大體積風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)抗裂施工研究及應(yīng)用

文/阿布拉江、陳斌、代海龍、外力　中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)新疆電力建設(shè)有限公司　烏魯木齊　830000

大體積風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)抗裂施工研究及應(yīng)用

文/阿布拉江、陳斌、代海龍、外力中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)新疆電力建設(shè)有限公司烏魯木齊830000

通過新疆哈密淖毛湖戈壁地區(qū)某風(fēng)電風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫控制施工，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境詳細(xì)分析了在戈壁地區(qū)特殊氣候下造成大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的影響因素，并依據(jù)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，從施工角度出發(fā)自大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)、施工和溫控等方面提出了控制溫度裂縫的切實(shí)可行的措施要求及相關(guān)應(yīng)用。

大體積混凝土；戈壁地區(qū)施工；溫度裂縫；

前言：

天潤(rùn)伊吾淖毛湖風(fēng)電場(chǎng)一、二期工程規(guī)劃容量為99MW，位于規(guī)劃中的淖毛湖風(fēng)區(qū)第六風(fēng)電場(chǎng)，新疆維吾爾自治區(qū)哈密地區(qū)伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)以南25km 處，風(fēng)電場(chǎng)距離伊吾縣城約90km，距哈密市距離約245km，距烏魯木齊市約760km，風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的海拔高度約在480～603m，擬建的風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域，場(chǎng)地開闊，地形較平坦，地勢(shì)北部高、南部低，主風(fēng)向和主風(fēng)能的方向一致，盛行風(fēng)向穩(wěn)定。風(fēng)速春、夏季較大，秋冬季較小；白天小，晚上較大。70m高度風(fēng)速主要集中在3m/s～25m /s，所占比例為73.65％，風(fēng)能所占比例為93.54％；根據(jù)淖毛湖氣象站近48年資料推算風(fēng)電場(chǎng)65m高度處50年一遇極大風(fēng)速為56.57m/s。天潤(rùn)伊吾淖毛湖 風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)功率等級(jí)為3級(jí)，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力資源較好，綜合考慮本期擬安裝6 6臺(tái)單機(jī)容量為1.5MW 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)49.5MW。通過4回集電線路接入升壓站。配套工程包括110kV 升壓站、綜合樓、綜合泵房、生產(chǎn)輔助用房、柴油發(fā)電機(jī)房、35kV配電房、SVG無功補(bǔ)償房、66臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、66 臺(tái)箱變基礎(chǔ)、場(chǎng)內(nèi)輸變電線路及檢修道路等。根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)批復(fù)，本風(fēng)電場(chǎng)接入到220kV 國(guó)投淖毛湖變電站。

為了提高項(xiàng)目施工質(zhì)量整體水平，針對(duì)項(xiàng)目所處環(huán)境條件，有針對(duì)性的成立了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土抗裂技術(shù)攻關(guān)小組，對(duì)混凝土澆筑工藝質(zhì)量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)研究；最終形成一套有效科學(xué)的施工技術(shù)論述，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行施工，保證了大體積混凝土風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)抗裂的效果。與國(guó)內(nèi)外同類同期技術(shù)相比，主要技術(shù)指標(biāo)處于領(lǐng)先水平，其總體技術(shù)水平有實(shí)質(zhì)性的創(chuàng)新，關(guān)鍵技術(shù)上有重大突破，綠色環(huán)保，節(jié)能減排合規(guī)性強(qiáng)，有突出的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，具有廣泛的推廣價(jià)值。對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值和借鑒作用。

工程概況：

哈密淖毛湖天潤(rùn)風(fēng)電項(xiàng)目共66臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)計(jì)直徑15.5m，最厚處3.3m，最薄處1.0m；單個(gè)基礎(chǔ)混凝土用料約300m3，強(qiáng)度為C40，基礎(chǔ)施工時(shí)間為2014年07月至09月。項(xiàng)目位于新疆北部戈壁深處，氣候干燥、晝夜溫差極大，根據(jù)歷史氣象資料顯示，7-9月份白天平均氣溫為41℃，夜間平均氣溫為13℃，屬特殊氣候下大體積混凝土施工。

裂縫分類及成因：

大體積混凝土裂縫按其深度分為：貫穿裂縫、深層裂縫、表層裂縫；按照成因又分為：結(jié)構(gòu)性裂縫、變形裂縫。而變形裂縫是由于溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素而引起的裂縫；故如何避免出現(xiàn)貫穿性變形裂縫是大體積混凝土工程施工中的主要工作。

