高海拔、高寒地区GIS基础面层混凝土冬季施工质量控制

祁新红 高善澎 张亮

摘 要：研究第一个海拔3000m高寒地区750kV电压等级输变电工程GIS基础面层冬季施工质量控制方法，为高原、高寒地区冬季混凝土施工提供可借鉴的经验。

关键词：高海拔，高寒，GIS基础面层，冬季施工，控制

1 概述

乌兰750kV开关站工程位于青海省海西蒙古族藏族自治州乌兰县境内，海拔高度为2987m，是目前世界上750kV电压等级海拔最高的变电站工程。地处青藏高原，环境恶劣，日昼夜温差达27℃， 冬夏最大温差超过60℃，受高原气候与戈壁、沙漠气候的共同影响，年平均风速>2.7m/s，最大风速3.5m/s，年平均扬沙天气超过120天，对土建工程混凝土质量等控制影响巨大。

GIS设备基础长355.792m、宽43.109m，高1.7m（垫层0.1m，主体1.3m，面层0.3m），混凝土总方量达18000m3 ，是目前高海拔地区最大的GIS设备基础。其中垫层、主体已于10月底施工完毕，因工期要求GIS设备基础面层需要在11月中旬至次年4月施工完成，此施工阶段恰为青藏高原冬季施工季节，平均温度-10℃至-15℃，控制高海拔、高寒地区GIS设备基础面层裂缝成为施工质量控制关键。

2 混凝土裂缝分类及成因

混凝土是一种脆性材料，其抗拉强度大约是抗压强度的1/18～1/9，因此混凝土结构设计过程中更多考虑其抗压性能，采用增加钢筋等方法改善其抗拉性能。当混凝土所承受的拉应力，根据青藏高原冬季混凝土施工经验，混凝土在冬季施工容易造成裂缝，裂缝主要分为：温度裂缝、干缩裂缝、环境裂缝。

温度裂缝

混凝土浇筑后，在混凝土硬化期间，水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起膨胀张力。后期混凝土降温过程中，由于受到基础或已凝固混凝土的约束，又会在混凝土内部出现收缩拉力。当膨胀张力或收缩拉力超出混凝土抗裂能力时，即会出现裂缝。

干缩裂缝

混凝土（特别是泵送混凝土）含水量较大，除大约20%～30%的水分是水泥水化热所必须的，其余的水分需要蒸发，当混凝土施工振捣过程中，混凝土表面会产生大量积水，混凝土凝固过程中水分蒸发会引起收缩，产生收缩拉力，拉力超过混凝土抗拉强度时，即会产生表面和深层裂缝，甚至贯穿裂缝，直接影响混凝土结构的安全，给工程带来极大危害

环境裂缝

外露混凝土结构因长时间暴露，因强紫外线的照射使混凝土表面迅速碳化，影响混凝土表面的强度和耐磨性；在昼夜温差和动荷载的频繁作用下，混凝土表面极易出现裂缝，这种裂缝在长时间冬季积雪冻融的作用下向混凝土内部发展，日积月累，形成破坏性裂缝。这种裂缝极易在高海拔、高寒、大温差条件下产生，这种环境因素在青藏高原表现尤为突出。

3 施工控制

乌兰750kV开关站工程GIS基础施工过程中底部垫层及主体1.3m层在8～10月已施工完成，按照设计要求留设规范后浇带，因青藏交直流联网工程工期要求面层0.3m层必须进行冬季施工。冬季低温、强紫外线、面层薄、面积大等诸多不利因素

3.1原材料选择

水泥：水泥是混凝土的主要组成原料，对混凝土性能起着关键作用。在混凝土施工过程中因水泥水化热作用会造成混凝土内部温度不断升高，使混凝土内部膨胀，产生表面张力，当此张力超过混凝土抗拉能力时即会造成表面裂缝甚至贯穿裂缝，危害混凝土结构。因此在施工过程中应优先选用低水化热品种水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、中热水泥等。根据设计及施工实际情况，工程建设过程中选用42.5R中热硅酸盐水泥，有效降低了因水泥水化热引起的混凝土裂缝的可能性。

