特高压变电站GIS 设备基础大体积

特高压变电站GIS设备基础大体积

混凝土温度裂缝控制

，程永锋，鲁先龙

（中国电力科学研究院，北京市，100055）

摘要：本文以大体积混凝土裂缝产生机理为基础，结合特高压变电站GIS大板混凝土基础的特点：一次混凝土浇筑量约3000m3、基础长而窄、需要二次浇筑、工程气候条件差，详细论述了变电站大体积混凝土裂缝控制措施：结构设计简单规则，适当增大配筋率、增加分布筋，混凝土强度等级宜在C20～C35内选用；优选原材料、优化配合比，减少水泥用量，降低水化热；分块分层浇注、二次振捣；养护应及时，必要时采用表面保护；并提出了变电站大体积混凝土具体的温控指标，即混凝土最高入模温度不宜超过35℃，入模后最大温升值不应超过45℃，浇筑后的内外温差不应超过25℃，混凝土的降温速率不宜超过1.5℃/d。

关键词：特高压；温度裂缝；大体积混凝土；水化热

1引言

随着电网容量和输电线路等级的提高，变电站设备基础的体积越来越大，晋东南—南阳—荆门1000kV特高压输电线路工程变电站GIS大板基础混凝土一次浇筑量就达3000m3。由于对大体积混凝土的裂缝形成机理及控制措施还没有充分的认识，再加上大体积混凝土应用条件的多样性和水泥混凝土体系自身的复杂性，输变电工程重要设备大体积混凝土基础的裂缝问题还大量存在。

2特高压变电站GIS大板混凝土基础的特点特高压变电站GIS大板混凝土基础有如下特点：

①混凝土方量大，一般一次浇筑混凝土在3000m3左右；

②基础长而窄，一般长度大于200m，宽约5m，厚不到2m；

③由于工艺关系，需分两次浇筑，第二次浇筑厚度一般在30cm左右，混凝土方量约600m3左右，两次浇筑间歇约130天，故第二次浇筑属于长间歇大面积薄层混凝土浇筑；

④GIS大板混凝土基础部分在地面之上、部分在地面之下，且工程气候条件差，如晋东南变电站，日平均最大温差在30℃以上，年最大温差在60℃以上。

3变电站大体积混凝土裂缝产生原因简析大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的主要问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，而混凝土导热性能较差，由此产生的内部热量不易导出，造成较大的内外温差。当温度变形受到约束时，混凝土内部便会产生拉应力，加之混凝土早期的抗拉强度低，弹性模量小，当混凝土承受的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度时，便会产生温度裂缝。

变电站GIS大板混凝土基础需分两次浇筑，由于间歇期长达130天左右，二次浇筑初期，上下两层混凝土的弹性模量差异大，新浇筑的混凝土受到的约束强；且受水泥水化热和外界环境的影响，上下两层混凝土的温差也较大，极易产生温度裂缝。

另外，变电站GIS大板混凝土基础长度一般超过200m，且部分露出地面之上，当处于气温变化较大的环境时，因温度应力过大容易导致温度裂缝。

4变电站大体积混凝土裂缝控制技术从上节分析可知，大体积混凝土裂缝主要是温度裂缝，而大体积混凝土内外温差主要受混凝土配合用料、散热边界条件、外部环境温度等的影响，因此，对大体积混凝土裂缝控制主要从以下几个方面着手：减小混凝土内外温差、提高混凝土自身的抗裂能力、降低外界条件对混凝土变形的约束。由于变电站GIS大板基础混凝土工程条件复杂，且各地气候、原材料等差异较大，研究和控制裂缝也就不单纯是施工问题，必须在设计、原材料、施工工艺等方面采取综合措施，才能达到预期效果。

2特高压变电站GIS设备基础大体积混凝土温度裂缝控制

4.1变电站大体积混凝土裂缝控制设计技术

变电站大体积混凝土结构宜简单、规则。适当设置伸缩缝或后浇带，减小一次浇筑的长度，一方面可降低约束应力，另一方面将水泥水化热从时间和空间上均分散开来，增加了散热面积，降低了温升。另外，设置伸缩缝或后浇带也可把GIS大板基础简化为规则结构，减小应力集中，减少裂缝的发生。

变电站大体积混凝土基础的配筋率宜适当增大，在转角和变截面处，宜设分布筋；二次浇筑时，宜加设钢筋网或聚丙烯纤维网，增强混凝土的抗拉能力。

变电站大体积混凝土的强度等级宜在C20～C35的范围内选用，并建议利用混凝土60天或90天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土设计的依据，以增强混凝土自身的抗裂能力。