混凝土作為一種非均質(zhì)脆性材料，抗壓強(qiáng)、抗拉弱且不均勻。在鋼筋混凝土中由鋼筋承擔(dān)拉應(yīng)力，但是在大體積混凝土的邊緣和內(nèi)部素混凝土區(qū)域，拉應(yīng)力由混凝土本身承擔(dān)，這是大體積混凝土裂縫形成的直接原因。

混凝土澆注施工后，內(nèi)部集聚水泥水化熱，溫度急劇升高，由于混凝土內(nèi)部散熱慢于外部， 致使混凝土內(nèi)、外部形成溫差，進(jìn)而導(dǎo)致不均勻膨脹，混凝土表面即產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生表面裂縫；當(dāng)混凝土水化完成后開始收縮，收縮受基地及周邊約束，內(nèi)外溫差越大，約束程度越高。約束力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)自底部向上產(chǎn)生危害極大的貫穿裂縫。因此在基地穩(wěn)定、幾何尺寸相同的前提下，混凝土內(nèi)外溫差是裂縫產(chǎn)生的主要原因。而西部戈壁地區(qū)晝夜大氣溫差極大，降低混凝土內(nèi)外溫差、抵抗內(nèi)外拉應(yīng)力是裂縫控制的有效措施。

裂縫控制措施：

措施一：配比措施

水灰比是混凝土強(qiáng)度等級(jí)的重要決定因素，強(qiáng)度等級(jí)越高，水泥含量越大，所產(chǎn)生的水化熱越多，因此大體積混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，應(yīng)避免強(qiáng)度越高越好的誤區(qū)，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下宜控制在C40以下。在混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提前試配，應(yīng)選擇低熱值原料。普通硅酸鹽水泥由于鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量較高水化熱大應(yīng)杜絕使用，宜采用混合材摻量多的中熱硅酸鹽水泥及低熱礦渣水泥。

骨料應(yīng)選用粒徑較大連續(xù)級(jí)配的碎石，確?；炷恋暮鸵仔砸栽黾踊炷恋淖陨砜沽涯芰?。同時(shí)骨料的高含泥量會(huì)增加混凝上的不可控收縮，易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，極大削弱混凝土抗裂性，因此需確保骨料含泥量小于1％。

因粉煤灰能降低混凝土拌合物中的空隙率，改善其保水性、和易性、抑制堿骨料反應(yīng)，且水化熱低至水泥的1/2，配比設(shè)計(jì)中應(yīng)適量增加粉煤灰含量。

此外應(yīng)重視外加劑在混凝土配比設(shè)計(jì)中的作用。本項(xiàng)目中混凝土中摻用了WC 引氣緩凝減水劑，在保證混凝強(qiáng)度及其工作性能的前提下，最大限度的減少水泥用量，延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，達(dá)到緩釋水化熱、規(guī)避熱峰值的目的；同時(shí)摻用HEA 抗裂膨脹劑，可使混凝土獲得微量膨脹值，抵消混凝土因不均勻收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而達(dá)到高效的控裂目標(biāo)。

措施二：施工措施

在極端溫差氣候下，合理的配比設(shè)計(jì)仍無法避免裂縫產(chǎn)生時(shí)，在轉(zhuǎn)角、結(jié)構(gòu)突變及應(yīng)力集中處增加構(gòu)造筋，可以幫助混凝土抵消因收縮、膨脹而產(chǎn)生的自身無法抵抗的拉應(yīng)力；配筋的選擇應(yīng)盡量選用小直徑和低間距配筋形式，且全截面配筋率，應(yīng)控制在0.3％-0.5％之間，不宜低于0.3％。

為了降低大體積混凝土總溫升和減少結(jié)構(gòu)的里表溫差，需要優(yōu)先控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑入模溫度。

