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

大體積風(fēng)機基礎(chǔ)抗裂施工研究及應(yīng)用

文/阿布拉江、陳斌、代海龍、外力中國能源建設(shè)集團新疆電力建設(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)機基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫控制施工，結(jié)合當?shù)丨h(huán)境詳細分析了在戈壁地區(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)溫度控制標準，從施工角度出發(fā)自大體積混凝土的配合比設(shè)計、施工和溫控等方面提出了控制溫度裂縫的切實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：

天潤伊吾淖毛湖風(fēng)電場一、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，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)電場區(qū)域的海拔高度約在480～603m，擬建的風(fēng)電場區(qū)域，場地開闊，地形較平坦，地勢北部高、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?。话滋煨?，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65m高度處50年一遇極大風(fēng)速為56.57m/s。天潤伊吾淖毛湖 風(fēng)電項目風(fēng)功率等級為3級，風(fēng)電場風(fēng)力資源較好，綜合考慮本期擬安裝6 6臺單機容量為1.5MW 的風(fēng)力發(fā)電機組，總裝機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)電機房、35kV配電房、SVG無功補償房、66臺風(fēng)機基礎(chǔ)、66 臺箱變基礎(chǔ)、場內(nèi)輸變電線路及檢修道路等。根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)批復(fù)，本風(fēng)電場接入到220kV 國投淖毛湖變電站。

為了提高項目施工質(zhì)量整體水平，針對項目所處環(huán)境條件，有針對性的成立了風(fēng)機基礎(chǔ)大體積混凝土抗裂技術(shù)攻關(guān)小組，對混凝土澆筑工藝質(zhì)量進行現(xiàn)場科學(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)場施工人員進行施工，保證了大體積混凝土風(fēng)機基礎(chǔ)抗裂的效果。與國內(nèi)外同類同期技術(shù)相比，主要技術(shù)指標處于領(lǐng)先水平，其總體技術(shù)水平有實質(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，有突出的經(jīng)濟、社會效益，具有廣泛的推廣價值。對類似工程具有一定的參考價值和借鑒作用。

工程概況：

哈密淖毛湖天潤風(fēng)電項目共66臺風(fēng)機基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)計直徑15.5m，最厚處3.3m，最薄處1.0m；單個基礎(chǔ)混凝土用料約300m3，強度為C40，基礎(chǔ)施工時間為2014年07月至09月。項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、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，進而導(dǎo)致不均勻膨脹，混凝土表面即產(chǎn)生拉應(yīng)力，當應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度時，便產(chǎn)生表面裂縫；當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度時，便會自底部向上產(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

水灰比是混凝土強度等級的重要決定因素，強度等級越高，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度等級，應(yīng)避免強度越高越好的誤區(qū)，在滿足設(shè)計要求的前提下宜控制在C40以下。在混凝土配比設(shè)計時應(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)級配的碎石，確?；炷恋暮鸵仔砸栽黾踊炷恋淖陨砜沽涯芰?。同時骨料的高含泥量會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)計中的作用。本項目中混凝土中摻用了WC 引氣緩凝減水劑，在保證混凝強度及其工作性能的前提下，最大限度的減少水泥用量，延長混凝土的初凝時間，達到緩釋水化熱、規(guī)避熱峰值的目的；同時摻用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，從而達到高效的控裂目標。

措施二：施工措施

在極端溫差氣候下，合理的配比設(shè)計仍無法避免裂縫產(chǎn)生時，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溫度和澆筑入模溫度。

混凝土拌合溫度計算公式：

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）。

當骨料溫度大于0℃時，c1=4.2，c2=0；

當骨料溫度小于或等于0℃時，c1=2.1，c2=335。

及凝土拌合物出機溫度計算公式：

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

混凝土拌合物運輸至澆筑溫度計算公式：

式中 T2——混凝土拌合物運輸?shù)綕仓r溫度（℃）；

t1——混凝土拌合物自運輸?shù)綕仓r的時間（h）；

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

Ta——混凝土拌合物運輸時環(huán)境溫度（℃）；

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

根據(jù)以上公式，對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41℃，對大體積混凝土澆筑極為不理，應(yīng)及時關(guān)注天氣情況，選擇氣溫較低的夜間進行混凝土的拌制及澆筑，采用溫度相對較低的地下水或攪拌站地窖水進行拌制；同時應(yīng)避免骨料陽光直射，亦可在砂、石堆場搭設(shè)遮陽棚，必要時進行噴霧或沖洗降溫。

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)機基礎(chǔ)截面積相對較小，在澆筑時為增加散熱面，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)機基礎(chǔ)整個模板內(nèi)全面分層，澆筑時平鋪基礎(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，逐層進行直至澆筑完成。在澆筑進度安排上，盡量做到薄層、短間歇，避免突擊澆筑，然后長期停歇。

混凝土澆筑完成后的養(yǎng)護通常分為保溫法和降溫法，由于戈壁地區(qū)嚴重缺水，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，其主要作用是保持混凝土結(jié)構(gòu)表面適當?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；延長散熱時間，充分發(fā)揮混凝土的強度特性，使平均總溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強度，防止中后期產(chǎn)生貫穿裂縫，而保濕養(yǎng)護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行，提高混凝土極限拉伸和及早期強度。

措施三：溫測措施

溫測環(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，隨時監(jiān)測混凝土內(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，用混凝土溫度測定記錄儀進行施工全過程的跟蹤監(jiān)測，可全面、及時、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)變的測試，在混凝土澆筑后，設(shè)專人專職負責(zé)溫度監(jiān)測，填寫測溫報告表并繪制各點實際降溫曲線。每晝夜不應(yīng)少于4次；當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℃可以解除保溫測溫工作。

結(jié)語：

實踐證明西部戈壁地區(qū)風(fēng)機基礎(chǔ)大體積混凝土施工具有普遍的共同特點，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的仿真分析》.華中科技大學(xué)學(xué)報，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.