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）

0 引言

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、施工和監(jiān)理單位），對其認(rèn)識不夠，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)計規(guī)程》（JG55－2011）對大體積混凝土作了定量和定性的定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計會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，質(zhì)量控制措施不當(dāng)，工程實施后，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.

1 大體積砼產(chǎn)生裂縫的原因

1.1 水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力和溫度變形

大體積混凝土因其體積大，水化時產(chǎn)生的水化熱無法在短時間內(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，就會產(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，就會產(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.

1.2 內(nèi)外約束條件的影響

本工程承臺砼與地基澆筑在一起，當(dāng)溫度變化時，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，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.

1.3 外界氣溫變化的影響

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)部最高溫度計算值為52℃，混凝土表面需控計算溫度為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.

1.4 混凝土的收縮變形

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.

1.5 地基沉降

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.在工程實際中，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)計及施工過程中，如果對上述因素不重視，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.

2 GIS大體積砼主要質(zhì)量控制措施

2.1 優(yōu)化大體積混凝土的設(shè)計

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)

對一些設(shè)備布置間距較大的GIS基礎(chǔ)，設(shè)計上采用筏梁基礎(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)點是：① 可以有效地減少混凝土的工程量，降低造價；② 施工時筏板基礎(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，必要時可采取打樁進(jìn)行加固地基，以保證基礎(chǔ)的均勻沉降.

2.2 加強(qiáng)對大體積砼施工的專項方案審查

對于大體積混凝土，監(jiān)理單位應(yīng)對施工單位的大體積混凝土施工專項方案進(jìn)行審查，重點審查以下內(nèi)容：① 材料要求和配合比設(shè)計；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.

2.3 優(yōu)化混凝土配合比

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）對于基礎(chǔ)來說，一般不會很快就增加結(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，不僅會增加混凝土的糾縮，而且會引起混凝土抗拉強(qiáng)度的降低，對混凝土抗裂不利.

（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)時間：初凝時間為9～10 h，終凝時間為12～13 h.

（7）混凝土強(qiáng)度試驗確定配合比以及摻合料相容性測試.

2.4 改善混凝土的攪拌加工工藝

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)，說明其價值未被有效激發(fā)出來，農(nóng)民財產(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，難以與市場對接。星光村通過專合社這一平臺，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。

2.5 采取有效的保溫措施

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，薄膜幅邊之間搭接寬度不小于10 cm，草包之間連口緊拼.

2.6 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)的時間和方法：

（1）養(yǎng)護(hù)時間.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).

2.7 加強(qiáng)大體積混凝土的入模溫度控制及測溫分析

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，實行信息化控制，隨時控制混凝土內(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，需要對混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測控制.

（1）測溫點的布置——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，同時應(yīng)測大氣溫度.所有測溫孔均應(yīng)進(jìn)行編號，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：為了及時控制混凝土內(nèi)外兩個溫差，以及校驗計算值與實測值的差別，隨時掌握混凝土溫度動態(tài)，宜采用熱電偶或半導(dǎo)體液晶顯示溫度計.在測溫工程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫差超過25℃時，應(yīng)及時加強(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 重視后澆施工帶的設(shè)置

2.8.1 設(shè)計措施

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)計的混凝土強(qiáng)度等級高一級的混凝土（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.

3 結(jié)語

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紅旗評比及國網(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、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、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，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.

［6］王鐵夢.工程裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.