外加剂掺合料：可掺入复合型外加剂及粉煤灰，以减少水泥用量。改善混凝土和易性及可靠性，延长缓凝时间。减缓混凝土水化热产生的速度。

粗骨料：砂石选用5-30mm碎石及净砂，含泥量经≤0.5%。

细骨料：采用水洗中砂，细度模数为2.64，含泥量为2.7%。

掺合料：掺入JK-7型聚乙烯醇纤维，有效增加混凝土的抗拉性能，掺量1.0kg/m

3.2伸缩缝设置

GIS基础面层伸缩（分隔）缝设置及做法：GIS基础平面面积较大、基础内纵横沟道较多，为防止相关外力对砼面层的影响，在受力较薄弱部位设置伸缩缝。

伸缩缝具体做法见下图（预埋热镀锌钢板界面300*10mm，钢板两侧加290*5 mm泡沫用胶粘贴，顶部采用硅胶封闭）

3.3面层钢筋

乌兰750kV开关站工程GIS基础面层（0.3m层）施工前，其基础层（1.3m层）已施工完毕，并按照设计要求混凝土养护期已>60天，混凝土性能已稳定，自身应力已释放完毕。在面层施工过程将面临混凝土的收缩，亦必须在面层施工过程中需加强混凝土自身的抗伸缩能力。

由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7-15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100～20Okg/cm 。钢筋的直径细而间距密时，可以有效提高混凝土的抗拉能力，直接减少混凝土裂缝。据此经过设计方的核验、同意将原有φ6@150钢筋更改为φ6@100。

3.4混凝土质量控制

高原地区冬季气温寒冷，砂、石、水等原材料温度低，冬季施工过程中必须严格控制混凝土入模温度，即要求在混凝土生产过程中必须提高砂、石、水等原材料的温度，确保所生产混凝土温度≥2.5℃。因此根据配合比经过计算在现场搅拌站内将水加热至50～60℃，即可保证所生产混凝土满足入模温度要求。

混凝土水中水的用量的增多会直接导致混凝土后期的性能，

3.5混凝土浇筑控制

砼浇筑不应留冷缝，保证砼交接在初凝前完成浇筑。严格控制振捣时间、振捣棒移动距离、插入深度，严防过振和漏振，并进行二次复振，以及时排出砼内部的泌水和空隙，增强砼的抗裂性。

3.5混凝土养护

根据现场750kVGIS基础特点，冬季施工采用暖棚法。搭设总长度为327米、宽度28米、高度3.6米的暖棚，根据实际情况选择逐步搭设，

面层分段进行浇筑，每段每天安排3组每组4人连续值班，每段生煤炭炉20只进行保温养护，确保室内环境温度大于10℃，混凝土面层保温养护采用一层塑料薄膜，两层棉被覆盖。

当混凝土土浇筑完成经抹平压光，以手指轻摁无明显压痕即可覆盖一层塑料薄膜，塑料薄膜幅与幅之间的搭接必须严密（100mm），以保证混凝土表面长时间保持湿润状态。在塑料薄膜上洒水后覆盖两层棉被进行养护，保温材料夜间要覆盖严密，防止砼暴露。

在暖棚保温过程中暖棚中应合理布置温度计，确保随时监测、检查暖棚内温度控制在20～25℃，并保证在此条件下不应少于12～15天，之后可撤去暖棚中加热炉，但需保证暖棚严密，可在撤去加热炉25～30天后拆除暖棚。

4 结语

乌兰750kV开关站工程于2010年投运，经过长时间的观测，其表面裂缝得到了有效控制，满足设计及现行设备运行要求。

参考文献：

[1]王鹏武、武文卫，《高海拔、寒冷地区外露大体积混凝土裂缝的成因与控制》中國电业

[2]刘国旺、杜辉，《混凝土抗冻理论及冬季施工的应用》海河水利，2008年2月