4.2变电站大体积混凝土裂缝控制混凝土配合比技术

变电站大体积混凝土应优选原材料、优化配合比，减少水泥用量，降低水化热。

水泥应选择抗裂性能好，水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、低热微膨胀水泥、中热硅酸盐水泥等；骨料应选择质地坚硬、清洁、级配良好、空隙率较小、热膨胀系数小的骨料，如石英岩骨料或石灰岩骨料，不建议使用砂岩类骨料；砂宜使用中粗砂，且应降低含砂率；适量掺加粉煤灰，粉煤灰可改善混凝土拌合物的和易性，有效降低水化热温升，降低混凝土的早期强度，增强混凝土的抗裂能力。

4.3变电站大体积混凝土裂缝控制施工技术

严格控制混凝土入模温度，一般入模温度不宜超过35℃，分块分层浇注，延缓混凝土升温速率、减小混凝土基础内外温差，避免表面温度骤降，采用二次振捣工艺等。

降低混凝土入模温度，可通过控制原材料的温度、混凝土运输浇筑过程中的升温和选择混凝土浇筑时间来实现。控制原材料的温度，主要是采取措施降低水温和水泥温度，也可对通过搭设凉棚、通风等措施降低砂石骨料的温度；控制混凝土运输浇筑过程中的升温，缩短混凝土从出机到入模的时间，并在运输过程中采取降温隔热措施；高温季节混凝土浇筑一般宜在早晚、夜间或利用阴天进行。

大体积混凝土宜采用分块分层的浇筑方法，混凝土浇筑时，分段分层依次向前进行浇筑。混凝土浇筑层厚度，应根据拌和能力、运输能力、浇筑速度、气温及振捣能力等因素确定，一般为30～50cm。在满足相关规范和要求的前提下，尽量减少混凝土的一次浇筑厚度，减缓浇注速率，以利用浇筑层面散热。但应注意使上下层混凝土一体化，即应在下一层混凝土初凝前将上一层混凝土浇筑完毕。在浇筑上层混凝土时，须将振捣器插入下层混凝土5cm 左右以便形成整体。

采用二次振捣工艺，即在混凝土初凝前，对已浇筑的混凝土进行一次重复振捣和抹面，以排除混凝土因泌水、骨料下沉等产生的沉缩裂缝，可以提高混凝土的密实度和抗拉强度，减少混凝土的收缩变形，提高混凝土的抗裂性。

4.4变电站大体积混凝土裂缝控制混凝土养护要求

混凝土浇筑完毕，在混凝土凝结后即须进行妥善的保温、保湿养护，避免温度、湿度的急剧变化，并避免振动以及外力的扰动。

混凝土浇筑完毕后，养护前宜避免太阳光暴晒；塑性混凝土应在浇筑完毕后6~18h内开始洒水养护，低塑性混凝土宜在浇筑完毕后立即喷雾养护，并及早开始洒水养护；混凝土应连续养护，养护期内始终使混凝土表面保持湿润和适宜的温度。混凝土养护时间，不宜少于21天，有特殊要求的部位宜适当延长养护时间；干燥风大地区应有妥善措施防止新浇筑的混凝土因失水干缩开裂；模板拆除时间应根据混凝土强度和内外温差确定，并应避免在夜间或气温骤降时拆模。在气温较低季节，当预计拆模后有气温骤降，应推迟拆模时间；如必须拆模，应在拆模的同时采取保护措施。混凝土拆模后立即回填。

4.5变电站大体积混凝土温度控制要求

变电站大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑体的升温峰值、内外温差及降温速率的控制指标，制定温控技术措施；变电站大体积混凝土浇筑完毕后，应及时进行温度监测。

一般情况下，温控指标不宜大于下列数值：

①混凝土的最高入模温度不宜超过35℃；

②入模后混凝土最大温升值不应超过45℃；2009特高压输电技术国际会议论文集3

③混凝土浇筑后的内外温差不应超过25℃；

④混凝土浇筑后的降温速率不宜超过1.5℃/d。5结束语

综上所述，变电站大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，涉及到设计、材料、施工、养护、环境等多方面因素，为了防止裂缝的发生，必须在设计、材料、施工工艺等方面采取综合措施，才能达到预期效果。为了确保特高压变电站GIS大体积混凝土的施工质量，中国电力科学研究院组织编制了《变电站重要设备基础大体积混凝土施工技术导则》，并在特高压变电站工程中遵照执行，以规范变电站大体积混凝土的施工，取得了较好的效果。

参考文献

[1]王铁梦.《工程结构裂缝控制》.中国建筑工业出版社,1997