混凝土拌合溫度計(jì)算公式：

式中T0——混凝土拌合物溫度（℃）；mw——水用量（kg）；mce——水泥用量（kg）；

msa——砂子用量（kg）；mg——石子用量（kg）；Tw——水的溫度（℃）；

Tce——水 泥 溫 度（℃）；Tsa——砂子溫度（℃）；Tg——石子溫度（℃）

ωsa——砂子含水率（％）；ωg——石子含水率（％）；

c1——水比熱容（kJ/kg·K）；c2——冰溶解熱（kJ/kg）。

當(dāng)骨料溫度大于0℃時(shí)，c1=4.2，c2=0；

當(dāng)骨料溫度小于或等于0℃時(shí)，c1=2.1，c2=335。

及凝土拌合物出機(jī)溫度計(jì)算公式：

式中 T1——混凝土拌合物溫度（℃）；Ti——攪拌機(jī)棚內(nèi)溫度（℃）；

混凝土拌合物運(yùn)輸至澆筑溫度計(jì)算公式：

式中 T2——混凝土拌合物運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)溫度（℃）；

t1——混凝土拌合物自運(yùn)輸?shù)綕仓r(shí)的時(shí)間（h）；

n——混凝土拌合物運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)（罐車-砼泵-入模，故n=2）；

Ta——混凝土拌合物運(yùn)輸時(shí)環(huán)境溫度（℃）；

α——溫度損失系數(shù)（h-1），當(dāng)用混凝土攪拌車輸送時(shí)，α=0.25。

根據(jù)以上公式，對(duì)混凝土入模溫度影響最大的是石子及水的溫度，砂次之，水泥影響最小，由于在戈壁地區(qū)施工期間白天平均氣溫高達(dá)41℃，對(duì)大體積混凝土澆筑極為不理，應(yīng)及時(shí)關(guān)注天氣情況，選擇氣溫較低的夜間進(jìn)行混凝土的拌制及澆筑，采用溫度相對(duì)較低的地下水或攪拌站地窖水進(jìn)行拌制；同時(shí)應(yīng)避免骨料陽(yáng)光直射，亦可在砂、石堆場(chǎng)搭設(shè)遮陽(yáng)棚，必要時(shí)進(jìn)行噴霧或沖洗降溫。

大體積混凝土的澆筑分為：分段分層、斜面分層及全面分層三種方法，由于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)截面積相對(duì)較小，在澆筑時(shí)為增加散熱面，減小收縮值并弱化基礎(chǔ)的約束作用，一般采用全面分層法澆筑。在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)整個(gè)模板內(nèi)全面分層，澆筑時(shí)平鋪基礎(chǔ)地面面積，第一層澆筑完畢后澆筑第二層，第二層要在第一層混凝土凝結(jié)之前全部澆筑振搗完畢，逐層進(jìn)行直至澆筑完成。在澆筑進(jìn)度安排上，盡量做到薄層、短間歇，避免突擊澆筑，然后長(zhǎng)期停歇。

混凝土澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)通常分為保溫法和降溫法，由于戈壁地區(qū)嚴(yán)重缺水，不具備排水降溫施工條件，故施工中采用底層薄膜覆蓋，面層雙毛毯恒濕保溫養(yǎng)護(hù)，其主要作用是保持混凝土結(jié)構(gòu)表面適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。從溫度應(yīng)力的角度出發(fā)，保溫可以減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土自內(nèi)而外的溫度梯度，防止初期產(chǎn)生表面裂縫；延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土的強(qiáng)度特性，使平均總溫差對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止中后期產(chǎn)生貫穿裂縫，而保濕養(yǎng)護(hù)可以使混凝土在尚處于凝固硬化初期階段防止脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，使水泥的水化作用順利進(jìn)行，提高混凝土極限拉伸和及早期強(qiáng)度。

措施三：溫測(cè)措施

溫測(cè)環(huán)節(jié)可以確保在大體積混凝土的凝結(jié)硬化過程中，了解混凝土不同深度溫度升降，隨時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施，確?；炷敛划a(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，避免溫度裂縫的發(fā)生，決定了大體積混凝土抗裂施工的最終成敗。監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的溫度，可采用在混凝土表面、底面、中間等不同部位埋設(shè)溫度傳感器，用混凝土溫度測(cè)定記錄儀進(jìn)行施工全過程的跟蹤監(jiān)測(cè)，可全面、及時(shí)、均勻地控制大體積混凝土內(nèi)部溫度變化情況，大體積混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度及溫度應(yīng)變的測(cè)試，在混凝土澆筑后，設(shè)專人專職負(fù)責(zé)溫度監(jiān)測(cè)，填寫測(cè)溫報(bào)告表并繪制各點(diǎn)實(shí)際降溫曲線。每晝夜不應(yīng)少于4次；當(dāng)混凝土表面溫度與大氣溫度接近，大氣溫度與混凝土中心溫度的溫差小于25℃可以解除保溫測(cè)溫工作。

結(jié)語(yǔ)：

實(shí)踐證明西部戈壁地區(qū)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土施工具有普遍的共同特點(diǎn)，施工中掌握地域氣候及混凝土自身溫度變化規(guī)律、合理選材、制定科學(xué)的施工方案，完全可以在不增加施工成本的情況下避免大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)。

［1］陳應(yīng)波，李秀才，張雄.《大體積混凝土澆筑溫度場(chǎng)的仿真分析》.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，21 （2）：36-39.

［2」朱伯芳.《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制》.北京：中國(guó)電力出版社，1999.

［3］彭立海，閻士勤，張春生，翟建.《大體積混凝土溫控與防裂》.鄭州：黃河水利出版社，2005.1-3.