的線膨脹系數(shù)不同，這一差異導(dǎo)致二者的伸縮量有所區(qū)別。通常，混凝土伸縮明顯超過砌體，在砌體約束下混凝土梁常常因?yàn)檩^大的變形作用而出現(xiàn)抗壓作用。一旦砌體應(yīng)力高于其軸心抗拉強(qiáng)度或者抗剪強(qiáng)度，在此部位必將出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象。（2）梁與砌體連接部位的水平裂縫多為施工不規(guī)范所引起?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中如砌體砌筑到頂面，灰縫將引發(fā)或大或小的收縮現(xiàn)象，梁底砌體常常沒有做好斜磚緊逼處理，多為直轉(zhuǎn)砌筑，再加上在前期的施工作業(yè)中墻身位置留有空隙，僅用砂漿進(jìn)行了簡單填充，梁底與砌體之間存在水平裂縫，這一類裂縫在每層都有，但因?yàn)轫攲拥臏囟炔町惍惓４?，其裂縫更寬也更深。[3]

1.3.2 預(yù)防

為預(yù)防220kV 變電站土建中的溫度裂縫，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中應(yīng)遵循以下要求：（1）考慮水泥對(duì)溫度裂縫的影響，注意選擇水泥類型，一般應(yīng)優(yōu)先采用低熱或者中熱水泥，以減小水泥水化熱影響。（2）依據(jù)配合比，控制水泥使用量，盡可能使水泥用量不超450kg/m3。（3）減小水灰比，使水灰比在0.6 以內(nèi)。（4）調(diào)整骨料級(jí)配，在混合料中添加一定的粉煤灰或者高效減水劑，用這些替代水泥的作用，控制水泥用量。（5）如有條件，在混合物中可添加適量的外加劑，發(fā)揮其在減水、增塑等方面的作用，改善混凝土性能。（6）掌握溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸之間所存在的關(guān)聯(lián)關(guān)系，意識(shí)到二者為正向關(guān)系，依據(jù)變電站土建結(jié)構(gòu)尺寸等要求，合理劃分施工工序、選擇施工工藝。（7）監(jiān)控混凝土溫度，避免溫度過高或者過低。（8）在恰當(dāng)?shù)奈恢妙A(yù)留溫度收縮縫。

2 變電站土建施工中裂縫的控制措施

2.1 合理確定計(jì)算參數(shù)

變電站土建結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，在一些關(guān)鍵部位有嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。為提高土建施工水平，控制施工裂縫，在工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)合理確定每一參數(shù)，展開一系列分析與計(jì)算。依據(jù)很多220kV 變電站建設(shè)情況，其土建工程大部分為框架結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)下有關(guān)人員需合理確定房梁裂縫寬度，將房梁拉伸極限值控制在正常標(biāo)準(zhǔn)，使房梁具有抵抗外力的能力。

2.1.1 充分考慮梁柱重疊對(duì)應(yīng)力帶來的影響

220kV 變電站土建結(jié)構(gòu)中，如有梁柱重疊現(xiàn)象，對(duì)梁端彎矩折減、梁端剛域的影響較大。有關(guān)人員在計(jì)算參數(shù)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注梁柱重疊現(xiàn)象，分析這一現(xiàn)象對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的影響。如以梁端剛域?yàn)槔?，梁端重疊時(shí)兩端的彎矩顯著減小，短時(shí)間內(nèi)下降幅度在2%左右；梁端彎矩折減期間，兩端彎矩同樣呈下降趨勢(shì)，但此時(shí)的下降幅度異常大，達(dá)到了上一種情況的6 倍以上。因此，在計(jì)算參數(shù)時(shí)有關(guān)人員需分析梁柱支座中心內(nèi)力大小，適當(dāng)控制邊緣位置的內(nèi)力，以增大兩端的彎矩折減，使此部位具有較強(qiáng)的抵抗力，避免發(fā)生溫度或者干縮裂縫。[4]

2.1.2 充分考慮支座寬度對(duì)裂縫寬度帶來的影響

土建混凝土施工期間，裂縫寬度取決于多方面因素，支座寬度僅為其中的一個(gè)影響因素，雖然支座寬度對(duì)裂縫寬度有一定影響，但其影響幅度異常小。為合理控制裂縫，在施工過程中有關(guān)人員不可忽視支座寬度因素，適當(dāng)將此參數(shù)控制在正常范圍內(nèi)。如平法出圖期間，施工人員要精準(zhǔn)計(jì)算裂縫寬度，必須著力分析支座中心內(nèi)力對(duì)裂縫寬度標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)力的直接影響，具體的操作中，全面整合已有的變電站土建工程資料，依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求，調(diào)整配筋。比如，如裂縫寬度為0.3mm，在無支座寬度影響時(shí)，房梁配筋比率比平常高16%；裂縫為0.2mm 時(shí)，如分析支座寬度的影響，應(yīng)在原有基礎(chǔ)上減少配筋。

2.2 做好養(yǎng)護(hù)工作

土建工程的混凝土施工作業(yè)中，養(yǎng)護(hù)為最終環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)的工作也會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能有直接影響。因此，220kV 變電站土建施工中，為減少裂縫，施工人員必須重視養(yǎng)護(hù)工作，采取恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)工作。當(dāng)完成了混凝土的澆筑作業(yè)后，應(yīng)由專人負(fù)責(zé)修整、抹平混凝土表面，完成定漿后再抹第二遍，與此同時(shí)壓光，此養(yǎng)護(hù)期間所用水應(yīng)符合要求。拆模以后同樣需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，此時(shí)的養(yǎng)護(hù)工作是為了保濕，可在混凝土表面覆蓋薄膜，以減少水分的流失。拆模之前應(yīng)采取灑水養(yǎng)護(hù)方式，此方式同樣是為了保濕，避免過快失水，此環(huán)節(jié)的養(yǎng)護(hù)中施工人員需控制混凝土頂面、模板上水溫、混凝土表層的溫差，一般相互之間的溫差需在15℃以內(nèi)。當(dāng)然，在養(yǎng)護(hù)期間不僅僅需關(guān)注上述方面，專業(yè)人員還需密切關(guān)注天氣等的變化情況，分析混凝土的形態(tài)變化，從綜合性角度制定最佳的養(yǎng)護(hù)方案，且在每一養(yǎng)護(hù)階段都需遵循操作規(guī)范，避免錯(cuò)誤操作影響?zhàn)B護(hù)效果。[5]

3 結(jié)語

裂縫是220kV 變電站土建施工中較為常見的問題，誘發(fā)裂縫的原因多樣，且這些裂縫各有其規(guī)律，影響了結(jié)構(gòu)美觀性、穩(wěn)定性。為提高220kV 變電站土建施工水平，工程人員在當(dāng)下及未來都需注重裂縫控制，從裂縫原因等著手優(yōu)化工藝，制定完善的施工技術(shù)體系，加強(qiáng)細(xì)節(jié)把控。